为了让仿蛇机器人可以像自然界中的蛇类一样实现基本二维平面的运动，人们需要对仿蛇机器人的电路连接方法、基本运动控制方法、遥控器基本功能、机器人的运动状态等具体情况进行比较深入和细致的了解[151]。
1.大脑主控系统的连接
对于仿蛇机器人而言，结构设计与加工装配完成以后，还需要对控制系统进行设计并对控制程序进行编写。主控制器的功能是通过电脑程序指挥和控制机器人各部件的工作，本书采用Arduino UNO开发板作为主控系统，由其构成的仿蛇机器人的主控制器如图5-30所示，其主要接口有：
图5-30 仿蛇机器人主控制器
①LED显示：该接口负责显示控制器状态；
②电源接口：该接口负责机器人与外接电源的连接；
③模拟端口：该接口连接其他传感器，提供输入输出模式；
④下载端口：负责为控制器下载控制代码；
⑤nRF2401接口：该接口连接无线通信模块，使机器人可实现无线遥控与编程。
2.舵机驱动板
只有将主控制器和仿蛇机器人身体的各个部分进行连接后，主控制器才能真正起到控制仿蛇机器人运动的作用。主控制器上的这些接口与线缆就像机器人的神经系统，可用来控制仿蛇机器人身体各部位的运动。但由于所选择的控制芯片只有6个数字PWM波控制端口，而仿蛇机器人最少有9个模块，每个模块都需要单个舵机进行控制，所以还需要购买外置的多路舵机控制板来实现对多个舵机的控制。在此选择了最为常见的24路舵机控制器/控制板，具体如图5-31所示。
24路舵机控制器/控制板的具体性能参数如表5-2所示。
图5-31 24路舵机驱动板
表5-2 24路舵机控制器具体性能参数
该类型的多路舵机控制器/控制板具有如下特点：
①内部嵌入高性能的控制芯片，可以实现多路舵机的高精度运动控制；
②电路供电连接方便，直接连接直流电压的正负端；
③开关内部植入，使用方便，降低布线难度；
④带有24路过载保护功能，降低舵机损害，方便使用；
⑤16M的大容量存储，可以容纳230个动作组，同时每个动作组可以容纳510个动作；
⑥低电压报警功能，当电压较低时，会提醒用户进行及时充电；
⑦支持串口通信，可以与多种控制器连接，实现智能控制。
3.多路舵机连接
仿蛇机器人的运动控制本质上就是对其每个关节的舵机进行控制，由于开发板端口有限，单靠一块开发板就想实现对多个舵机的同时控制是不可能的。因此，还需要添加多路舵机控制器，于是，整体的控制模块包括：Arduino UNO开发板、24路舵机控制器/控制板、多个舵机等，只有将上述三个模块有效连接在一起才可以实现对多路舵机的实时控制，而24路舵机控制器预留了串口通信接口，可以与单片机进行TTL电平的串口通信，具体的接口形式如图5-32所示。三个模块之间的具体工作方式则如图5-33所示。
图5-32 24路舵机控制器通信串口
图5-33 多路舵机控制原理图
在实际工作过程中，Arduino UNO开发板与24路舵机控制器/控制板电路连接的具体方式如图5-34所示。
图5-34 Arduino UNO开发板接线图
为了让青少年学生能够对仿蛇机器人的关节舵机进行正确的连接，需要对仿蛇机器人的每一关节进行标号，同时将通信通道进行标注，结果如图5-35所示。
图5-35 仿蛇机器人舵机通道与名称对应关系图
同时，可对24路舵机控制器的每一通道进行标号，并将连接关节进行标注，结果如图5-36所示。
(www.xing528.com)
图5-36 仿蛇机器人舵机控制器与舵机通道对应关系图
4.遥控器的通信
本书研制的仿蛇机器人采用了自主研发的遥控器（见图5-37）进行控制，该遥控器集遥控、编程、调试等多项功能于一体，是使仿蛇机器人能够具有高超运动特性和精彩表演技能的利器。通过遥控器，使用者可以十分轻松地编写仿蛇机器人的动作，可以让仿蛇机器人“随心所动”。仿蛇机器人专用遥控器功能模块分布情况如图5-38所示，各个模块的作用简介如下：
图5-37 仿蛇机器人遥控器功能示意图
图5-38 遥控器功能分布示意图
①充电端口：当电压较低时，通过该端口对遥控器进行充电。
②电源指示：主要用于检测机器人的电量，或指示程序运行情况。
③编程按键：主要用于进入仿蛇机器人的编程控制模式。
④下载端口：主要应用在遥控器发生失调时，对其重新导入遥控器程序。
⑤总开/关：主要用于对遥控器的开机与关机。
⑥状态指示：主要用于对机器人目前所处的状态进行显示。
⑦遥控按键：在工作状态对机器人进行运动控制，同时在调试状态对舵机进行调试。
⑧调试按键：主要用于进入机器人调零状态，并将其保存。
仿蛇机器人专用遥控器共有5种运行模式，包括：初始化模式、遥控模式、编程模式、调零模式、对频模式。现对这几种模式进行详细介绍。
模式1：初始模式
初始模式表示仿蛇机器人将会进入开始设定的状态。当仿蛇机器人未进行软件调零，则初始状态表示第一次组装后的结构；如果仿蛇机器人已经进行软件调零，则仿蛇机器人会进入上一次调零后的状态。
进入初始模式无须操控遥控器的任何按键，当每一次仿蛇机器人开机后，其所在的状态就是初始模式。该模式可以调整仿蛇机器人的不合理运动状态，其具体情形如图5-39所示。
图5-39 初始模式情形图
模式2：遥控模式
遥控模式表示仿蛇机器人可以通过遥控器来控制其运动步态、快慢方式、方向转变等。进入该模式的具体方法为：首先将仿蛇机器人开机，并等待2 s时间；其次再将遥控器的按键打开，等待2s时间；最后，当遥控器的状态指示灯发生变化则表示已进入遥控模式，如果未发生变化则需要再次重启遥控器，进入遥控模式。在该模式下，可以通过遥控器遥控机器人执行使用者编写好的动作，其情形如图5-40所示：
图5-40 遥控模式情形图
模式3：编程模式
编程模式表示仿蛇机器人可以通过遥控器编辑各个关节不同的运动步态、快慢方式、方向转变等，同时可以将编辑的动作进行保存，之后通过遥控器完成对其运动的控制。进入编程模式的具体方法为：先将仿蛇机器人开机，等待2 s时间；其次再将遥控器的按键打开，等待2 s时间；最后，当进入遥控模式之后，长时间按编程按键就会进入编程模式。
在该模式下，可以通过遥控器编写仿蛇机器人的动作，让机器人具有“学习”能力，其情形如图5-41所示。
图5-41 编程模式情形图
模式4：调零模式
调零模式表示仿蛇机器人可以通过遥控器调节各个关节舵机的初始状态，同时可以将编辑的状态进行保存，并将其变为仿蛇机器人下次开机时的初始状态。进入调零模式的具体方法为：先将仿蛇机器人开机，并等待2 s时间；其次将遥控器的按键打开，等待2 s时间；最后，当进入遥控模式之后，长时间按调试按键就会进入调零模式。在该模式下，可以通过遥控器编写机器人的初始状态，让机器人具有恢复能力。
模式5：对频模式
对频模式可以通过不同的遥控器对不同的仿蛇机器人进行对频，一旦某一遥控器和某一机器人对准通信频率以后，就形成一对一的对应关系，不会再发生指挥错乱现象，让机器人的群体活动变得有序起来。进入对频模式的具体方法为：先将仿蛇机器人开机，并等待2 s时间；其次将遥控器的开关打开，等待2 s时间；最后观察仿蛇机器人的指示灯，是否形成一对一的关系。当多个仿蛇机器人都确定了一一对应关系之后，即所有仿蛇机器人都处于遥控模式时，则表示对频模式结束。该模式下，可以通过遥控器控制仿蛇机器人的运动状态，让机器人具备群体协调控制能力。
5.初始姿态的调整
仿蛇机器人的基本结构组装完成之后，各关节之间还会存在一定误差，即各个关节之间会存在微小的偏移，这对仿蛇机器人的运动控制会产生极大的影响，例如：每一个关节的极限位置不同、运动过程发生偏移等。因此，为使仿蛇机器人具有相同的运动性能和控制效果，可取仿蛇机器人的标准姿势为机器人开机时的初始位置（见图5-42）。只有统一了仿蛇机器人的初始姿态，才有可能让机器人具有更丰富的动作和更协调的配合。
图5-42 设置仿蛇机器人的初始姿态
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