编辑器版本 ×
标准版

1、简单易用,可快速上手

2、流畅支持300个器件或1000个焊盘以下的设计规模

3、支持简单的电路仿真

4、面向学生、老师、创客

专业版

1、全新的交互和界面

2、流畅支持超过3w器件或10w焊盘的设计规模,支持面板和外壳设计

3、更严谨的设计约束,更规范的流程

4、面向企业、更专业的用户

专业版 【毕业设计】履带四足复合机器人

简介:本项目由立创EDA的星火计划支持,ESP32-WROVER-E为主控MCU,履足式机器人拥有两种行进模式:四足行进、履带行进,四足形态下共拥8个DOF,足端融入了履带机构,由4个直流电机驱动。

开源协议: GPL 3.0

发布时间: 2022-12-01 09:15:54
  • 1.4w
  • 82
  • 245
描述
# **更新日志** 2022.6.3——— 创建更新日志:毕业准备回家,先收拾东西,暂停开发... - - - 2022.6.16——— * 修改了结构部分购物清单 * 主控Version2.0版本验证成功 ![V2.0.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/EdKzMmgg3eBRGP9mYM3XNZKkO4LC62wy0zUPodwL.jpeg) #### **改动:** 1. 电机驱动更换:TB6612FNG —> RZ7899。优化了TB6612FNG芯片价格飙升问题,及开机履带不受控转动问题; 2. 主控更换为ESP32-PICO-D4。相比ESP32-WROVER降低了成本,引脚资源更多,优化了布局空间,整体性能区别不大,缺点是不太好焊接; 3. 删去了DET402G蜂鸣器; 4. 删去了MITSUMI拨轮编码器; 5. 多增添了一颗WS2812B-2020灯珠; 6. 多引出了一处串口,拟打算外接卫星定位模块;(要问为什么引出了3处串口接口,而不将其中2处合并为1处以节省引脚资源。抱歉,才想到...... 7. 多引出了一处IIC 2.54 - 4P排针接口; 8. 针对主控板与拓展板能够互通电源的M3铜柱孔,新增了肖特基二极管,以便调整是否互通及导通方向; * * * 2022.7.20——— * 调试过程中一个电机损坏,返厂维修 * 上传该机器人总装配的step文件 * * * 2022.9.07——— * 由于后面打算将所有驱动电机,更换为无刷电机BLDC,故需一段时间来研究。 2022.11.30——— * 更新了一些链接,修正了一些内容 ## **1.项目简介** ``` 本项目中,履足式复合机器人有两种行进模式:四足行进模式、履带行进模式,应对不同场景及地形时能够切换形态。四足形态下整体总共有8个自由度DOF,单腿各具备2个自由度DOF,足端结构融入了履带机构,各履带机构配备1个直流电机驱动。 该机器人主控板的MCU模组为ESP32-WROVER-E(V2.0版本为ESP32-PICO-D4),能够实现针对总线舵机+PWM舵机+直流电机的控制,同时包括其他硬件资源:六轴加速度传感器、OLED屏幕接口、RGB灯珠、蜂鸣器等。 履带车形态在平坦或稍崎岖的地貌上能够保持较高的行进速度,降低了四足爬行的功率消耗;四足形态用于跨越障碍,灵活应对各类复杂地形环境,解决了履带结构应对高度落差较大地形难以翻越的痛点,即实现了仿生四足与履带式结构双优势结合的腿履协同。 ``` [履带四足复合机器人](https://www.bilibili.com/video/BV1aU4y197CP) <center class="half"> W7KWJjMzmZMdXuScMZ65XCkND6rfkfhrXw5e6wBb.jpegC3swzydsCVLuU0pt6nB9SweA4vScIRvkwa1fqGTq.jpeg </center> 最初的构想来源——《使命召唤11:高级战争》中的“泰坦”重型坦克: - - - ## **2.电控硬件功能** ### **2.1 主控板:** ##### 2.1.1 电机驱动: * 6路串行总线舵机接口:PH2.0-3P,74HC126D * 4路直流电机驱动:TB6612FNG ##### 2.1.2 指示器件: * 1颗 六轴加速度传感器:MPU6050 * 1块 拨轮编码器:MITSUMI * 1颗 普普通通的 微型无源蜂鸣器:DET402-G * 1颗 普普通通的 发光LED:0603 * 1处 0.96寸4针OLED屏幕接口:HDR-1*4P-F * 3颗 普普通通的 RGB灯珠:WS2812B-2020 ##### 2.1.3 拓展接口: * 2路拓展IIC接口:PH2.0-4P * 1路WS2812B灯珠接口:HDR-M-2.54-3P ### **2.2 拓展板:** * 16路PWM舵机驱动:PCA9685 - - - ## **3.选型简述** ### **3.1 电机选型:** 1. 串行总线舵机选型:型号:HTS-35H,额定电压:9.0~12.6V,串行通信波特率115200,额定扭矩:35kg.cm/3.5N.m。通信需要将UART全双工转半双工,根据幻尔舵机商家提供的通信协议手册和原理图,采用74HC126D实现; <center class="half"> 4nu9wY3hneqFH6O0akiVARs087QGLCBt6xeKUpL1.pngMS1Ad5miXlah1jEdFypHmejHAeFI5lSKvgLWi2eQ.png </center> 2. PWM舵机选型【经济方案】:型号:MG996R,额定扭矩:13kg.cm/1.3N.m。常见的大舵机,配合拓展板也没什么问题,箭头处注意供电电压是否匹配。(注意供电连接,主控板与拓展板可通过铜柱连接电源) <center class="half"> n3MHxIHBUMm369HbTp9K1n77Z8Ibz7TDXEXx7OrZ.pngoBTyA0CeKa61FekELwMfWPOSvfg6iS2Fz9kbl1P1.png </center> 3. PWM舵机拓展控制板; <center class="half"> zWTWWcTag8NqNtSDZdQs6uhIgy6zql9aQFP7n8Or.pnga8XxKeEhZfgNnyCOlD8I0RdZ5Mzp45AwoLUpji8b.png </center> 4. 直流电机选型:型号:JGA25-370-1260,额定电压:12.0V,减速比:1:103,空载转速:60转/分钟。主控V1.0版本中,采用TB6612FNG驱动【考虑到停产及价格问题,V2.0已用RZ7899替代】; <center class="half"> KWy12B3Ao3sF87tceGA4V7TzTqvL5PV64Gr1ndN7.pngpVu2sjk7G97UUIeYzDpd4an2pMoAmEzarNX4SPR3.png </center> ### **3.2 其他选型:** 1. 六轴加速度传感器:MPU6050。通常选择,源代码中定义支持了采用DMP获取四元数后,再解算得Pitch、Roll角(yaw角太飘),而且QFN封装可能不太好焊。~~~~ <center class="half"> 0O0CYbKUbrvjJtPih8RPPGazOub726s6WIfPb6F0.png </center> 2. 芯片供电:3.3V与5V供电均采用LDO实现,即SCJT1117-3.3与SCJT1117-5.0。(由于压差较大,建议贴散热片) <center class="half"> wNhd9qu1F351DtkEakHW3YVbobawcey7Vu2PiLT5.png </center> 3. 电源选型:采用放电倍率35C的3S聚合物航模电机,但考虑到安全问题,经测试3节放电倍率10C的18650动力锂电池也能驱动 <center class="half"> RXZeSPhgsxMisVJRUseKotILpa5IhsLbTYxK6R4Q.pngAQAgeqQApHdgXxnBAmTthQP0BJSzWANf1mTFqT3v.jpeg </center> - - - ## **4.实物图片** ### **主控板:** ![7.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/9sXItUDILw9wQpjyephqikwGZPQLTm3mQzgq5GWZ.jpeg) ### **16路PWM舵机---拓展板:** ![5.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/MjbrxRfBEukzJZlIyAUyla0dELLwr8wJ7kty80n5.jpeg) ### **组合图:** ![6.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/2uZwY5s66172hchAVhuhy3dfuowihrtB6ZLjdaHX.jpeg) - - - ## **5.机械结构设计** ``` 所述机器人整体总重量(加电源)经称量可达3.0kg。 目前大部分结构零件以FDM式3D打印技术制造,采用PLA材质,故主要参数推荐:0.15mm层高,70%填充。部分需要少量支撑零件,如履带外壳——主壳、提手、躯体前侧板等 ``` ### **设计特点:** * 履带足 * 二自由度串联腿 * 四足形态:8自由度 * 履行模式:4电机驱动 * 预留二自由度云台 * 3D打印结构 ![机器人总装配图_A0-模型.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/CZXf9UdMdySsv4dvUa6uYI4dS4fBb00hRcdeAuuH.jpeg) ![四足履带机器人V4.5.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/xJtrFwPidhBHUO716yNS9SPLgeBAnUawnNEtId56.jpeg) - - - ## **6.控制系统软件设计** ``` VSCode+PlatformIO平台开发,目前机器人主控系统主要包括2部分:底层驱动,运动控制。 ``` ![platformio.png](//image.lceda.cn/pullimage/e0r1QtCX3A0OPBomeEydXjhA15r8cG3NEF7oomaQ.png) ### **6.1 底层驱动内容:** * 串行总线舵机通信 * 直流电机驱动 * 六轴加速度传感器通信 * OLED屏幕驱动 * 拨轮编码器读取 * WS2812B-RGB灯珠驱动 * 蜂鸣器驱动 * WiFi通信配置 ### **6.2 运动控制内容:** * 单腿正解FK * 单腿逆解IK * 姿态逆解 * 足端摆线轨迹计算 * Trot步态模式 * Walk步态模式 * *VMC算法 -- 伪闭环(待测试) ### **6.3 代码文件说明:** **lib:** * Adafruit_NeoPixel: WS2812B灯珠驱动控制(有点小bug,第1个灯珠有些不受控制,待更改) * Adafruit\_PWM\_Servo\_Driver\_Library: PCA9685通信及驱动库 * MPU6050:加速度传感器 * U8g2:用于0.96寸 OLED屏幕驱动 **src/Drive:** * Hiwonde.h/.cpp: 串行总线舵机通信库 * ServoDrive.h/.cpp: PWM舵机驱动控制库(PCA9685) * IOs.h/.cpp: GPIO引脚配置及控制库 * IMU.h/.cpp: MPU6050加速度传感器通信库 * DCMotorDrive.h/.cpp: 直流电机驱动控制库 **src/Dynamics:** * FKIK.h/.cpp: 单腿正逆解库 * MotionControl.h/.cpp: 机器人运动及姿态控制库 - - - ## **7.远程控制App设计** ``` 注意:需要开启定位、通知权限 ``` ### **设计特点:** * 基于Android端开发 * 采用WIFI作为无线通讯模式 * 采用TCP作为传输层协议 ## ![GUI合并.png](//image.lceda.cn/pullimage/hZpw4A0XcxIrPLZNjCgGk3bf2YMJFpuhH8HbjBOP.png) ## **8.实物样机**~~~~ ![f1.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/WAKtWYYwIEjZzdE5eEqaVzIC2yciRNkEwz6zVrJ1.jpeg) ![f2.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/oi1xs2vhWlDdx7TKZOrhN2sOvqF88Rc2MWoTwx5A.jpeg) ![L1.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/zQY1PgEP0xLh8MuSxJELhgpss2DQPkBasWQDhzyj.jpeg) ![合照.jpg](//image.lceda.cn/pullimage/hb1EpykTGlm9BCRkhJRwIVb6kY7su60dVylPjGyC.jpeg) - - -
设计图
原理图
1 /
PCB
1 /
暂无
工程成员
相关工程
换一批
加载中...
添加到专辑 ×

加载中...

温馨提示 ×

是否需要添加此工程到专辑?

  • 153 6159 2675

服务时间

周一至周五 9:00~18:00
  • 技术支持

  • 开源平台公众号