随着人类探索自然界步伐的不断加速,各应用领域对具有复杂环境自主移动能力机器人的需求,日趋广泛而深入。理论上,足式机器人具有比轮式机器人更加卓越的应对复杂地形的能力,因而被给予了巨大的关注,但到目前为止,由于自适应步行控制算法匮乏等原因,足式移动方式在许多实际应用中还无法付诸实践。另一方面,作为地球上最成功的运动生物，多足昆虫则以其复杂精妙的肢体结构和简易灵巧的运动控制策略，轻易地穿越了各种复杂的自然地形，甚至能在光滑的表面上倒立行走。因此，将多足昆虫的行为学研究成果，融入到机器人的结构设计与控制中，开发具有卓越移动能力的六足机器人，对于足式移动机器人技术的研究与应用具有重要的理论和现实意义。

六足机器人墙面适应能力强，具有冗余肢体，可以在失去若干肢体的情况下继续执行一定的工作，适合担当野外侦查、水下搜寻以及太空探测等对自主性、可靠性要求比较高的工作。

爬壁机器人技术自诞生以来，爬壁技术始终不太成熟，爬壁方式对墙面有很大要求，对机器人造成很大限制。我们设计的此款爬壁监测机器人 爬壁监测机器人利用仿生学原理，模仿蜘蛛、壁虎等多足生物在墙壁行走的能力设计制造。

极大克服了墙壁对机器人的限制，此款机器人采用吸附式与风压式相结合的爬壁方式。爬壁机器人脚部安装具有强吸附能力的吸盘，背部安装大推力的风扇，可以使机器人在光滑玻璃面上爬行，也可以在凹凸不平的墙面上爬行，甚至克服重力吸附在墙顶上，极大提高了爬壁能力。

    机器人的监测系统由高清摄像头、360度旋转平台、伸缩机械臂组成，可以适应各种复杂监测环境。

机械结构设计

头部设计

头部结构主要包括两大部分。其中摄像头通过连接轴与底盘相连，采用高像素摄像头，定位工作场景内的工作目标。脖子处（如图3-2）采用连接杆机构，每个机构之间利用转动副连接，步进电动机驱动，将步进电动机与编码器集成，通过旋转平台与底座相连，使其能够精确地进行360度的旋转和前后进行移动观察。

底盘结构

底盘结构主要包括大推力风扇，前、后挡板，超声波传感器，电源显示器，LED灯，控制系统和蓄电池等装置。底盘中心放置风扇以辅助吸附，内挡板前后两侧设有沟槽，与前、后挡板槽口配合控制前、后挡板的开启与关闭。底盘上表面设有电源显示器，在电量不足或充满时，通过内置传感器反馈电路进行自动充电与断电。在底盘四周设有太阳板装置，通过对太阳能与电能的转换，增强其续航能力，底盘底部设有控制系统与可移动芯片，控制系统相当于人的大脑，对整个机器人装置进行控制，可移动芯片主要用于对其跟踪定位，以便于工作维修人员及时更好地发现其位置。

腿部结构

腿部结构模拟蜘蛛的大腿，分为两个大关节，连接底盘的一个关节起支撑作用，在连接处安装了双向电机以控制大腿的活动。第二大关节在其上端加上减震弹簧，作用是缓解反震力，保护机器人整体的安全性，稳定性。关节中心内置气泵装置并连接到足尖处的三角吸盘，当机器人处于一般坡面以及垂直墙面上时，三角吸盘能够牢牢地吸附在着力面上,便于机器人稳定工作。

控制系统设计

系统电路采用12V聚合物电池组供电，以STC89c52单片机为控制芯片，头部设有高清摄像机，头部与手臂结构由步进电机与机械结构协调作用实现，腿部结构采用直流电机与机械结构协调作用实现。选用L298N驱动模块驱动各部位电机，对电机的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对机器人各部分的智能控制。电池选取

 12V聚合物电池(如图4-1）是电子产品中比较常用的锂电池。具有重量轻、容量大、无记忆效应、安全性能高优点。单节标称电压一般为：3.7V，充电电压一般为：4.20V-4.3V/4.35V，最小放电终止电压一般为：2.75V。在不同环境下放电性能相对稳定，可靠性高。

STC89c52单片机

89C52是51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统。

89C52内置8位中央处理单元、512字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能，完全可以满足本产品的控制要求。

L298N驱动模块

L298N是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5-48v，逻辑部分5v供电，接受5vTTL电平,模块使用大容量滤波电容，续流保护二极管，可以提高可靠性。

步进电机

步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。

我们选择的步进电机为可变磁阻型（VR－Variable型），转子由齿轮状的低碳钢构成，转子将转向使通电相定子磁场的磁阻为最小的位置，步距角为0.9°，其精度高，运动平稳。 采用计算机软件利用查表或计算方法来进行脉冲的环行分配，简称软件法，下表是三相六拍分配状态，电机正向运转通电顺序是：A、AB、B、BC、C、CA、A···那么通电代码就是01H、03H、02H、06H、04H、05H、01H···通过软件顺序依次在数据表中提取数据并通过输出接口输出即可。通过控制时间间隔即可控制电机转速。软件法的优点是控制灵活。不需要再增加硬件。

高清摄像机

高清摄像机可以高质量、高清晰影像，拍摄出来的画面可以达到720线逐行扫描方式、分辨率1280*720，或到达1080线隔行扫描方式、分辨率 1920 *1080的数码摄像机。有利于新世纪景区智能环卫机器人对易拉罐与塑料袋等垃圾进行辨别，同时可以帮助新世纪景区智能环卫机器人对路线进行扫描与记忆。

创新点

1.脖子部位采用五连杆机构，每个机构之间利用转动副连接，步进电动机驱动，使其能够精确地向360度的旋转和前后进行移动观察。

2.腿部结构模拟蜘蛛的大腿，分为两个大关节，运用仿生原理，可以模仿六足昆虫的三角步态进行最稳定的前进方式。

3.足尖结构采用三角吸盘，可以自由适应各种路面，具有较强的越障能力，使其更好地适应不同地形和在同一地形内的不同高度的工作环境。

4.底盘中添加了辅助吸附的风扇装置，风扇模仿美国新式战机F-35的矢量喷口，可以进行一定角度的转动，产生不同方向的推力，以此减轻吸盘的压力。

应用前景

1.本产品适用于高楼险情探测，搜集情报，第一时间传递信息。

2.本产品外观设计独特，小巧灵敏，因为具有360度旋转台，所以各个方向都可以作为该机器人的正面，机动性能强。