第一指导教师主要成果：
1. 主持市级以上科研课题多项，发表核心期刊论文多篇，主要研究方向是运动目标检测与跟踪、智能检测与装置等。
2. 主讲《物联网设备编程与实施》、《嵌入式系统设计》等专业核心课程，主编《Java EE应用开发及实训》、《物联网设备编程与实施》等省部级精品教材多部。
3. 积极指导学生参加各类创新创业竞赛，累计获得物联网技术应用国赛二等奖2项、省赛一等奖2项，江苏省优秀毕业设计一等奖1项，江苏省电子设计竞赛二等奖2项，江苏省物理创新竞赛二等奖1项，发明杯二等奖、三等奖各1项等。
一、申请理由：
1.我们是无锡职业技术学院物联网应用技术学院物联网应用技术专业的学生，在前期的课程学习中，我们已经系统地学习了电工电子技术、物联网设备编程与实施、程序设计基础和网络技术基础等与课题相关的专业课程。今年3月，我们积极参加了物联网技术学院物联网创新工坊组织的创新活动，对目前多足机器人相关原理和技术做了一定的探索、学习和钻研。
2.随着机器人技术的发展，国内外各研究机构研制了不同种类和用途的机器人。仿生机器人是仿生学与机器人技术相结合的产物，代表了未来机器人领域的发展方向。多足仿生机器人及其相关技术已经成为国内外各研究机构关注和研究的热点。多足机器人作为移动机器人不可或缺的组成部分，对移动机器人的发展起着举足轻重的作用。多足机器人在移动时与地面的接触轨迹为一系列离散的点，与其它类型的移动机器人相比能够适应绝大多数非结构地形、具备地面破坏性小、灵活性强、不易翻倒等优点。因此，多足机器人可以广泛的应用于火星探测、灾难救援、军事侦察以及核电站检修等特殊的环境和领域。
3.我们申请本项目的目标是准备实际动手搭建一个基于STM32的仿生六足机器人，再通过机体结构和步态原理等，重点研究和分析六足机器人的工作原理和主控芯片算法，力争通过创新思维和分工协作从硬件模块和软件算法上对传统六足机器人进行物联网监控方面的改造和优化，促进该类型机器人的研究和发展。二、项目方案：
（1）国内外的研究现状及研究意义 仿生机器人是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人，是仿生学与机器人技术相结合的产物，目前在西方国家，机械宠物十分流行，另外，仿麻雀机器人可以担任环境监测的任务，具有广阔的开发前景。二十一世纪人类将进入老龄化社会，发展“仿人机器人”将弥补年轻劳动力的严重不足，解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题，并能开辟新的产业，创造新的就业机会。代表了未来机器人领域的发展方向。
按照使用环境的不同，又可以将机器人分为水下仿生机器人（机器鱼、机器蟹等）、空中仿生机器人、类人机器人和地面仿生机器人（跳跃式机器人、轮式机器人、足式机器人、爬行类机器人等）。
六足机器人又叫蜘蛛机器人，是多足机器人的一种，一般由机体和对称分布在机体两侧的六条腿组成。机体由上下两块较厚的铝合金板组成，并与各腿跟关节连接成一体。 机体上用于安装电池、控制板、驱动板等部件。每条腿有跟、髋、膝三个转动关节，即3个自由度，跟关节绕垂直于机体面的方向转动，实现迈腿的动作，髓关节和滕关节绕平行于机体面的方向转动，实现拍腿的动作。
图1 仿生六足机器人样图
图2 仿生六足机器人部件图
研究六足机器人具有极其重要的研究价值和现实意义，它具有野外排雷功能，可在地形识别任务中获取地形图障碍物的轮廓和户外定位等，遇到不规则地形时，灵活的六个爪子可以代替车轮前行。使模块化的腿结构同时具有手和脚的功能，可越过障碍物，具有越窄的能力，获取环境信息，在非结构化非规则步态的地形中稳定行走，在海滩礁石和崎岖不平的地形中直主行走可以识别不规则地形，具有负载能力。也可以服务月球或者其他星球的空间任务，为实验室空间站或设备的远途探测提供便利，可用于火星探测，灾难救援，军事侦察，运输军方物资以及核电站任务的检修等特殊的环境和领域。
目前，国外科学家及研究机构在多足机器人领域取得了丰硕成果。其中西班牙国家研究委员会工业自动化研究所先后研制了四足机器人和六足机器人。SILO-6六足机器人是该机构于2009年研制的具备野外排雷功能的作战型多足机器人，该机器人以连续自由蟹步态运用在排雷作业中。此外，该机构还研究了六足机器人在地形识别的任务等问题。
国内方面，华中科技大学将手脚融合功能应用于“4+2”六足机器人的研制，使模块化的腿机构同时具备手和脚的功能。该机器人每条腿包含3个主动驱动关节和1个球铰链式踝关节，科研人员还对此六足机器人进行了全方位步态和斜坡步态的分析研究。北京航空航天大学丁希仑等人分别从行走能力、稳定性和能耗三个角度对六边形对称分布的NOROS六足机器人，在同样占地系数前提下的摆动步态、踢腿步态和混合步态进行了研究和比较，并分析了该六足机器人的越障能力和穿越窄道的能力。国内其它高校的相关研究机构如上海交通大学机械系统与振动国家实验室研发的“智慧小象”以及“六爪章鱼”、北京理工大学研制的弓背蚁六足机器人也比较有代表性。
（2）项目已有的基础
今年3月，我们作为物联网技术系的学生，积极参加了物联网技术学院物联网创新工坊组织的创新活动，对目前多足机器人相关原理和技术做了一定的探索、学习和钻研。物联网技术系的学长和老师向我们重点讲解了基于STM32单片机的开源电子原型平台。
STM32单片机是由意法半导体（ST）专门基于高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的一款32位的单片机，其具有极高的性能、丰富合理的外设，合理的功耗，合理的价格、强大的软件支持、全面丰富的技术文档、芯片型号种类多，覆盖面广、强大的用户基础等优势。STM32凭借其产品线的多样化、极高的性价比、简单易用的库开发方式，迅速在众多32位单片机中脱颖而出。
图3 STM的应用场景 
通过物联网创新工坊的学习，我们对基于STM32平台的相关例程有了较为全面的了解。同时也了解到常见的STM32高级应用主要有循迹小车、3D打印机、六足机器人、多旋翼飞行器等。目前我们对六足机器人的原理和制作非常感兴趣。
（3）与本项目有关的研究积累和已取得的成绩
在本项目的研究中，六足机器人的步态研究非常重要。多足机器人的步态被定义为各步行腿的支撑-摆动的时间和位置，以配合机体的运动，使机器人从一个地方移动到另一个地方。在多足机器人足数为N的前提下，最多可以规划(2N-1)！种非奇异步态。
步态通常可分为规则步态和非规则步态。所谓的规则步态是指多足机器人各步行腿具有相同的占地系数按照固定的顺序和轨迹进行运动。而非规则步态是指多足机器人各步行腿具有不同的占地系数，动作顺序和轨迹也不同。从规则步态和非规则步态的定义中可以看出，规则步态只适合在平整的地面上行走，而非规则步态可以根据需要适合各种非结构化的地形。研究表明，将机器人运动学与几何分析相结合，以时序分解的方法解决规则步态的规划问题得到了广泛应用。对于非规则步态的规划问题，要根据机器人实际运行情况进行即时调整。
本项目拟研究内容主要包括平整地面行走的三角步态、四角步态和横向步态。
其中三角步态是六足机器人常见的典型步态之一，机器人在移动过程中始终有不相邻的三条步行腿在支撑相和摆动相之间相互转换。将六足机器人的步行腿分为两组：A组（由1、4、5三条步行腿组成）和B组（由2、3、6三条步行腿组成），三角步态以A组和B组步行腿相互在支撑相和摆动相交替以实现前向或后向移动。
图4 三角步态示意图
横向步态是三角步态的一种特殊形式，同时兼具了多足爬行昆虫波动步态和多足哺乳动物踢腿步态的特点。
图5 横向步态示意图
四角步态是指六足机器人在移动过程中任意时刻都有四条步行腿处于支撑相，不相邻的两条步行腿处于摆动相。六足机器人四角步态为规则步态，所有的步行腿拥有相同的占地系数。将六足机器人的六条步行腿分成三组:A组(由1、4步行腿组成)，B组(由2、5步行腿组成)，C组(由3、6步行腿组成)。假设六足机器人以步长入向前移动，规划完成的四角步态如图6所示。
图6 四角步态示意图
（4）已具备的条件
1）STM32开发板1套
2）物联网相关工业传感器1套
3）物联网创新工坊固定实验实训场所
（5）尚缺少的条件及方法
1）六足机器人的步态原理和算法
2）六足机器人的各组成部件硬件原理
3）六足机器人硬件1套及相关配件（含机身、六足、STM核心开发板、遥控器等）
4）六足机器人的软件源码
5）相关硬件模块和软件算法的改进方法
2、项目研究目标及主要内容
（1）项目研究目标
1）购买电子元器件，实际动手搭建一个基于STM32单片机的六足机器人。
2）通过机体组装、步态原理等，重点研究和分析六足机器人的工作原理和主控芯片算法。
3）在理解步态原理和简单算法的基础上，再通过机体结构和步态原理等，重点研究和分析六足机器人的工作原理和主控芯片算法，力争通过创新思维和分工协作从硬件模块和软件算法上对传统六足机器人进行物联网相关进行改造和优化，促进该类型机器人的研究和发展。
（2）项目研究主要内容
1）六足机器人的机体结构、工作原理和步态原理。
2）六足机器人的的各组成部件原理。
3）六足机器人的软件源码编写、分析、优化。
4）相关硬件模块和软件算法的改进方法。
5）组装机器人：机器人的结构组装，机器人I/O引脚连接，机器人程序编写
6）研究其步态算法（如三角步态，四角步态，五角步态，横向步态，定向转弯步态等）,利用数学知识、物理等相关知识建立步态模型。
7）在研究六足机器人实物的基础上，可以为后续物联网典型应用搭建一个研究与测试平台，例如智能家居、智慧农业、狭小环境探测等。
3、项目创新特色概述
通过动手实践，此项目可以让我们学习并掌握以下特色内容：
（1）对六足机器人的机体结构、工作原理和步态原理在算法层面上有一定的了解和掌握，并能做初步地探讨。
（2）通过进行步态实验，深层理解并掌握世界主流的STM32单片机开发平台。
（3）在研究六足机器人实物的基础上，可以为后续物联网典型应用搭建一个研究与测试平台。
（4）如果前期进展顺利，后期可在六足机器人上搭载相关传感器，从而服务于其他领域，比如智能家居、智慧农业、狭小环境探测等。
（5）为了让六足机器人完成温度感应和目标测距等实验任务，运用基于ZigBee的Z-stack协议，将其嵌入到设备中。以Z-Stack协议栈自带的SampleApp.c样例作为模板，借助组网协议完成无线通信，其中包括数据收发，串口通信，通信连接。为了实现ZigBee通信协议传输数据，在协议实现代码中添加终端与协调器通信相关的消息处理函数，并且将传感器和ZigBee系统组成ZigBee无线传感器网络：可以做到自动采集、分析和处理各个节点的数据并且能在协调器和终端模块之间快速高效地双向传输预定格式的数据内容，从而完成相应的试验任务。
4、项目研究技术路线
项目整体过程可以分为三个阶段：
（1）第一阶段：研究基本原理，为展开后续研究奠定基础。主要对六足机器人研究现状及理论知识进行分析和总结，学习步态理论和步态规划与控制的基本理论。组装机器人，对其进行运动学分析。
（2）第二阶段：分别对三角步态、四角步态、横向步态进行较为深入的研究，通过步态实验进行一定的速度和稳定性分析。
（3）第三阶段：在研究六足机器人实物的基础上，可以为后续物联网典型应用搭建一个研究与测试平台，例如智能家居、智慧农业、狭小环境探测等。
5、研究进度安排
（1）第一阶段：研究基本原理，为展开后续研究奠定基础。
| 主要研究阶段 | 研究内容 | 备注 |
| 2021/04-2021/05 | 资料收集，文档阅读，项目申请，知识储备。 | |
（2）第二阶段：机体组装，关键技术攻关，数据分析及完成中期考核。
| 主要研究阶段 | 研究内容 | 备注 |
| 2021/05-2021/08 | 硬件组装，进行步态实验，数据采集及处理。 | |
| 2021/09-2021/11 | 关键技术攻关（机体结构、步态原理、STM32等）。 | |
| 2021/09-2021/12 | 软件编程与调测，实现六足机器人的基本功能。 | |
（3）第三阶段：在研究六足机器人实物的基础上，可以为后续物联网典型应用搭建一个研究与测试平台，例如智能家居、智慧农业、狭小环境探测等。
| 主要研究阶段 | 研究内容 | 备注 |
| 2021/12-2022/02 | 优化源码，后期系统测试与修正，申报专利 | |
| 2022/02-2022/04 | 撰写总结报告，软硬件交付，结题 | |
6、项目组成员分工
（1）相关学生主要负责软硬件技术攻关、编程实现以及文档资料撰写等方面的工作。
| 序号 | 成员姓名 | 分工情况 |
| 1 | 张赛男 | 系统调研、专利申报、项目记录及答辩 |
| 2 | 陈 旺 | 六足机器人的组装、软硬件技术攻关 |
| 3 | 徐星宇 | 软硬件技术攻关、编程实现 |
| 4 | 陆 骏 | 整体系统测试、编程实现 |
| 5 | 樊倩倩 | 步态实验、文档资料撰写、编程实现 |
（2）指导老师负责对学生进行算法原理、控制理论、方面的指导，有必要时可联系无锡市相关制作销售航模的企业，解决学生可能遇到的难题，并在算法优化方面给予一定的方向指引。
三、学校提供条件：
1. 扶持政策：学校制定《无锡职业技术学院创新创业教育项目实施办法(实行)》(锡职院[2013]23号)文件
2. 资源支撑：学校提供相应的图书资源和数据库资源，过程有专业的指导教师进行指导，学校也有物联网创新办公室场地供同学们进行研究。
3. 过程保障：学校可以定期进行阶段检查，适时监督项目实施情况，并通过校园网络信息发布，加强同学们之间的学习交流。
四、预期成果：
1. 六足机器人实验样机一套。
2. 基于STM32的源码及相关说明书一套。
3. 六足机器人设备配置及使用方法说明书一套。
4. 申报实用新型或软件著作权专利1个，项目创新总结报告1份。
五、经费预算：交通费：2(%),资料费：6(%),元器件费：70(%),药品费：1(%),测试费：10(%),邮费：1(%),复印费：5(%),办公用品费：1(%),版面费：3(%),通讯费：1(%)