• 主控MCU：Hi3861模組

• 關(guān)節(jié)位控電機：9g舵機 ---> MG90S;

• 舵機驅(qū)動管理：PCA9685PW;

• IMU傳感器：MPU6050;

• 電機供電：DC-DC BUCK電路 ---> MP2236

• 移動電源：航模聚合物鋰電池 ---> 2S-35C

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

2. 電控硬件部分采用立創(chuàng)EDA專業(yè)版設(shè)計。關(guān)于12路舵機驅(qū)動主要由PCA9685PW管理，Hi3861物聯(lián)網(wǎng)模組主控，供電部分采用了一個DC-DC BUCK型降路壓電路，支持最大電流6A，保證電機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。在實現(xiàn)主單腿正逆解、足端擺線軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了四足機器狗的Trot小跑步態(tài)運動，姿態(tài)逆解控制等；

4. 機器人的遠(yuǎn)程控制App基于Android開發(fā)，與四足機器狗之間采用了UDP協(xié)議實現(xiàn)無線通信。

為了能夠使機器人在三維空間中能夠自由運動，首先，確定了機器人整體設(shè)計有12個自由度。

腿部結(jié)構(gòu)：

考慮到機器人后續(xù)的運動性能和續(xù)航，該機器人腿部結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路是，盡量減輕了腿部重量與保證單腿上三個電機的安裝位置緊湊。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)腿的機構(gòu)原理屬于借鑒參考了其他開源項目，并不是完全創(chuàng)新。

軀體結(jié)構(gòu)：

在設(shè)計機器人軀體是，依照的是模塊化思路，將整個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。

接口安排：

四條單腿的電機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，移動電源設(shè)計放置在機器人腹內(nèi)，四足機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)計有天線接口，底層板前側(cè)設(shè)計了一處舵機接口。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，故結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中盡量避免的平行與底面的懸空結(jié)構(gòu)，故該機器人的各零部件在打印時幾乎不需要支撐結(jié)構(gòu)，即方便后處理步驟與節(jié)省材料。

主控MCU：

這個不用多說，已固定為Hi3861模組。其外圍電路數(shù)據(jù)手冊即教學(xué)視頻都有，非常簡單。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。個人目前比較喜歡Type-C，雖然不太好焊，但對我來講沒什么問題。

舵機驅(qū)動：

由于舵機數(shù)量多達(dá)12個及以上，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：

以一顆舵機額定運行需要5V，200mA來算，加上MCU模組及其他芯片需500mA左右來算，正常運作將近需要2.9A.故LDO無法滿足，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：

四足機器人基本的運動控制幾乎都是在實現(xiàn)單腿正逆解的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。

單腿正逆解：

了解到有DH建模法、幾何法等方法可以實現(xiàn)，個人此次采用的是幾何法實現(xiàn)。（因為DH建模時因為arcsin出現(xiàn)了很多計算上的BUG)

姿態(tài)逆解：

姿態(tài)逆解即在單腿逆解基礎(chǔ)上，通過單腿把整個軀體當(dāng)做并聯(lián)機構(gòu)來控制，其實也就設(shè)計單腿和軀體的坐標(biāo)系變換，理解相對運動即可。

步態(tài)規(guī)劃：

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

整體思路：

遇到問題：

檢測過程：

• 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，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，重新制板等時間成本較大的修補措施。

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排除。比如，先考慮各器件的焊接是否正常（可采用萬用表蜂鳴檔檢測）。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。因為之后可通過寫各種Demo小程序來快速測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。如果均無問題可接著測供電電壓是否正常。同時需注意，用電端燒毀一般是電壓問題，供電端燒毀一般是電流過大。

軟件問題調(diào)試： 如果有報錯信息，就去閱讀報錯信息來調(diào)試代碼。如果語法錯誤就比較容易解決。如果遇到比如LED驅(qū)動不亮，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亮。如果遇到采用IIC通訊的OLED屏幕無法點亮，先寫簡單的程序測通，比如先使屏幕點亮，再試著點亮一個點，再點亮一條線，畫出一個方塊，寫下一個字符。各種功能齊全后在組合調(diào)試出自己想要的效果。

而且單片機開發(fā)調(diào)試時不應(yīng)該光敲代碼，中間需要穿插燒錄到單片機看是否能夠?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，不然很可能會出現(xiàn)找不到哪里出錯的。

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潔地回答自己的問題，比如對方只用回答是還是不是。

比如自己的代碼編譯報錯，如果問為什么自己的代碼跑不起來，為什么自己的LED燈不亮了，這無疑很難獲得自己想要的答案。因為開發(fā)的時候碰到的Bug會有千萬種，但是正確的跑通道路卻只有一條。如果代碼報錯，自己首先要去檢查所報錯的代碼段，細(xì)化大概在哪一行出現(xiàn)了問題，個人先去通過搜索、調(diào)試等手段嘗試能否解決。

雖然有時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)測室內(nèi)溫濕度并實現(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，澆水用哪款電機比較合適等之類細(xì)化一些的問題。

做項目，要一邊開發(fā)一邊學(xué)習(xí)：

想做一個項目，不像之前我們所接觸的教育那樣，先把一個領(lǐng)域全方面熟悉摸透后再去做。畢竟想摸清某個領(lǐng)域都是很不容易的。要明確知道自己的需求，自己想要實現(xiàn)什么，大概可以怎么樣去實現(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現(xiàn)想法。

做項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。做了幾個后，隨后就會慢慢摸索出自己如果想要實現(xiàn)新項目的開展思路。