【训练营】基于Hi3861—OpenHarmony Puppy - 嘉立创EDA开源硬件平台

# 更新日志 2022.7.11——— 足端拓展结构设计，贴同步带增大与地面摩擦。（已添加进STL压缩文件） 
2022.8.7——— **腿部结构设计改动：** * 大腿+小腿加厚 * 足端拓展结构改动，无需同步带 * 关节处添加3×7×3mm轴承  2022.9.7——— **读研中** 项目推进延缓...... * 上传腿部V2.0模型 * * * # 1 项目简介 ``` 本项目中设计了一款基于鸿蒙Hi3861主控的十二自由度桌面级舵狗，选择MG90S型号9g舵机作为关节位控电机，采用PCA9685PW来实现16路舵机的驱动控制，具有MPU6050六轴加速度传感器模块接口。 移动电源为2S-35C航模聚合物锂电池，电机供电部分采用以MP2236型号DC-DC芯片展开的BUCK型DC-DC降压电路，其支持宽电压输入，最高输入电压18V，最高输出电流6A。 ``` **b站视频：** [OpenHarmony Puppy](https://www.bilibili.com/video/BV1LW4y1S7k6/?vd_source=f0ae748d0bc6d1bcb21353ea75351299)


 # 2 器件选型 ### 2.1 主控MCU： * Hi3861：基于海思 Hi3861LV100 芯片的系统级封装模组，外观尺寸精小，支持鸿蒙嵌入式开发，可实现wifi通信。 - - - ### 2.2 舵机驱动管理： * PCA9685PW：基于IIC总线通信的12bit精度，16通道的PWM波输出，最高支持16路舵机的管理。 - - - ### 2.3 供电稳压部分： * 3.3V稳压LDO：SCJT1117-3.3。 * DC-DC BUCK降压电路芯片：MP2236，最高输入电压18V，最高输出电流6A。 **参考教学视频：** [b站：工科男孙老师 —— BUCK型DC-DC降压开关电源模块设计](https://www.bilibili.com/video/BV1Jv411P7Qc?spm_id_from=333.337.search-card.all.click)

- - - ### 2.4 额外接口： * IIC0接口； * IIC1接口； * MCU串口接口； * GPIO11~14引脚； - - - ### 2.5 未调用资源： * 六轴加速度传感器模块：MPU6050（拟打算从STM32移植MPU6050的通信代码，未完成...） * RGB灯珠：WS2812B-Mini； * 微型蜂鸣器：DET402G。 ##### 注：该部分焊上后，会导致按EN键后MCU输出乱码，而导致无法烧录固件。【暂未查明原因，故未调用。】 # 3 机械结构设计 ``` 设计软件：SolidWorks 2020 所述十二自由度四足舵狗总重量：570g 单腿采用并联腿结构，电机安装部分结构及单腿结构设计紧凑，以尽量减轻腿部重量与节省空间。 主要结构件部分均采用了FDM式3D打印，材质为PLA，大部分均可无支撑打印。 ``` **结构参考视频：** [DIY一条自己的机械狗，硬件图纸开源](https://www.bilibili.com/video/BV1DK4y1X7h4?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=f0ae748d0bc6d1bcb21353ea75351299) [微雪 12自由度 WAVEGO四足](https://www.bilibili.com/video/BV17u411X7td?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=f0ae748d0bc6d1bcb21353ea75351299)

### **3.1 设计特点：** * 三自由度并联腿结构 * 整体12自由度 * 3D打印结构 * 尾部可安装2.4G天线模块（如小辣椒直头） * PP端可安装电量显示模块 ##### 注：足端需要加防滑    # 4 单腿运动学正逆解分析 ``` 此部分可参考b站up主：灯哥开源 的十二自由度正解、逆解几何法、足端摆线轨迹生成讲解视频。 ``` ### 4.1 正解推导： **参考教学视频：** [b站：灯哥开源 —— 机器狗12自由度正解](https://www.bilibili.com/video/BV1Gv41177gd?spm_id_from=333.337.search-card.all.click)

- - - ### 4.2 逆解推导： **参考教学视频：** [b站：灯哥开源 —— 机器狗12自由度逆解](https://www.bilibili.com/video/BV1jX4y1g7u6?spm_id_from=333.337.search-card.all.click)

- - - ### 4.3 单大小腿机构示意图：  - - - ### 4.4 足端摆线轨迹生成 ``` 在数学中，摆线（Cycloid）定义：一个圆沿一条直线运动时，圆边界上一定点所形成的轨迹。 ``` [b站：灯哥开源 —— 足端摆线轨迹生成及MATLAB绘制](https://www.bilibili.com/video/BV1KQ4y1K7aV?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=f0ae748d0bc6d1bcb21353ea75351299)

  - - - ### 4.5 Trot小跑步态规划 ``` Trot步态是一种动态步态，适用于中低速跑动，并且具有比较大的运动速度范围，另一个重要特征是在中等速度下的Trot步态具有最高的能量效率。这些优点使得Trot步态成为最常用的四足步态。 ``` **参考教学视频+文章：** [b站：灯哥开源 —— Trot小跑步态程序](https://www.bilibili.com/video/BV1YD4y1D7k6?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=f0ae748d0bc6d1bcb21353ea75351299) [CSDN：亦乐大大 —— 四足机器人的足端轨迹规划及步态规划](https://blog.csdn.net/weixin_45417246/article/details/115869015)

- - - ##### Trot步态周期图:  # 5 软件算法设计 **参考教学网址：** [环境配置（Python 或C/C++）](https://robot.czxy.com/ohos/)

> Python开发环境：Pycharm > C/C++开发：Linux（Ubuntu）---> SSH <---（windows 10） Clion / VScode ### 5.1 底层驱动内容： * PWM舵机驱动：pca9685.c、pca9685.h； * WiFi通信配置：STA模式 + UDP通信（FreeRTOS的网络线程)； - - - ### 5.2 运动控制内容： ###### 5.2.1 单腿运动学正逆解： * 单腿正解Forward Kinematics：FKIK.c、FKIK.h ——— void FK函数 * 单腿逆解Inverse Kinematics：FKIK.c、FKIK.h ——— void IK函数 ###### 5.2.2 姿态逆解控制： * 姿态逆解：Robot.c ——— void PosToPoint函数 * 翻滚角Roll逆解：Robot.c ——— void PosToRoll函数 * 俯仰角Pitch逆解：Robot.c ——— void PosToPitch函数 * 偏航角Yaw逆解：Robot.c ——— void PosToYaw函数 ###### 5.2.3 运动步态控制： * 足端摆线轨迹：Trot函数里... * Trot前后步态模式：Robot.c ——— void Trot函数 * Trot左右步态模式：Robot.c ——— void TrotRL函数 * Trot转向步态模式：Robot.c ——— void TrotTurn函数 # 6 上位机App设计 ``` 开发软件：Android Studio - 2021.1.1 基于Android端开发的App，其UI设计调用了Material与CircleMenu库，简约风设计。 目前菜单功共包含五部分： * WiFi信息检测； * Robot控制界面浏览； * UDP协议通信控制； * TCP协议通信控制（未开发完毕）； * 设置Setting（未开发完毕）。 ``` **参考教学视频：** [b站：叫醒耳朵WakeUp —— 圆形动画按钮设计](https://www.bilibili.com/video/BV1sY4y1t74a?spm_id_from=333.999.0.0)

##### 注意：需要开启定位、通知权限，否则App无法调用Wifi相关功能。   ### 控制界面：  # 7.实物图片     # 现存问题 > 1.本项目中四足机器人在卧倒状态下站立、Trot前进后退步态时后腿无力。拟猜测是由于MG90S扭矩不足、质量批次等问题。 > （更换【更优秀的舵机】拟能解决问题）； > 2.该机器人的各单腿运动之前需要标定偏差繁琐耗时，即舵机控制精度问题。 > （更换【更优秀的舵机】拟能解决问题）； > 3.该机器人在运动过程中有左右两侧腿高度不对等的情况，同样即是调试问题，涉及舵机精度。 > （更换【更优秀的舵机】拟能解决问题）； > 4.该机器人中部分舵机在执行动作后疯狂抖动，即舵机质量问题或供电问题（该板应该不存在供电不足问题）。 > （更换【更优秀的舵机】拟能解决问题）； > 5.该机器人单腿机构各螺栓连接处需容易出现装配过紧或松，而导致单腿机构松垮或难以活动的情况。目前的优化方案是手拉动机构反复活动，以破坏打印件的内部螺纹，而保证零件间相对运动顺滑。 > （在单腿各关节处添加【微型轴承】拟能解决问题） √