LeTian-robot2（轮腿机器人） - 嘉立创EDA开源硬件平台

 

1、项目来源

   LeTian-robot2（轮腿机器人），项目灵感来源为Ascento机器人，设计的初衷是通过轮足机器人的制作，学习控制算法以及实现最终的跳跃功能。由于整个系统理论知识庞大，目前能力有限跳跃功能的理论设计、建模仿真、实物仿真暂时未能实现，预计明年6月前实现，目前实现的功能有自动关自平衡、身高调节、无线控制。由于ESP32S3支持离线语音识别，固下一步会将离线语音识别添加至此项目，离线语音开发仅支持ESP-IDF平台。

 

2、项目属性

  结构设计参考与Ascento机器人，PCB、原理图、三维模型、BOM表等完全开源。

 

3、硬件部分

   本次设计电路部分，全部由立创EDA专业版完成，绘图使用CAD、Solidworks。

（1） 支持芯片：ESP32-S3-WROOM-1-N8

（2） 引脚引出：两路舵机接口、两路无刷电机接口、两路IIC接口、四路SPI接口。

（3） 板载MPU6050  长宽设计为48*48mm 体积小巧

（4） 使用DRV8313作为驱动芯片峰值电流2.5A,驱动电机只能采用云台电机（相电阻在10欧姆左右）

（5） 两路舵机接口，使用XH2.54 3P接口

（6） ESP32集成一键下载电路，使用CH340K串口芯片，使用typec接口与电脑进行通讯和下载程序

（7） ESP32预留IO 0按键和RST复位按键

（8）预留两路FPC 0.5mm 8P LCD接口，可以控制两个1.28寸圆形屏幕

（9） LM2596作为5V稳压元器件，为舵机进行供电

（10） 电源输入可使用XT60输入,电源使用3S锂电池

4、硬件选型

 

 

                                                                   4010 motor

 

 

                                                  车轮（直接与电机过盈配合）

 

 

 

                                      

                                                            舵机

5、PCB版本（PCB全部采用立创EDA专业版进行绘制）

     

V2.0  

                                             正面         

                                                反面

 

 

V2.0PCB版本采用3层连接的方式，主控与电机驱动主控分开，电机驱动采用L6234D驱动，并且电机电源采用双路升压芯片进行分别供电，成本较高，不宜采用。

 

V3.0  （最终版）（很遗憾由于疫情，已经SMT的V3.0板子一直在菜鸟驿站躺着，短时间内还拿不到，暂时采用V2.0主控和电源层+4010电机单独驱动进行控制，由于左轮电机有问题，最终控制效果欠佳，等疫情好转后会更新最新3.0版本程序）

 

                        主控层（注意：请使用导线连接背部VCC）

 

                                   电源层（引出舵机和电机接口）

                                编码器 （AS5600芯片）

4010 MOTOR单路simpleFOC控制板（预留串口0通讯）

 

6、软件实现

    由于疫情原因无法拿到V3.0版本的PCB，暂时硬件版本采用的是V2.0版本的主控+电源层+4010电机驱动，故此版本电机驱动与主控代码分离分别在不同主控中运算实现。V3.0版本电机驱动全部集成由一个ESP32S3进行完成。等后续疫情好转，会进行3.0版本的代码调试。

   代码开发平台：VScode platform 

    硬件结构

   电机驱动采用SimpleFOC算法实现，电机运行在扭矩模式。

主控与电机驱动使用串口通讯，给定目标值并读取速度和角度值

电机第一次初始化motor.initFOC();将函数中参数删除，等待电机上电后串口输出电机转向和偏差角度后填入，下次上电跳过电机自检。

主控运行ESP32 RTOS，创建两个任务，串口控制电机和读取电机角度信息，同时可以采用Blinker APP使用蓝牙进行控制。

读取轮速信息，MPU6050信息，进行PID运算。

通过串口通讯给定电机力矩值，运行blinker进行蓝牙控制，同时更新；两侧舵机角度。

PID参数调节

Blinker APP

                                     

由于时间和疫情原因，后期会继续优化机械结构和算法，提升稳定性和抗干扰性，增加更多功能，目前已经实现自平衡和高度控制和倾斜角度控制，下一步将会实现复杂地形的平衡以及开发ESPIDF环境下代码的编写和调试。

 

 

参考链接：https://www.bilibili.com/video/BV15W4y1H7Kb/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=fa8c62cf1b1a4771b713149461b59df7

https://www.bilibili.com/video/BV15L411b7mH/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=fa8c62cf1b1a4771b713149461b59df7

https://www.youtube.com/watch?v=f9GJqqUpL2w

 

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