【训练营】仿生四足机器狗 - 嘉立创EDA开源硬件平台

项目介绍

B站演示视频：[立创训练营]自制鸿蒙机器狗，软硬件开源

开源链接：仿生四足机器狗

一款基于传志Hi3861模组的四足机器狗。腿部共由8个mg90s舵机组成，每条腿两个自由度，基于运动学逆解，可实现丰富的动作模式，目前已添加蓝牙遥控和初步验证的人脸跟随功能。

参考资料

• B站视频教程：https://www.bilibili.com/video/BV1RU4y1D75p?share_source=copy_web
  
• 示例工程开源链接：ohosdog - 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com)
  
• 鸿蒙开发资料：鸿蒙openharmony软硬件开发教程_哔哩哔哩_bilibili
  
  HUAWEI DevEco Device Tool使用指南-OpenHarmony设备开发-HarmonyOS设备开发
  
• 主控板资料：传智鸿蒙元气派 (czxy.com)
  

电路设计

主要元器件选型

• 主控：Hi3861模组
  

• 舵机驱动ic：pca9685
  

• 供电：7.4V 2s电池供电，带3P充电接口
  
• 电源管理：5v降压dcdc或LDO(LM1084)+AMS1117-3.3
  
• IO接口：舵机接口16个
  
• 拓展IO：mpu6050+超声波传感器+蓝牙串口
  
• TypeC+CH340串口下载电路
  
• 开关
  
• 电源指示灯
  
• 二极管电源隔离
  
• 舵机：mg90s 180度，8个
  

连接引脚分配
舵机驱动IIC
GPIO10 --> SDA
GPIO9 --> SCL

超声波传感器

GPIO07 -->trig

GPIO08 -->echo



其余IO全部引出，同时引出3.3V和5V电源接口，便于外接模块供电

PCB设计

• 3D预览图
  
  
  

结构设计

• 图纸参考：Solidworks - 机器人研究所(heimarobot.cn)
  

结构优化

• 足底体积扩充，增大摩擦力
  
• 增加侧面和底面开槽，减轻整体重量并便于拓展模块安装
  

紧固件选型

• M2螺丝螺母
  
• M2.510螺母
  
• M2.516螺丝螺母
  
• M315双通铜柱
  
• M340 双通铜柱
  
• M3螺母
  

3D打印

使用嘉立创三维猴提供的光固化打印，材料为SLA光敏树脂

软件设计

运动规划

参数标定

• 舵机位置记录
  
  
  
• 舵机编号定义
  
  上图是教程里提供的位置编号，由于设计电路时未参考视频，实际连接方式与图中不一致，对应编号按以下定义给出：
  

//leg redefine
// left front leg
#define LF_A    12
#define LF_B    13
// left back leg
#define LB_A    2
#define LB_B    3
// right front leg
#define RF_A    11
#define RF_B    10
// right back leg
#define RB_A    5
#define RB_B    4

• 腿参数长度测量值（向右为正方向，以右前腿为标准）
  
  实际安装后的腿长测量，与软件默认长度不一致，需要结合实际情况进行修改。
  
  
  

逆解算法验证

在开源工程文件中提供了逆解代码，核心函数为dog_leg_move()函数。需要根据实际设计情况，修改相应的参数。提取出逆解运算代码在dec c++中进行运行测试，根据实际测试结果，对算法进行调整，一方面需要交换alpha 、beta位置，并且beta角度输出相差180度，另一方面还要修改角度输出结果，最终验证情况如下图，逆解结果十分精准。修改后的代码已放在附件中，可自行查看。

步态设计

• 踏步
  
  设计运动位置坐标为（0，60）--> (0，70)，设置一定的周期循环运动，踏步快慢由此周期决定。设计简单步态：对角位置同时运动，同侧一上一下。
  
• 运动步态
  
  使用步态模拟器设置并导出末端轨迹的二维数组，循环执行，因为得到的是坐标数据，需选择路径轨迹数据导出而非路径点数据。
  
• 前进后退：对角线同步执行，后退为反方向运动
  
• 左右转向：运动方式同前后方向，但调整左右步态距离，类似差速转向
  
• 娱乐动作设计：
  
• 招手
  
• (撒尿...)
  

鸿蒙开发环境

• 主要编译指令
  

hb set  //开发环境初始化，源码操作一次即可
hb clean  //清除编译
hb build  //编译

• 开发说明
  
  基于鸿蒙轻量系统内核LiteOS-M，可采用各类子系统和实时操作系统框架下的开发方式。
  
  开发时自行创建了一个任务线程，各项功能均在该线程中实现，使用方式请参考文章开头提供的主控板资料。
  

Hi3861串口驱动开发

• 使用串口1，连线：
  

GPIO6--UART1_TX
GPIO5--UART1_RX

K210识别跟随

• 参考资料：MaixPy 文档简介 - Sipeed Wiki
  

运行人脸检测模型

人脸检测模型基于yoloV2框架，烧录模型并运行识别程序后，实测检测帧率可达10+fps，效果显著。

参考：【K210学习笔记】#MaixPy#（3）人脸检测与人脸识别

• 串口通信程序
  
  连线
  

GPIO8--TX
GPIO21--RX

k210--Hi3861
  08--05
  21--06
  07--14
  15--11

• IO通信模式
  
  控制口 p15，3个IO口:p07 p21 p08，共可传递八个识别状态
  

ESP32蓝牙遥控程序

• ESP32程序
  
  基于Arduino环境开发，接收手机发送的控制指令，通过IO口控制传递给主控芯片。
  
• 手机通过蓝牙连接ESP32，借助定制蓝牙助手发送控制指令。
  
  
  

提交代码说明

• 主控代码
  
  Hi3861部分使用genkipi开源固件开发，共修改如下两个文件（注意文件路径），见附件`软件部分/software/final_code/app`
  
  
  
• ESP32代码
  
  见附件软件部分/software/esp32_control
  
• K210代码
  
  见附件软件部分/software/k210
  
• 可直接烧录固件
  
  记录了所有共11版调试程序固件，见软件部分/software/bin
  
• 运动学逆解测试代码
  
  使用devcpp环境编译，可直接运行，见附件软件部分/software/inverse_test