EDA-SuperBear机器熊

本项目使用 ESP32S3R8N16 模组，结合 INMP441 + MAX98357 实现小智AI对话及MCP协议控制机器熊运动。

本项目大部分均为插件，适合新手及教学使用。

主控选用 ESP32S3系列 模组，集成 WiFi 功能，提供丰富的 GPIO 接口。 板载 USB 转串口芯片，方便程序下载和调试。

ESP32S3 主控模组原理图部分

主控模组启动电路原理图部分

本系统使用 INMP441 数字麦克风模块进行音频采集，结构简单，可根据需求替换为更低成本型号。

INMP441音频采集电路原理图部分

INMP441数据手册引脚定义部分

音频输出部分采用 MAX98357 模块，支持I2S音频输入，驱动扬声器输出。设计简单，性能稳定。

MAX98357音频输出电路原理图部分

MAX98357数据手册引脚定义部分

MAX98357原理图输出增益配置部分

电源供电电路与 EDA-Robot 标准版一致，采用两节串联 18650 电池，串联后满电电压 8.4V， 通过两路 LDO 分别降压至 5V 为舵机供电和 3.3V 为 MCU 供电。

3.3V 电源电路原理图部分

舵机电路与标准版一致，采用 SG90/MG90 舵机，通过 PWM 信号控制角度。 由于舵机内部自带 5V 转 3.3V 驱动电路，PWM 信号可直接由 MCU IO 控制，无需电平转换。

舵机控制电路原理图部分

按键电路与下载接口设计简洁，均可直接连接 MCU IO。由于 MCU 资源充足，可轻松扩展更多功能。

按键电路原理图部分

PCB固定螺丝部分

下载接口电路部分

• 软件环境：VSCode + ESP-IDF
• 开发语言：C / C++
• 框架：ESP-IDF Framework

本项目借助以下开源仓库otto板级配置文件源码修改：

• xiaozhi-esp32：An MCP-based Chatbot

感谢 Xiaoxia 及 社区贡献者 对该项目的开源贡献。

依照xiaozhi-esp32主线开源协议，本项目软件源码遵循原作者MIT协议开源

本项目采用 BSP（Board Support Package）板级适配架构，基于 xiaozhi-esp32 框架， 专门为EDA-Super Bear硬件平台定制，实现了AI语音控制的六关节机器熊功能。

• eda_super_bear.cc： 主板支持包，硬件抽象层实现
• eda_super_bear_controller.cc： 机器熊MCP控制器，实现动作队列和工具注册
• eda_super_bear_movements_clean.cc： 步态运动算法实现
• eda_super_bear_movements.h： 步态运动类定义和接口声明
• oscillator.cc / .h： 舵机振荡器实现，提供平滑运动控制
• config.h： 硬件引脚定义和系统参数配置
• config.json： ESP-IDF构建配置，定义目标平台和编译选项

硬件抽象层，负责硬件初始化和设备管理，包括音频编解码器、按键控制及机器人控制器。

class EdaRobotMax : public WifiBoard {
private:
    Display* display_;                     // 显示屏实例
    Button boot_button_;                   // Boot按键
    Button touch_button_;                  // 触摸按键
    void InitializeButtons();              // 初始化按键
    void InitializeEdaSuperBearController(); // 初始化机器人控制器
public:
    virtual AudioCodec* GetAudioCodec() override; // 获取音频编解码器
    virtual Display* GetDisplay() override;       // 获取显示屏
};

机器人动作控制模块，实现各种运动模式和动作序列，包括行走、转向、跳跃、摇摆等基本动作和手部动作。

class EdaRobotMaxController {
private:
    EdaRobot edarobot_;                    // 动作执行器
    QueueHandle_t action_queue_;           // 动作队列
    TaskHandle_t action_task_handle_;      // 后台任务句柄
    bool is_action_in_progress_;           // 动作执行状态
    bool has_hands_;                       // 是否有手部舵机
public:
    void RegisterMcpTools();               // 注册MCP工具
    void QueueAction(int type, int steps, int speed, int dir, int amount);
    static void ActionTask(void* arg);     // 后台动作执行任务
    void LoadTrimsFromNVS();               // 加载舵机微调值
};

双足机器人动作库，实现基于振荡器的平滑运动控制，支持行走、跳跃、摇摆、太空步等丰富动作。

class EdaRobot {
private:
    Oscillator servo_[6];                  // 6个舵机振荡器
    int servo_pins_[6];                    // 舵机引脚映射
    int servo_trim_[6];                    // 舵机微调值
    bool has_hands_;                       // 是否有手部舵机
    bool is_edarobot_resting_;             // 休息状态
public:
    void Init(int ll, int rl, int lf, int rf, int lh, int rh);
    void Home(bool hands_down);            // 复位到初始姿态
    void SetTrims(int ll, int rl, int lf, int rf, int lh, int rh);
    // 基础移动
    void Walk(float steps, int period, int dir, int amount);
    void Turn(float steps, int period, int dir, int amount);
    void Jump(float steps, int period);
    // 特殊动作
    void Swing(float steps, int period, int height);
    void Moonwalker(float steps, int period, int height, int dir);
    void Bend(int steps, int period, int dir);
    void ShakeLeg(int steps, int period, int dir);
    void UpDown(float steps, int period, int height);
    // 手部动作
    void HandsUp(int period, int dir);
    void HandsDown(int period, int dir);
    void HandWave(int period, int dir);
};

舵机振荡控制器，提供基于正弦波的平滑舵机运动控制，实现各种动作的精确执行。

class Oscillator {
private:
    unsigned int amplitude_;               // 振幅（度）
    int offset_;                           // 偏移量（度）
    unsigned int period_;                  // 周期（毫秒）
    double phase0_;                        // 初始相位（弧度）
    int trim_;                             // 微调值（校准）
    double phase_;                         // 当前相位
    int pos_;                              // 当前位置
    bool stop_;                            // 停止标志
public:
    void SetA(unsigned int amplitude);     // 设置振幅
    void SetO(int offset);                 // 设置偏移
    void SetPh(double Ph);                 // 设置相位
    void SetT(unsigned int period);        // 设置周期
    void SetTrim(int trim);                // 设置微调
    void Refresh();                        // 刷新位置
    int GetPosition();                     // 获取位置
};

项目构建配置文件，定义目标平台、分区表和编译选项。

{
    "target": "esp32s3",
    "builds": [{
        "name": "eda-super-bear",
        "sdkconfig_append": [
            "CONFIG_PARTITION_TABLE_CUSTOM_FILENAME=\"partitions/v1/16m.csv\""
        ]
    }]
}

基于 xiaozhi-esp32 框架的 BSP 架构，实现硬件抽象层，统一管理音频编解码器、按键控制等外设。

class EdaRobotMax : public WifiBoard {
private:
    Display* display_ = nullptr;
    Button boot_button_;
    Button touch_button_;
    void InitializeButtons() {
        // Boot按键：切换聊天状态 / 重置WiFi
        boot_button_.OnClick([this]() {
            auto& app = Application::GetInstance();
            if (app.GetDeviceState() == kDeviceStateStarting &&
                !WifiStation::GetInstance().IsConnected()) {
                ResetWifiConfiguration();
            }
            app.ToggleChatState();
        });
        // 触摸按键：按下录音，松开停止
        touch_button_.OnPressDown([this]() {
            Application::GetInstance().StartListening();
        });
        touch_button_.OnPressUp([this]() {
            Application::GetInstance().StopListening();
        });
    }
public:
    virtual AudioCodec* GetAudioCodec() override {
        static NoAudioCodecSimplex audio_codec(
            AUDIO_INPUT_SAMPLE_RATE, AUDIO_OUTPUT_SAMPLE_RATE,
            AUDIO_I2S_SPK_GPIO_BCLK, AUDIO_I2S_SPK_GPIO_LRCK,
            AUDIO_I2S_SPK_GPIO_DOUT, AUDIO_I2S_MIC_GPIO_SCK,
            AUDIO_I2S_MIC_GPIO_WS, AUDIO_I2S_MIC_GPIO_DIN);
        return &audio_codec;
    }
};

基于 LEDC PWM 的舵机控制器，通过正弦波振荡实现平滑的舵机运动，支持幅度、偏移、相位和周期控制。

bool Oscillator::NextSample() {
    phase_ += inc_;  // 相位递增
    if (phase_ >= 2 * M_PI) {
        phase_ -= 2 * M_PI;
        return true;  // 完成一个周期
    }
    // 正弦波位置计算
    // position = amplitude * sin(phase + phase0) + offset + trim
    int pos = round(amplitude_ * sin(phase_ + phase0_) + offset_ + trim_);
    Write(pos);  // 写入舵机
    return false;
}
void Oscillator::Write(int position) {
    // 限制角度范围 -90° 到 +90°
    int angle = std::min(std::max(position, -90), 90);
    // 转换为LEDC占空比
    // 脉宽: 500-2500μs 对应 -90° 到 +90°
    uint32_t duty = AngleToCompare(angle);
    // 更新PWM输出
    ledc_set_duty(ledc_speed_mode_, ledc_channel_, duty);
    ledc_update_duty(ledc_speed_mode_, ledc_channel_);
}

采用振荡器协调控制，通过精确的相位差实现双足机器人的平滑行走运动。

void EdaRobot::Walk(float steps, int period, int dir, int amount) {
    // 定义6个舵机的振幅（运动幅度）
    int amplitude[6] = {30, 30, 20, 20, amount, amount};
    // 定义偏移量（基准位置）
    int offset[6] = {0, 0, 4, -4, 0, 0};
    // 定义相位差（控制腿部协调运动）
    // 左右腿相位差90°实现交替抬腿
    // 脚部与腿部同步运动
    double phase_diff[6] = {
        0,                      // 左腿
        0,                      // 右腿
        DEG2RAD(dir * -90),     // 左脚
        DEG2RAD(dir * -90),     // 右脚
        DEG2RAD(dir * -90),     // 左手
        DEG2RAD(dir * 90)       // 右手
    };
    // 执行振荡运动
    Execute(amplitude, offset, period, phase_diff, steps);
}

通过 MCP 协议向 AI 大语言模型暴露机器人控制接口，支持参数验证和回调函数执行。

void EdaRobotMaxController::RegisterMcpTools() {
    auto& mcp_server = McpServer::GetInstance();
    // 注册行走工具
    mcp_server.AddTool(
        "self.edarobot.walk_forward",
        "行走。steps: 步数(1-100); speed: 速度(500-1500); "
        "direction: 方向(-1=后退, 1=前进); arm_swing: 手臂摆动(0-170)",
        PropertyList({
            Property("steps", kPropertyTypeInteger, 3, 1, 100),
            Property("speed", kPropertyTypeInteger, 1000, 500, 1500),
            Property("arm_swing", kPropertyTypeInteger, 50, 0, 170),
            Property("direction", kPropertyTypeInteger, 1, -1, 1)
        }),
        [this](const PropertyList& properties) -> ReturnValue {
            int steps = properties["steps"].value();
            int speed = properties["speed"].value();
            int arm_swing = properties["arm_swing"].value();
            int direction = properties["direction"].value();
            // 将动作加入队列
            QueueAction(ACTION_WALK, steps, speed, direction, arm_swing);
            return true;
        }
    );
    // 注册其他工具：jump, swing, turn, moonwalk...
}

基于 FreeRTOS 队列的异步任务调度，确保动作执行不阻塞 AI 对话和其他系统功能。

static void ActionTask(void* arg) {
   EdaRobotMaxController* controller = 
        static_cast(arg);
    EdaRobotActionParams params;
    controller->edarobot_.AttachServos();  // 初始化舵机
    while (true) {
        // 从队列接收动作指令（阻塞等待）
        if (xQueueReceive(controller->action_queue_, ¶ms, 
                         pdMS_TO_TICKS(1000)) == pdTRUE) {
            controller->is_action_in_progress_ = true;
            // 根据动作类型执行相应动作
            switch (params.action_type) {
                case ACTION_WALK:
                    controller->edarobot_.Walk(params.steps, params.speed, 
                                              params.direction, params.amount);
                    break;
                case ACTION_JUMP:
                    controller->edarobot_.Jump(params.steps, params.speed);
                    break;
                case ACTION_SWING:
                    controller->edarobot_.Swing(params.steps, params.speed, 
                                               params.amount);
                    break;
                // ... 其他动作
            }
            // 动作完成后自动复位（除了sit和showcase）
            if (params.action_type != ACTION_HOME && 
                params.action_type != ACTION_SIT) {
                controller->edarobot_.Home(params.action_type < ACTION_HANDS_UP);
            }
            controller->is_action_in_progress_ = false;
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(20));
        }
    }
}

项目采用多外壳结构，由底盖，顶壳，头，左手臂，右手臂，腿，左脚，右脚构成。

外壳开源协议说明：本项目外壳由CC-BY及CC-BY-SA协议组成。

机器狗组装图

头部正面视图

头部背面视图

• 头部模型由嘉立创模型商城官方的 嘉立创小熊 开源模型修改而来
• 中部凹环用于头部固定
• 底部长柄用于触发PCB上的按键
• 此壳体依照原模型作者的CC-BY协议开源

手臂正面视图

• 手臂模型由嘉立创模型商城官方的 中国队长-熊 开源模型修改而来
• 手臂内部设计有舵机支架孔位及螺丝孔，便于舵机连接
• 此壳体依照原模型作者的CC-BY协议开源

后盖正面视图

后盖背面视图

• 后盖内设计有PCB固定孔，并设计有舵机限位槽
• 背部为18650电池盒开孔，方便电池取出
• 底部设计有舵机线缆开孔及舵机开孔，方便连接腿部

前盖正面视图

前盖背面视图

• 前盖设计有喇叭开孔，开关开孔及麦克风开孔
• 背部设计有舵机限位槽，避免舵机移位
• 前盖加高，便于藏线及舵机排针排母链接

腿部正面视图

腿部背面视图

• 腿部模型由Otto Robot官方的 Otto Biped 开源模型修改而来
• 腿部内部设计有舵机支架孔位及螺丝孔，便于舵机连接
• 此壳体依照原模型作者的CC-BY-SA协议开源

脚部正面视图

脚部背面视图

• 脚部模型由Otto Robot官方的 Otto Biped 开源模型修改而来
• 脚部内部设计有舵机支架孔位及螺丝孔，便于舵机连接
• 此壳体依照原模型作者的CC-BY-SA协议开源

本项目提供了一个基础的 AI 机器人方案，你可以基于此项目进行以下拓展：

• 增加更多机器熊动作和行为模式
• 支持视觉识别，添加摄像头模块
• 集成更多传感器（陀螺仪、加速度计等）
• 添加环境感知和避障功能
• 接入HomeAssistant实现智能家具控制

立创商城采购物料清单

其他平台采购物料清单

💡 提示：部分通用元件可选择等效型号，重点关注封装及电气参数一致性。

下表列出了 ESP32S3 固件烧录时的分区布局，地址与文件路径对应关系如下，可直接用于命令行烧录或 Flash 工具导入配置。

💡 提示：使用 esptool.py 可执行如下命令进行烧录：
esptool.py write_flash 0x0 bootloader/bootloader.bin 0x8000 partition_table/partition-table.bin 0xd000 ota_data_initial.bin 0x20000 xiaozhi.bin 0x800000 generated_assets.bin