摘要：面对复杂环境下的救援现场，机器人的应用范围及其适应性有待提升，针对此种情况，本项目对六足仿生机器人进行结构设计、测距模块调试等，实现仿生移动机器人可以在不同环境下进行移动探测障碍物与摄像功能等，大大提高救援任务实施的效率。 关键词：结构设计，仿生移动机器人，探测，救援
1.引言
在进行抢险救灾、救援探测等复杂危险的环境，救援人员的生命很容易受到威胁，一般的机器人无法适应复杂的环境，而以仿生原理制造研发出的六足机器人可以适应恶劣的环境，具有较强的行动能力对现场环境进行探测，确保了救援人员的安全，也有效的提高了救援现场的实施，完成救援任务。
2.仿生移动机器人整体设计
仿生移动机器人采用两个直流电机驱动，电机在机器人底盘的下部左右对称安装，电机的重
心稍向前倾。机器人的传动和行走均采用偏心轮曲柄连杆机构，六个足的连杆分别安装在机器人的两侧，每个直流电机分别带动三个足行走。机器人使用三个超声波测距模块进行避障，分别安装在机器人的前方和左右两侧，这样可以使机器人的前方和左右两侧都有一双“眼睛”，从而有效的避开障碍物。仿生移动机器人不仅可实现精准避障，还通过OpenMV实现对周围事物采取视频录制功能，从而更好地应用于智能巡检及环境探测。通过 basra 主控板写入程序，BigFish 扩展板提供外围电路，连接电机以及超声波测距模块和摄像模块进行控制机器人的前进、转向以及避障和视频录制。
3.仿生移动机器人的结构设计
对于仿生移动机器人的腿部结构则利用仿生学原理，针对蚂蚁等昆虫和爬行动物在复杂环境中的适应性和灵活性。经研究发现蚂蚁的腿部主要由基节、股节、胫节及跗节等组成，腿部自由度过多制造困难，为了减轻制作难度将机器人的足部简化为三个自由度，分别位于髋、膝和踝关节，采用运动学分析，模仿蚂蚁的结构和运动方式，使髋关节保持水平方向的运动，膝关节实现机器人的抬腿动作，踝关节实现机器人的腿部收放自如，从而保证腿部动作的一致性和稳定性。相对于传统的轮式和履带式机器人，可更好的适应地面落差较大和土地松软等地形。
机器人采用偏心轮曲柄连杆机构，六个足的连杆分别安装在机器人的两侧，如图 1所示；每侧各有六根连杆，在偏心轮处形成了一个复合铰链，每侧共有 9 个转动副，两侧分别有 3 个自由度。本文以六足机器人为研究对象，在步态规划等重点方面进行分析。采用三角步态，利用机器人两组腿，包括一侧的中足及对侧的前足和后足，使两足腿交替摆动和支撑，三角形的支撑点，可以对腿的动作进行有效控制，并保持在行走及腾空向前行走时，有支撑点保持稳定。三角步态的三足分别有其各自不同的作用，前足起到拉动本体的作用，中足是对本体起到良好的支撑性作用，后足推动本体的实现转向操作。机器人的前足支点与中足支点之间的最小距离为50mm,最大距离为 73mm，中足支点与后足支点之间的最小距离为 29mm,最大距离为 50mm,这样的距离设计可以机器人前后足的交替移动，在落地的瞬间形成一个三角形的支撑，使机器人的中心始终落在三角区域内，保证其稳定性。机器人的中足上部分加了一根连杆与固定的支架相连接，有较好的固定作用。
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图1 仿生六足机器人结构设计图燃煤助燃剂
4.仿生机器人的硬件
棉花糖机械
4.1 Basra主控模块
Basra作为一款基于Arduino开源方案设计的开发板，主要通过接入各种各样的传感器实现探测环境的能力，而控制灯光、马达等其他装置来则可以让机器人拥有影响周围环境、进行反馈能力的作用。仿生移动机器人中主要接入了步进电机、HC-SR04超声波测距模块等模块实现主要的行动和探测功能。此外，Basra的处理器核心采用ATmega328，同时具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出)，6路模拟输入，丰富的接口能满足机器人的测试和实验，保证机器人功能足够强大。
4.2 HC-SR04超声波测距模块发动机调速器
本设计选用三个HC-SR04超声波测距模块，如图2所示，该模块不仅传输范围广、距离远，而且测距精度较高，因此在机器人测距避障等相关领域被广泛使用。该模块主要由超声控制电路、发射器以及接收器组成。超声波的探测能力主要依靠它在碰到杂质或分界面会产生明显反射形成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此三个超声波测距模块分别置于机器人的两侧和前面能够较为准确的探测出三个方向的物体或活物等障碍物。
图2 超声波传感器 图3 软件设计框架图
4.3 OpenMV模块
为了使机器人更好的应用于智能巡检等方面，本文采用OpenMV摄像头模块，从而达到小巧，功耗低，成本低等优势。在算法方面，OpenMV 做了各种集成和优化，支持大量的视觉算法；在编程上采用 microPython 语言；此外还拥有多个 IO 管脚，支持 ADC，DAC，PWM、I2C、串口和 SPI 等接口；添加 LCD 显示屏扩展来显示 OpenMV 所获取的图像，添加 WiFi 或蓝牙扩展模块，让其加入到网络中，OpenMV 还可与 Arduino，树莓派等控制器结合使用，因此能与Basra主控模块配合实现录像功能。
测试机器人
5.主程序设计
在主程序中调用各子函数，实现对系统初始化、机器人的行驶、自动避障、路径选择等功能。而在子函数内部，调用了IO初始化函数，处理硬件与MCU的连接，逻辑函数实现了对外部输入的处理或对执行机构的控制。系统内部通过各函数的互相调用与使用循环体等程序结构，实现对系统精确、稳定、快速的控制，如图3 所示。
6.结语
仿生移动机器人可以在平地及部分起伏不平环境进行前进、转弯等，不过由于机器人的机械结构的限制，导致机器人行动还比较缓慢，下一步将从机器人的足部机械结构、避障模块进行完善升级。
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