基于STM32 的六足农业仿生机器人*

许子康 ，吕志华 ，李双斌

（山东华宇工学院，山东 德州 253034）

0 引言

随着科技的不断发展，机器人技术已经逐渐应用于农业领域，极大地提高了农业生产的效率和质量。传统的农业机械设备通常是基于轮式或履带式的结构[1]，但是在不平整的土地上，这些设备的移动效率和稳定性都不够理想。因此，基于六足结构的农业机器人成为一种新的研究方向。

课题组基于STM32 控制器研发的六足农业仿生机器人是一种新型的农业机器人，它通过模仿昆虫六足运动方式，在不平整的土地上实现移动和操作。这种机器人具有稳定性好、灵活性强和移动效率高等特点，可以应用于农业领域，如喷雾、收割等操作[2]。在机器人的设计中，考虑机器人的尺寸、重量、载荷、电源等参数，设计机器人的六足结构，选择合适的传感器，使用STM32 微控制器编写控制程序，集成机器人的电源、控制电路和传感器等组件，完成机器人的硬件设计。

课题组介绍了基于STM32 的六足农业仿生机器人的设计和实现过程，包括机器人的硬件设计、控制程序编写、传感器选择和集成等方面。同时，还将对机器人的性能进行测试和评估，以验证机器人的可行性和实用性。通过研究，可以为未来农业机器人的发展提供一定的参考和借鉴，促进农业生产的现代化和智能化。

1 国内外研究现状和发展动态

国内外在基于STM32 控制器的六足农业仿生机器人的研究和发展方面都取得了一定的进展。

国外，美国、日本、德国等发达国家的科研机构和企业都在积极研究和开发基于六足结构的农业机器人。美国的波士顿动力公司开发了一款名为“Spot”的六足机器人[3]，它可以在不平整的地形上行走和操作，可以应用于农业、建筑、安防等领域。日本的东京大学也开发了一款名为“Mantis”的六足机器人，它可以在稻田中行走和操作，可以用于稻田的管理和维护。

国内，随着农业机械化水平的不断提高，越来越多的企业和科研机构开始关注农业机器人的研究和开发[4]。中科院自动化研究所开发了一款名为“六足机器人”的农业机器人，它可以在农田中行走和操作，可以应用于种植、施肥、喷雾等农业操作。南京农业大学也开发了一款名为“六足农业机器人”的机器人，它可以在稻田中行走和操作，可以用于稻田的管理和维护。

基于STM32 控制器的六足农业仿生机器人是一种具有广泛应用前景的新型农业机器人，国内外都在积极研究和开发这种机器人。未来随着农业智能化的不断推进，基于六足结构的农业机器人将会得到更广泛的应用和发展[5]。

基于以上调研，课题组设计了一种基于STM32控制器的六足农业仿生机器人。

2 整体设计

2.1 系统总体需求

机器人的机械结构：机器人具有六足结构，能够在不平整的土地上行走和操作，具有较强的稳定性和灵活性[6]。机器人的尺寸、重量、载荷等参数满足农业操作的需求。

机器人的电子控制：机器人使用STM32 微控制器作为控制核心，编写控制程序，实现机器人的运动控制。控制程序具有实时性和稳定性，能够处理传感器反馈的信息，调整机器人的运动姿态。

机器人的传感器：机器人选择合适的传感器，如陀螺仪、加速度计、距离传感器等，用于检测机器人的姿态、速度、距离等信息[7]。传感器具有高精度和高灵敏度，能够实时反馈机器人的状态信息。

机器人的电源：机器人使用高性能的电池作为电源，能够提供足够的电量和稳定的电压，以保证机器人的正常运行。电池的重量和容量满足机器人的需求。

机器人的农业操作：机器人通过安装农业工具[8]，如喷雾器、收割器等，实现农业操作。农业工具与机器人的机械结构和电子控制相匹配，能够实现精准的农业操作。

2.2 设计内容

本项目在山东华宇工学院电气学院指导老师的共同指导下，由项目负责人带领的课题小组研究基于STM32 控制器的六足农业仿生机器人。机器人的机械结构采用六足结构，每个足部由多个关节组成，能够在不平整的土地上行走和操作。机器人的电子控制采用STM32 微控制器作为控制核心，编写控制程序，实现机器人的运动控制。传感器方面，机器人配备了空气温度和湿度传感器、二氧化碳传感器、光照度传感器[9]，用于检测农业生产的环境因素，机器人还配备了物联网（IoT）智能控制系统，能够实时查看作物生长状态，并为植物生长提供适宜的环境，系统设计结构图如图1所示。

图1 系统结构图

3 硬件设计

3.1 运动控制系统设计

运动控制系统是六足农业仿生机器人的重要组成部分，它能够控制机器人在不平整的土地上行走和操作，实现机器人的高效运动控制。运动控制系统设计考虑多方面的因素，包括运动控制算法、运动控制电路、运动控制程序和运动控制参数等。

1）运动控制算法是机器人运动控制的核心，它通过控制每个足部的运动来实现机器人的行走和操作。运动控制算法根据机器人的环境和任务需求进行调整和优化，以实现机器人的高效运动控制。

2）运动控制电路连接到STM32 微控制器和电机驱动器，通过控制电机的转速和方向，来控制机器人的运动。运动控制电路具有足够的功率和精度[9]，以确保机器人的运动控制能够稳定和精准。

3）运动控制程序编写相应的代码，实现机器人的运动控制功能。运动控制程序根据机器人的运动控制算法和环境需求进行调整和优化，以实现机器人的高效运动控制。

4）运动控制参数包括机器人的速度、加速度、转向角度等，根据机器人的任务需求进行调整和优化。

3.2 传感器系统设计

1）空气温度和湿度传感器：采用数字式温湿度传感器，能够实现高精度的温度和湿度测量，同时还具有快速响应和低功耗的特点。

2）二氧化碳传感器：采用非分散式红外二氧化碳传感器，能够实现高精度的二氧化碳测量，同时还具有快速响应和低功耗的特点。

3）光照度传感器：采用光敏电阻或光电二极管，能够实现高精度的光照测量，同时还具有快速响应和低功耗的特点。

以上传感器连接到STM32 微控制器，传感器实物图如图2 所示，通过采集传感器的数据并进行处理[10]，来实现机器人的环境监测功能。同时，为了保证传感器的精度和可靠性，还要考虑传感器的校准和维护等问题。

图2 传感器实物图

4 软件设计

系统软件设计是六足农业仿生机器人的重要组成部分，根据机器人的功能需求和性能要求，进行系统架构设计、软件模块设计、软件编程、软件测试和软件优化等多方面的设计和优化。系统软件设计综合考虑了机器人的硬件、软件和通信等方面的设计，以确保系统的稳定性和可靠性。通过系统架构设计、软件模块设计、软件编程、软件测试和软件优化等多方面的设计和优化，来实现机器人的高效、稳定和可靠工作。

5 结论

基于STM32 的六足农业仿生机器人是一种具有广泛应用前景的新型农业机器人，它可以在不平整的土地上实现稳定的移动和操作，可以应用于农业领域的喷雾、收割等操作，提高农业生产的效率和质量，减轻劳动力的负担，是未来农业发展的重要方向之一。在机器人的设计中，综合考虑机器人的尺寸、重量、载荷、电源等参数，选择合适的传感器和控制算法，集成机器人的电源、控制电路和传感器等组件，完成机器人的硬件设计。在测试机器人性能时，考虑了运动稳定性、负载能力、电池寿命等因素。基于STM32 控制器的六足农业仿生机器人是一项非常有前途的研究领域，将为农业生产的发展提供新的技术支持。