一種基于zigbee無線通信水下自重構(gòu)機(jī)器人

1、一種基于一種基于ZigBee無線通信水下自重構(gòu)機(jī)器人無線通信水下自重構(gòu)機(jī)器人耿圖李相龍張繼宇摘要本文以STM32W108——ZigBee無線通信控制器為核心，從水下自重構(gòu)機(jī)器人的個體連接方式、水下運(yùn)動方式、水下近距離定位和自組網(wǎng)與群體智慧等方面對水下自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計。設(shè)計了機(jī)器人的連接機(jī)構(gòu)。不同個體之間以機(jī)械連接為主，配合微型接近開關(guān)和ZigBee的信號強(qiáng)度檢測技術(shù)實現(xiàn)個體之間的穩(wěn)定簡潔連接。研究了機(jī)器人的運(yùn)動方式，確定了

2、個體機(jī)器人運(yùn)動所需的最小自由度的數(shù)量為二個，并根據(jù)所要完成的運(yùn)動方式將兩個自由度的分布位置設(shè)計成兩個關(guān)節(jié)組合的方式。通過利用ZigBee的自組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計了一種簡單的群體智慧運(yùn)算程序，并在多個機(jī)器人組合成一個整體時，通過多種群體運(yùn)動方式檢驗了該技術(shù)?！娟P(guān)鍵詞】水下自重構(gòu)機(jī)器人STM32W108ZigBee技術(shù)隨著互聯(lián)網(wǎng)與高科技的不斷發(fā)展，人們希望節(jié)省時間，越來越多的事情由機(jī)器完成。單臺機(jī)器人只適用于一些任務(wù)簡單、環(huán)境相對固定的場合。然而，

3、對于一些不可預(yù)知的作業(yè)任務(wù)，就無法選擇機(jī)器人的最佳結(jié)構(gòu)，需要由許多具有不同運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性的機(jī)器人來完成，這種做法往往耗資巨大，甚至于不可行。重構(gòu)機(jī)器人的研究正是針對此類應(yīng)用背景開始的，其主要思想是，利用模塊之間的連接性和互換性，以及模塊自身傳感器感知到的周圍環(huán)境信息，通過大量模塊之間的相互操作改變整體構(gòu)形，擴(kuò)展移動形式，性的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)來設(shè)計水下自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)。單個系統(tǒng)主要有連接機(jī)構(gòu)、運(yùn)動機(jī)構(gòu)、電路與控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、定

4、位傳感器五個部分組成，整個機(jī)器人系統(tǒng)是多個機(jī)器人組成的集群智能整體，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。2總體方案設(shè)計基于Zigbee通信的水下自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)包括連接機(jī)構(gòu)、運(yùn)動機(jī)構(gòu)、無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)三個部分組成。本系統(tǒng)的示意圖如圖2所示。圖2包括三個部分：連接與定位系統(tǒng)、STM32W108核心控制系統(tǒng)、運(yùn)動機(jī)構(gòu)。2.1連接與定位系統(tǒng)連接機(jī)構(gòu)是水下自重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分之一，所以要謹(jǐn)慎設(shè)計器連接機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的傳動設(shè)備。本文采用的是旋轉(zhuǎn)自鎖機(jī)構(gòu)

5、作為連接機(jī)構(gòu)的基本形態(tài)。該機(jī)構(gòu)將運(yùn)動部分簡化為一個轉(zhuǎn)動副，該轉(zhuǎn)動副的移動距離應(yīng)盡可能地小以方便傳動機(jī)構(gòu)的安裝，并將零件簡化到3個以內(nèi)，以方便利用實驗室的3D打印機(jī)等工具制作。為滿足3D打印機(jī)的精度要求，每個零件的設(shè)計都應(yīng)該以1mm為最小單位。強(qiáng)度應(yīng)至少能偶承受2個機(jī)器人個體的自重拉力。同時配合以電感性接近開關(guān)為連接時的是否連接到位的指示傳感器。連接機(jī)構(gòu)大致設(shè)計方案如圖3所示。2.2STM32W108核心控制系統(tǒng)本文使用業(yè)界領(lǐng)先的STM3