• 主控MCU：Hi3861模組

• 關(guān)節(jié)位控電機(jī)：9g舵機(jī) ---> MG90S;

• 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)管理：PCA9685PW;

• IMU傳感器：MPU6050;

• 電機(jī)供電：DC-DC BUCK電路 ---> MP2236

• 移動(dòng)電源：航模聚合物鋰電池 ---> 2S-35C

1. 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分采用SolidWorks 2020設(shè)計(jì)，通過(guò)FDM式3D打印制造。其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括軀體與單腿。單腿機(jī)構(gòu)采用平面四連桿構(gòu)成并聯(lián)腿，擁有3自由度，設(shè)計(jì)思路是盡量減輕腿部重量，并且使三個(gè)電機(jī)安裝的位置緊湊集中。軀體采用模塊分立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便維護(hù)更換及升級(jí)；

2. 電控硬件部分采用立創(chuàng)EDA專業(yè)版設(shè)計(jì)。關(guān)于12路舵機(jī)驅(qū)動(dòng)主要由PCA9685PW管理，Hi3861物聯(lián)網(wǎng)模組主控，供電部分采用了一個(gè)DC-DC BUCK型降路壓電路，支持最大電流6A，保證電機(jī)及控制電路供電充足；

3. 軟件部分采用Clion作為編輯器，linux環(huán)境下編譯。在實(shí)現(xiàn)主單腿正逆解、足端擺線軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了四足機(jī)器狗的Trot小跑步態(tài)運(yùn)動(dòng)，姿態(tài)逆解控制等；

4. 機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制App基于Android開發(fā)，與四足機(jī)器狗之間采用了UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。

為了能夠使機(jī)器人在三維空間中能夠自由運(yùn)動(dòng)，首先，確定了機(jī)器人整體設(shè)計(jì)有12個(gè)自由度。

腿部結(jié)構(gòu)：

考慮到機(jī)器人后續(xù)的運(yùn)動(dòng)性能和續(xù)航，該機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路是，盡量減輕了腿部重量與保證單腿上三個(gè)電機(jī)的安裝位置緊湊。故大腿小腿的的結(jié)構(gòu)采用了并聯(lián)腿結(jié)構(gòu)。該并聯(lián)腿的機(jī)構(gòu)原理屬于借鑒參考了其他開源項(xiàng)目，并不是完全創(chuàng)新。

軀體結(jié)構(gòu)：

在設(shè)計(jì)機(jī)器人軀體是，依照的是模塊化思路，將整個(gè)軀體分解為由頂層板、底層板、左側(cè)板、右側(cè)板、前側(cè)板、后側(cè)板六部分拼接而成，然后再依次在各板塊上進(jìn)行安裝接口與外形設(shè)計(jì)。

接口安排：

四條單腿的電機(jī)安裝接口分別在左側(cè)板與右側(cè)板上，而控制板的接口在頂層板上，移動(dòng)電源設(shè)計(jì)放置在機(jī)器人腹內(nèi)，四足機(jī)器人頂層板的前后側(cè)部分挖空方便理線，頂層板尾部設(shè)計(jì)有天線接口，底層板前側(cè)設(shè)計(jì)了一處舵機(jī)接口。接口的方式幾乎均為鏤空，另一好處可以節(jié)省材料。

結(jié)構(gòu)制造：

由于本人制造手段目前限制于僅FDM式3D打印機(jī)，故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量避免的平行與底面的懸空結(jié)構(gòu)，故該機(jī)器人的各零部件在打印時(shí)幾乎不需要支撐結(jié)構(gòu)，即方便后處理步驟與節(jié)省材料。

主控MCU：

這個(gè)不用多說(shuō)，已固定為Hi3861模組。其外圍電路數(shù)據(jù)手冊(cè)即教學(xué)視頻都有，非常簡(jiǎn)單。僅需要注意模組天線部分背部不要布線或挖空。

串口通訊：

采用了CH340系列引腳最少的CH340N，配合Type-C接口。個(gè)人目前比較喜歡Type-C，雖然不太好焊，但對(duì)我來(lái)講沒什么問題。

舵機(jī)驅(qū)動(dòng)：

由于舵機(jī)數(shù)量多達(dá)12個(gè)及以上，采用PCA9685PW屬常規(guī)操作了。目前也就發(fā)現(xiàn)一款LU9685，其沒找到?jīng)]太好的替代芯片。

供電電路：

以一顆舵機(jī)額定運(yùn)行需要5V，200mA來(lái)算，加上MCU模組及其他芯片需500mA左右來(lái)算，正常運(yùn)作將近需要2.9A.故LDO無(wú)法滿足，需DC-DC BUCK型降壓電路將2S鋰電池降壓到5V輸出。MP2236支持寬電壓輸入，最高電壓18V，最大電流6A。

整體思路：

四足機(jī)器人基本的運(yùn)動(dòng)控制幾乎都是在實(shí)現(xiàn)單腿正逆解的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。

單腿正逆解：

了解到有DH建模法、幾何法等方法可以實(shí)現(xiàn)，個(gè)人此次采用的是幾何法實(shí)現(xiàn)。（因?yàn)镈H建模時(shí)因?yàn)閍rcsin出現(xiàn)了很多計(jì)算上的BUG)

姿態(tài)逆解：

姿態(tài)逆解即在單腿逆解基礎(chǔ)上，通過(guò)單腿把整個(gè)軀體當(dāng)做并聯(lián)機(jī)構(gòu)來(lái)控制，其實(shí)也就設(shè)計(jì)單腿和軀體的坐標(biāo)系變換，理解相對(duì)運(yùn)動(dòng)即可。

步態(tài)規(guī)劃：

步態(tài)規(guī)劃要控制的一個(gè)是足端軌跡，一個(gè)是單個(gè)步態(tài)周期中各腿的運(yùn)動(dòng)。首先可理解的是各腿的運(yùn)動(dòng)軌跡，可均采用一種規(guī)劃，本項(xiàng)目中采用的是擺線來(lái)規(guī)劃。隨后主要控制的便是一個(gè)步態(tài)周期，各單腿的抬起落下，即擺動(dòng)相與支撐相。本項(xiàng)目中僅演示了Trot步態(tài)，即對(duì)角小跑步態(tài)。對(duì)于足端軌跡是實(shí)時(shí)解算的，對(duì)角兩腿向前擺動(dòng)時(shí)，另外對(duì)角兩腿同步向后支撐，即控制的機(jī)器狗的整體移動(dòng)。包括后續(xù)的轉(zhuǎn)彎，左右平移皆是一個(gè)原理。

整體思路：

遇到問題：

檢測(cè)過(guò)程：

• 拆除WS2812B燈珠后，串口即能輸出正常信息；

• 拔下MPU6050模塊后，串口即能輸出正常信息。

疑似原因：

Hi3861模組燒錄時(shí)，特定引腳不能外接設(shè)備。

當(dāng)我一開始發(fā)現(xiàn)輸出亂碼，慣性上會(huì)首先思考MCU的焊接是否良好、串口通訊的電路是否正常、芯片供電是否正常、EN按鍵是否正常等問題。后來(lái)能順利解決問題也是在檢查上面所有問題后歪打正著，意外拆掉那顆WS2812燈珠后才發(fā)現(xiàn)復(fù)位正常了。

解決方案：

• 拆去連接IO2引腳的WS2812B燈珠；

• 拔下連接IO7、IO8引腳的MPU6050模塊。

開發(fā)過(guò)程中卡殼，先檢查硬件問題，再檢查軟件問題：

硬件問題一般比軟件問題更麻煩一些，畢竟可能遇到需要重買材料，重新制板等時(shí)間成本較大的修補(bǔ)措施。

硬件問題檢查： 一般采用控制變量法把所有的嫌疑因素逐個(gè)排除。比如，先考慮各器件的焊接是否正常（可采用萬(wàn)用表蜂鳴檔檢測(cè)）。如果有MCU的電路先檢查MCU及其外圍電路，是否能夠燒錄程序。因?yàn)橹罂赏ㄟ^(guò)寫各種Demo小程序來(lái)快速測(cè)試其他硬件資源是否正常。

檢查MCU及其外圍電路是否正常，可以先觀察焊接上是否有虛焊，連錫等情況。如果均無(wú)問題可接著測(cè)供電電壓是否正常。同時(shí)需注意，用電端燒毀一般是電壓?jiǎn)栴}，供電端燒毀一般是電流過(guò)大。

軟件問題調(diào)試： 如果有報(bào)錯(cuò)信息，就去閱讀報(bào)錯(cuò)信息來(lái)調(diào)試代碼。如果語(yǔ)法錯(cuò)誤就比較容易解決。如果遇到比如LED驅(qū)動(dòng)不亮，先檢查封裝或LED焊反沒，檢查原理圖上LED是引腳電平拉高還是拉低點(diǎn)亮。如果遇到采用IIC通訊的OLED屏幕無(wú)法點(diǎn)亮，先寫簡(jiǎn)單的程序測(cè)通，比如先使屏幕點(diǎn)亮，再試著點(diǎn)亮一個(gè)點(diǎn)，再點(diǎn)亮一條線，畫出一個(gè)方塊，寫下一個(gè)字符。各種功能齊全后在組合調(diào)試出自己想要的效果。

而且單片機(jī)開發(fā)調(diào)試時(shí)不應(yīng)該光敲代碼，中間需要穿插燒錄到單片機(jī)看是否能夠?qū)崿F(xiàn)效果。問題多的話盡量分階段解決，而不是匯總到最后一起解決，不然很可能會(huì)出現(xiàn)找不到哪里出錯(cuò)的。

優(yōu)質(zhì)的問題獲得優(yōu)質(zhì)的回答：

提問者要多思考，如何闡述清楚自己的問題，考慮是否方便回答者能簡(jiǎn)潔地回答自己的問題，比如對(duì)方只用回答是還是不是。

比如自己的代碼編譯報(bào)錯(cuò)，如果問為什么自己的代碼跑不起來(lái)，為什么自己的LED燈不亮了，這無(wú)疑很難獲得自己想要的答案。因?yàn)殚_發(fā)的時(shí)候碰到的Bug會(huì)有千萬(wàn)種，但是正確的跑通道路卻只有一條。如果代碼報(bào)錯(cuò)，自己首先要去檢查所報(bào)錯(cuò)的代碼段，細(xì)化大概在哪一行出現(xiàn)了問題，個(gè)人先去通過(guò)搜索、調(diào)試等手段嘗試能否解決。

雖然有時(shí)太具體的問題也不太好回答，比如有人問自己想用Hi3861模組開發(fā)一款能夠監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度并實(shí)現(xiàn)澆水的智能澆花器。這類問題涉及的內(nèi)容就比較多，也不好獲得自己想要的回答。調(diào)整一下的話，比如可以在問題最后加上，哪款溫濕度傳感器比較推薦，澆水用哪款電機(jī)比較合適等之類細(xì)化一些的問題。

做項(xiàng)目，要一邊開發(fā)一邊學(xué)習(xí)：

想做一個(gè)項(xiàng)目，不像之前我們所接觸的教育那樣，先把一個(gè)領(lǐng)域全方面熟悉摸透后再去做。畢竟想摸清某個(gè)領(lǐng)域都是很不容易的。要明確知道自己的需求，自己想要實(shí)現(xiàn)什么，大概可以怎么樣去實(shí)現(xiàn)，然后再去學(xué)習(xí)。需要用什么去學(xué)什么，需要用多少就學(xué)多少，除非自己對(duì)某方面非常感興趣。這樣才有可能快速地去完成自己的需求和實(shí)現(xiàn)想法。

做項(xiàng)目也是多做才可以更熟練，入門的話可以先跟著資料齊全，文檔清晰的優(yōu)秀開源作品復(fù)刻。做了幾個(gè)后，隨后就會(huì)慢慢摸索出自己如果想要實(shí)現(xiàn)新項(xiàng)目的開展思路。