四足机器人使用Arduino |蜘蛛机器人

四足机器人-它是一种四足行走的机器人，是蜘蛛(蛛形纲物种)的仿生学复制品，使用它们的腿来运动，可以通过人类的互动或自己完成一些任务。

简介

移动到有腿机器人的主要目的是，与轮式机器人相比，它们可以轻松应对不规则地形。它可以通过实现来实现爬行步态(运动模式)即一条腿在空中，其余三条腿在运动时与地面接触。

爬行步态(也称为四足步态)可以转换成程序，嵌入到微控制器中，指令伺服电机在所需的位置移动。

四足机器人部件

• Arduino Uno单片机
• Arduino传感器屏蔽V5.0
• mePed Robot V2 -基础套件
  • 包含所有组成主要结构的部件的木套件
  • MG90S金属齿轮伺服电机- 8台
  • SG90塑料齿轮伺服电机1台
  • 螺丝、螺母、垫片
• 传感器和模块
  • 红外传感器2
  • 带支架的超声传感器
  • HC-05蓝牙模块
• 电力供应
  • Arduino 2000毫安时的充电宝
  • 1.2V 4*AA 1300毫安可充电电池和4*AA电池支架传感器屏蔽
• 连接器和电缆
  • 微型电路试验板
  • 跳线
  • USB电缆

组装

• 四足动物的身体可以在mePed v2装配手册的帮助下组装。链接到手册- > "mePedAssemblyManual”。
• 本手册包括装配伺服电机的腿，身体装配，最后所有四条腿都连接到四足动物的身体。

传感器的盾牌

一旦完成，可以安装Arduino微控制器，传感器屏蔽插入Arduino。

没有传感器屏蔽，连接看起来很混乱，当某些东西不工作时，将很难调试。

传感器屏蔽简化了电线连接，因此所有的传感器，伺服电机和模块都可以连接到它。

• 前端安装有一个带有超声波传感器的伺服电机，红外传感器面朝下。
• 然后蓝牙模块连接到传感器屏蔽。
• 跳线用于将传感器连接到Arduino盾．
• 电池座放置在机身底部。

传感器屏蔽连接

• 8个用作腿的伺服连接到数字IO端口D0到D7(D0 -D3 x轴伺服，D4-D7 y轴伺服)
• D11连接单伺服，用于转动超声传感器
• 红外传感器连接到D9和D12
• 超声波trigPin连接D8, echoPin连接D10。
• Hc-05连接蓝牙接口(Tx连接D0, Rx连接D1)
• 电池座连接到传感器屏蔽电源(GND, 5V)
• 充电宝连接Arduino。

全装配四足机器人与所有的传感器和马达。

工作及其功能

体系结构

示例场景:用户要求机器人左转并行走

• 用户输入“你能转身和走路吗?”在Android应用程序中
• 在API的帮助下，对dialogflow agent进行API请求。ai Android SDK
• Agent将检查输入文本是否与任何训练短语(intents)匹配，然后提取所需的参数(@directions:left,right)，并提示用户在输入文本中缺少这些参数时提供这些参数。(输入中缺少方向，完整输入:“你能左转走吗?””)
• 然后提取的参数(左)作为响应发送给app, app又通过蓝牙将该参数传递给Arduino微控制器
• 根据接收到的参数，由单片机调用相应的函数，借助超声传感器检测其是否能左转。
• 然后结果(距离= 6厘米)作为响应传递给android应用程序，它决定不可能转弯，因为附近有一个物体，并通知用户相同。

构建聊天机器人

• Chabot是一种计算机程序，用来与人类进行对话，以帮助人类执行某些功能。
• NLP(自然语言处理)算法用于聊天机器人从自然语言中获得有用的意义。

Dialogflow-它是谷歌旗下的一个自然语言处理引擎，用于创建一个会话机器人，解析用户查询并提取相关参数。

代理

• 代理是自然语言理解模块，它在意图和实体的帮助下将用户请求转换为可操作的数据
• 创建代理“NewAgent-1”。

意图

• 代理包含负责将用户查询与适当响应映射的意图。它是在……的帮助下实现的训练短语，动作和参数．
• 创建新的意图' Navigation '。

培训的短语

• 训练短语充当示例用户输入。
• 为了提高代理的效率，创建了多个训练短语。

实体

• 每个训练短语都可以包含实体。实体是从用户输入中提取的有用参数。

实体-用户定义和系统定义

系统实体

Dialogflow包含一些可以在训练短语中使用的预定义实体。

例如:@sys。date—今天、明天、星期一等

用户/开发人员定义的实体

• 它允许我们创建自己的实体，这些实体不在Dialogflow的系统实体中。

如你能向右转然后走吗?

• 用户请求四足动物转弯和行走，它需要知道应该向哪个方向转，是向右还是向左，这作为输入中的一个实体。

@direction:方向-左，右

创建用户定义的实体“direction”。

行动和参数

提示和反应

提示

提示用于确保从用户处获得完整的信息。

如你能转身走吗?

缺少信息:方向(左，右)

机器人的反应:左还是右?

反应

然后为将显示给用户的查询定义相应的响应。

类似地，其他意图也会飞起来，迷宫也会被创造出来。

目的:飞

培训的短语:你能飞吗?

回应:哈哈．不，不可能。

构建Android应用程序

设计蓝牙布局

当点击@+id/按钮时，这个布局使用ListView列出配对的蓝牙设备

连接成对的设备

• Android平台支持蓝牙框架，帮助Android设备和Arduino之间无线传输数据。
• Android提供蓝牙适配器类与蓝牙通信
• 检索配对的蓝牙设备列表并在列表视图中显示，并选择需要进行通信的设备。
• 一旦连接成功，它将打开聊天布局，在那里用户和机器人之间的对话发生。
• 添加以下权限到AndroidManifest.xml，以允许应用程序访问蓝牙和互联网。

< uses-permission android: name = " android.permission。蓝牙" / >

< uses-permission android: name = " android.permission。BLUETOOTH_ADMIN " / >

< uses-permission android: name = " android.permission。互联网" / >

设计聊天页面布局

这个布局包含列表视图来显示用户和机器人之间的对话，并在底部编辑用户进行对话的文本。

创建两个单独的布局，一个用于用户，另一个用于机器人，然后在适配器类的帮助下，相应的布局相应地绑定到对话列表。

UserMessage布局

用户消息出现在屏幕的右侧。

BotMessage布局

机器人信息出现在屏幕左侧。

发送和接收消息

• 为了在我们的应用程序中实现自然语言处理功能，我们必须添加API。AI SDK库到我们的项目。
• 需要添加依赖性build.gradle文件。（OurApplication / build.gradle）

编译的ai.api: sdk: 2.0.7@aar

• 一旦用户进行对话，输入文本作为请求发送到对话流引擎，在那里进行处理，并将响应发送回应用程序。基于收到的响应，它将要求四足执行任务(waveHello)或它将请求提供一些数据(checkDistance)。
• dialogflow请求是一个asynctask，它将在后台执行。

模型类

• 该类是控制器和视图之间的桥梁。
• 因此，当用户通过视图(UI)请求信息时，视图转到控制器，控制器通知模型。然后模型把信息给控制器控制器通知视图以便用户能看到那个信息。
• java作为保存的模型类对话文本而且belongsToCurrentUser(它属于用户或机器人)属性

将消息绑定到列表视图

在Android中，Adapter是UI组件和数据源之间的桥梁，帮助我们在UI组件中填充数据。

• UI组件表示用于列出对话的列表视图
• 数据源表示数组列表消息，从中将数据填充到列表视图中

Android AsyncTask

Android AsyncTask是Android提供的一个抽象类，用于在后台执行繁重的任务，保持UI线程轻，从而使应用程序响应更快。

Arduino聊天交互代码

• 处理app从dialogflow获得的响应，并通过蓝牙与arduino进行串行通信，指示四足执行任务(waveHello()， tellNo())。
• 如果app需要任何额外的数据来做决定，那么它会请求arduino来帮助(checkDistace() -四足需要检查附近是否有物体)
• 超声波传感器是用来计算物体在它前面的距离。

建造迷宫求解器

它是在直线跟随和避障技术的帮助下完成的

行追随者

四足机器人使用红外传感器，该传感器具有探测黑线的能力，并引导机器人沿着特定的路径前进。

工作原理

• 使用红外传感器(发射器和接收器)通过发射红外辐射来感知线路
• 传感器的输出是一个模拟信号，它取决于从表面反射回来的光的数量。
• 当从表面反射的光量较少时(因为黑色吸收红外辐射)，它返回0，当反射的光量较多时返回1。

障碍回避型的人

四足动物使用超声波传感器来探测前方的障碍物

工作原理

• 由发射器和接收器组成，发射器发射声波，接收器等待回波信号。
• 计算信号传输和接收回波之间的时间间隔，并确定物体与传感器的距离

• 伺服电机是一种高扭矩电机，它有一个齿轮输出轴，可以用Arduino编程控制，使其每次旋转一定程度。它用于机器人运动。

行追随者原则

情况1:当两个传感器都感知到黑线时，则应该向前移动(左传感器=0，右传感器=0)

情况2:当左侧传感器感知到黑线，右侧传感器感知到白线时，应左转

情况3:当右传感器感应到黑线，左传感器感应到白线时，应右转

情况4:当两个传感器都感知到白色，那么它应该停止。

四足动物向前运动的步态

• 步态被定义为一种为了到达目的地的腿的运动模式。四足步态是一种身体每次抬起一条腿，其他三条腿形成一个支撑三脚架的步态。
• 为了实现四足步态，我们所需要知道的就是我们需要在什么时候以及在什么位置移动腿，这被称为逆运动学。
• 逆运动学有助于确定伺服电机的值，以便使腿移动到所需的位置。
• 下图为四足动物前进步态。
• L(x,y)其中L代表腿，x代表x轴(水平)运动，y代表y轴(垂直)运动。
• 稳定位置为90度。

迷宫

任务:四足动物需要沿着黑线前进，它需要避开障碍物

迷宫求解器的Arduino代码

• 结合线跟随和避障技术，将四足步态转化为算法，构建了一个迷宫求解器。
• 向前运动的步态稍作修改，以便在四足动物偏离直线或检测到任何障碍时转弯。

结论

因此，一个四足机器人被设计成这样一种方式，人类可以使用机器人聊天机器人与它进行交互来执行一些任务。采用逆运动学算法实现伺服系统的运动。

Arduino四足机器人将能够在感应黑线的引导路径上移动，其自动避障功能使其高效地到达任何目的地。