作品难点在于：1、轮足可变形的机器人结构设计；2、机器人六足爬行形态的精确控制。

作品的创新点在于：1、采用ZMOD4410气体传感器，具有较高的气体环境感知检测精度和较强的稳定性，同时根据传感器ODOR模式的特性实现了气体浓度突变的自动报警功能，能够第一时间通知探测人员撤离危险区域；2、机器人能够变形，拥有轮式滚动和多足爬行两种运动形态，在满足移动速度的同时能够适应多种复杂地形，具有较强的应用前景。

最后，衷心感谢IDT技术支持在本次ZMOD4410气体传感器使用中给予的帮助。

机器人硬件系统由机器人控制器、ZMOD4410 HiCom模块、无线图传模块、电机驱动模块四个部分组成。其中，机器人控制器用于控制机器人的整体运动；ZMOD4410传感器用于测量气体环境参数，包括TVOC、IAQ、eCO2以及气体浓度是否发生突变等参数；无线图传模块用于远程传输机器人当前所处环境的图像信息，方便操作人员查看机器人当前所处的地形；电机驱动模块用于驱动机器人轮式形态启动的直流有刷电机，控制电机的转速和转向，进而控制机器人轮式滚动形态的前行速度和方向。

本次设计的机器人控制器由PMW模块、OLED模块、LED模块、蜂鸣器模块、蓝牙模块、SD模块、MCU模块共七个模块组成。其中，PWM模块用于控制多足爬行形态下启动的伺服电机的转角；OLED模块用于显示系统参数信息，方便系统的调试；LED模块、蜂鸣器模块用于提示系统当前所处的状态信息，方便操作人人员的操作；蓝牙通信模块配合安卓APP可完成机器人的短程无线遥控操作，同时能够以数据图表的方式统计气体传感器数据的变化趋势；SD卡模块用于存储MCU的运行日志问题，方便系统故障排查与解决；无线通信模块用于机器人的远程遥控操作。

      MCU模块用于整个机器人系统的运动控制，通过IIC通信的方式读取ZMOD4410传感器的数据，配合IDT官方提供的算法库，能够准确读取TVOC、IAQ、eCO₂气体浓度参数；MCU以PWM脉冲的方式驱动电机驱动模块，输出与电压线性相关的电压，从而控制直流有刷电机的转速与转向；远程无线遥控器通过2.4GHz频段发送操作人员的控制指令，机器人本地接收器将接收的控制信号以UART通信的方式传递至MCU，最终完成机器人控制指令的执行。系统电源模块用于整个机器人系统的供电。

图一  本次设计的机器人硬件原理框图

图二  本次设计的机器人控制器实物图片

图三  本次设计的机器人硬件系统连接实物图片

      本次设计的轮足两用机器人系统软件代码均已上传至GitHub，具体网址下载链接为：https://github.com/liren197968/SweepRobot/tree/master/Stm32F4/KeilMdk5Project/SweepRobot。

系统上电后，MCU首先完成外设的初始化，其次开始初始化各个硬件模块，具体LED模块、蓝牙模块、气体传感器模块、蜂鸣器模块、PWM模块、直流电机初始化、运动形态的初始化。之后进入系统的循环主流程。

机器人系统首将先检测电池当前的电量，若电池电量较低，系统将停止运行，并通过蜂鸣器播放充电提示音；若电池电量充足，系统开始接收遥控器的控制信号。若系统收到气体测量控制指令，系统将开启ZMOD4410的气体检测功能，否则将停止气体检测功能。若系统收到形态切换指令，机器人将进行形态切换（系统默认的机器人形态为轮式滚动形态），否则系统将保持当前的运动形态。系统软件流程图如下图所示。

图四  系统软件流程图

本文设计的机器人实物图片如图 5.1所示，机器人可变形，具有轮式滚动、多足爬行两种运动形态，可通过无线远程遥控器、手机APP进行遥控。机器人的轮式滚动形态为四轮滚动结构，通过后驱前转向的方式实现，具有前滚、后滚、转向等滚动功能；机器人多足爬行形态为六足爬行结构，能够完成前进、后退、逆时针转圈、顺时针转圈等功能；此外，机器人还具有无线图像传输功能。

本文设计的机器人通过IDT的ZMOD4410传感器测量气体浓度数据，测量结果如下图所示。当环境的气体浓度超标或气体浓度在极短的时间内发生浓度突变时，系统将发出报警信号，从而在第一时间内通知探测人员测量危险现场。

    作品详细演示功能：

图五  ZMOD4410传感器测量结果

图六  机器人总体装配图

图七  机器人实物图片

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