本文作者：立創(chuàng)開源硬件平臺 OSHWHub 用戶@杜邦線丶小戰(zhàn)士，禁止商用，未經(jīng)許可禁止轉(zhuǎn)載，點擊查看原文章

1、項目簡介

本項目中，履足式復(fù)合機器人擁有兩種行進模式：四足行進模式、履帶行進模式，應(yīng)對不同場景及地形時能夠切換形態(tài)。

四足形態(tài)下整體總共擁有8個自由度DOF，單腿各具備2個自由度DOF，足端結(jié)構(gòu)融入了履帶機構(gòu)，各履帶機構(gòu)配備1個直流電機驅(qū)動。

該機器人主控板的MCU模組為ESP32-WROVER-E，能夠?qū)崿F(xiàn)針對總線舵機+PWM舵機+直流電機的控制，同時包括其他硬件資源：六軸加速度傳感器、OLED屏幕接口、RGB燈珠、蜂鳴器等。

履帶車形態(tài)在平坦或稍崎嶇的地貌上能夠保持較高的行進速度，降低了四足爬行的功率消耗；四足形態(tài)用于跨越障礙，靈活應(yīng)對各類復(fù)雜地形環(huán)境，解決了履帶結(jié)構(gòu)應(yīng)對高度落差較大地形難以翻越的痛點，即實現(xiàn)了仿生四足與履帶式結(jié)構(gòu)雙優(yōu)勢結(jié)合的腿履協(xié)同。

  

02、設(shè)計靈感

最初的構(gòu)想來源——《使命召喚11：高級戰(zhàn)爭》中的“泰坦”重型坦克。

  

  

初始草稿

03、電控硬件功能

3.1 主控板：

2.1.1 電機驅(qū)動：

• 6路串行總線舵機接口：PH2.0-3P,74HC126D

• 4路直流電機驅(qū)動：TB6612FNG

2.1.2 指示器件：

• 1顆 六軸加速度傳感器：MPU6050

• 1塊 撥輪編碼器：MITSUMI

• 1顆 普普通通的 微型無源蜂鳴器：DET402-G

• 1顆 普普通通的 發(fā)光LED：0603

• 1處 0.96寸4針OLED屏幕接口：HDR-1*4P-F

• 3顆 普普通通的 RGB燈珠：WS2812B-2020

2.1.3 拓展接口：

• 2路拓展IIC接口：PH2.0-4P

• 1路WS2812B燈珠接口：HDR-M-2.54-3P

2.2 拓展板：

• 16路PWM舵機驅(qū)動：PCA9685

04、選型簡述

3.1 電機選型：

串行總線舵機選型：型號：HTS-35H，額定電壓：9.0~12.6V，串行通信波特率115200，額定扭矩：35kg.cm/3.5N.m。

通信需要將UART全雙工轉(zhuǎn)半雙工，根據(jù)幻爾舵機商家提供的通信協(xié)議手冊和原理圖，采用74HC126D實現(xiàn)。

  

  

PWM舵機選型【經(jīng)濟方案】：型號：MG996R，額定扭矩：13kg.cm/1.3N.m。

常見的大舵機，配合拓展板應(yīng)該也沒什么問題，箭頭處注意供電電壓。（注意供電連接，主控板與拓展板可通過銅柱連接電源）

    

  

  

  

直流電機選型：型號：JGA25-370-1260，額定電壓：12.0V，減速比：1:103，空載轉(zhuǎn)速：60轉(zhuǎn)/分鐘。

主控V1.0版本中，采用TB6612FNG驅(qū)動【考慮到價格問題，后續(xù)打算用RZ7899/DRV8833替代】。

  

  

3.2 其他選型：

六軸加速度傳感器：MPU6050。

通常選擇，源代碼中定義支持了采用DMP獲取四元數(shù)后，再解算得Pitch、Roll角（yaw角太飄），而且QFN封裝可能不太好焊。

  

芯片供電：3.3V與5V供電均采用LDO實現(xiàn)，即SCJT1117-3.3與SCJT1117-5.0。（由于壓差較大，建議貼散熱片）

  

  

電源選型：采用放電倍率35C的3S聚合物航模電機，但考慮到安全問題，經(jīng)測試3節(jié)放電倍率10C的18650動力鋰電池也能驅(qū)動。

      

航模電池                                               18650動力鋰電池

05、實物圖片

  

主控板

  

16路PWM舵機---拓展板

  

組合圖

06、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

所述機器人整體總重量（加電源）經(jīng)稱量可達3.0kg。

目前大部分結(jié)構(gòu)零件以FDM式3D打印技術(shù)制造，采用PLA材質(zhì)，故主要參數(shù)推薦：0.15mm層高，70%填充。

部分需要少量支撐零件，如履帶外殼——主殼、提手、軀體前側(cè)板等。

設(shè)計特點

• 履帶足

• 二自由度串聯(lián)腿

• 四足形態(tài)：8自由度

• 履行模式：4電機驅(qū)動

• 預(yù)留二自由度云臺

• 3D打印結(jié)構(gòu)

  

07、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

VSCode+PlatformIO平臺開發(fā)，目前機器人主控系統(tǒng)主要包括2部分：底層驅(qū)動，運動控制。

  

6.1 底層驅(qū)動內(nèi)容：

• 串行總線舵機通信

• 直流電機驅(qū)動

• 六軸加速度傳感器通信

• OLED屏幕驅(qū)動

• 撥輪編碼器讀取

• WS2812B-RGB燈珠驅(qū)動

• 蜂鳴器驅(qū)動

• WiFi通信配置

6.2 運動控制內(nèi)容：

• 單腿正解FK

• 單腿逆解IK

• 姿態(tài)逆解

• 足端擺線軌跡計算

• Trot步態(tài)模式

• Walk步態(tài)模式

• *VMC算法 -- 偽閉環(huán)（待測試）

08、遠程控制App設(shè)計

注意：需要開啟定位、通知權(quán)限

設(shè)計特點

• 基于Android端開發(fā)

• 采用WIFI作為無線通訊模式

• 采用TCP作為傳輸層協(xié)議

  

09、實物樣機

  

  

  

  

更多詳情及附件，可從原工程查看。

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