伺服驅(qū)動的低成本12DOF四足動物開源設(shè)計

電路板圖如下：

成分

描述

四足白伺服

關(guān)于

Github

由愛好伺服驅(qū)動的低成本 12DOF 四足動物。請注意，這是 2019 年開發(fā)的早期版本。如果您正在尋找高性能桌面 Quad，請查看正在進(jìn)行的 [Quadruped bai tiny](https://github.com/psrobotics/Quadruped_bai_tiny)

該存儲庫包含模型、BOM、電子、模擬以及項目的源代碼。

硬件

所需部件如下所列。對于所有打印部件，推薦的打印填充量為 70%。根據(jù)您的打印機(jī)類型設(shè)置正確的打印方向和支持。

| 零件名稱 | 數(shù)量 | 鏈接 | 信息 |

| -------------------------------------------------- --------- | -------- | -------------------------------------------------- ---------- | ------------------- |

| 腿尖 | 2 | [STL 文件](硬件/stl) | 印刷部分 |

| leg_tip_MIR | 2 | / | / |

| 腿_2 | 2 | / | / |

| leg_2_MIR | 2 | / | / |

| leg_link_1 | 2 | / | / |

| leg_link_1_MIR | 2 | / | / |

| leg_link-1 | 2 | / | / |

| leg_link-1_MIR | 2 | / | / |

| 腿_1 | 2 | / | / |

| leg_1_MIR | 2 | / | / |

| 腿_1_2 | 2 | / | / |

| leg_1_2_MIR | 2 | / | / |

| 伺服支架_1 | 2 | / | / |

| 伺服支架_1_MIR | 2 | / | / |

| hip_joint_holder_1 | 2 | / | / |

| hip_joint_holder_1_MIR | 2 | / | / |

| hip_holder_2 | 2 | / | / |

| hip_holder_2_MIR | 2 | / | / |

| 聯(lián)合持股人 | 2 | / | / |

| 身體橋 | 2 | / | / |

| body_frame_2 | 1 | / | / |

| body_frame_1 | 1 | / | / |

| pcb_holder | 2 | / | / |

| M3*8 | ?20 | / | 螺絲 |

| M3*12 | ?30 | / | / |

| M3*16 | ?20 | / | / |

| M2*8 | ~50 | / | / |

| M2*15 | ~50 | / | / |

| M2*20 | ?20 | / | / |

| M2*26 | ?20 | / | / |

| SF-1 0305 自潤滑復(fù)合軸承襯套 | ?25 | [易趣]（）| 用于旋轉(zhuǎn)接頭 |

| EMAX ES08A II 伺服 | 12 | [ EMAX ]() | 執(zhí)行器 |

打印零件后，將軸承插入旋轉(zhuǎn)接頭周圍的所有 5mm 孔中。然后用 M3 螺絲固定零件。記得檢查旋轉(zhuǎn)摩擦，確保所有關(guān)節(jié)在安裝舵機(jī)的情況下可以自由旋轉(zhuǎn)。

伺服選擇

致動器的性能對于腿式機(jī)器人至關(guān)重要。即使我們正在建造一個小型的。這種設(shè)計的理想執(zhí)行器應(yīng)該是高度可反向驅(qū)動的，具有高功率密度，并且是扭矩可控的。然而，大多數(shù)現(xiàn)成的伺服系統(tǒng)與這些功能無關(guān)。有一些高壓無刷伺服系統(tǒng)（帶有用于反饋的磁性編碼器）具有相對較好的性能，但在這種尺寸下它們非常昂貴。如果你有足夠的預(yù)算，為什么不建造一個無刷的呢？考慮到您需要 12 個伺服器進(jìn)行組裝，我的建議只是選擇預(yù)算。EMAX ES08A（金屬齒輪版）適用于我的構(gòu)建。尼龍齒輪版本也是可以接受的，但它們在沖擊下很容易損壞。

車身總成

該機(jī)器人由 4 條腿和一個身體框架組成。先組裝 2 條腿。

組裝另外 2 條鏡腿。然后將所有腿連接到身體框架。

腳傳感器（可選）

額外的腳傳感器可以檢測腳是否接觸地面。這在將狀態(tài)機(jī)從“搖擺狀態(tài)”更改為“站立狀態(tài)”時會很有幫助。Quadruped bai 伺服的腳是可切換的。如果您決定添加腳傳感器，則需要對固件進(jìn)行一些額外的配置（稍后會詳細(xì)說明）。

腳傳感器圍繞微型開關(guān)構(gòu)建，可檢測來自特定方向的沖擊。至于結(jié)果，這個設(shè)計并沒有那么好。一個好的腳傳感器解決方案應(yīng)該能夠檢測來自各個方向的沖擊，具有低延遲和清晰的輸出。[Open Dynamic Robot Initiative]提出了一個帶有紅外傳感器的優(yōu)雅解決方案。以此作為參考，正在進(jìn)行的 Quadruped bai tiny 將配備更好的腳傳感器。如圖所示組裝腳傳感器。（記得打印右側(cè)腿的鏡像部分）

組裝腳傳感器只需要 3 個打印部件，請在此處查看 [STL 文件](hardware/stl/feet_sensor)。

為了增加腳與地面之間的摩擦力，額外的高摩擦涂層至關(guān)重要。我在腳尖上使用了一些膠合硅膠片。您還可以設(shè)計腳尖并用高摩擦材料打印。

伺服校準(zhǔn)

大多數(shù)舵機(jī)的運動范圍都是有限的，請確保舵機(jī)的運動范圍涵蓋下圖所示的腿連桿關(guān)節(jié)極限。此外，在此步驟中通過在安裝前向伺服系統(tǒng)應(yīng)用初始 PWM 信號（例如 0°）進(jìn)行預(yù)校準(zhǔn)。這使所有伺服系統(tǒng)都具有相同的 PWM 關(guān)節(jié)角度映射。然后，您可以在固件中對其進(jìn)行微調(diào)。

電子的

控制器板組件包括伺服控制器、IMU 和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器模塊。通過額外的串行端口，您可以將機(jī)器人連接到啟用無線控制的無線或藍(lán)牙模塊。圍繞 ATmega328P 構(gòu)建，微控制器的性能，IO 不足以滿足此類應(yīng)用。我鼓勵您將此原理圖作為參考并切換到高性能 32 位微控制器（例如 STM32H7、ESP32）。如果您更喜歡 AVR Arduino 板，請直接使用此設(shè)計，它會起作用。

導(dǎo)出的 Gerber 文件也會上傳。如果您不想訂購 PCB，也可以使用現(xiàn)成的組件（Arduino nano、MPU 6050、dc-dc 轉(zhuǎn)換器等）來制作。

控制器板引腳分配

使用 ICSP 上傳固件并使用外部串口進(jìn)行調(diào)試。硬件IIC引腳（A4，A5）被IMU占用（MPU6050也是一個'老芯片'，你可以用BNO080之類的東西代替）。

DC-DC轉(zhuǎn)換器

集成升壓轉(zhuǎn)換器為伺服系統(tǒng)供電。預(yù)配置的輸出電壓為 5.5V，您可以通過 [替換]() 反饋電阻進(jìn)行更改。將此模塊插入控制器板上的 DC-DC 插槽。

電池

優(yōu)先選擇具有大電流輸出能力（>10A）的單節(jié)鋰電池。本項目使用18650、18350電池。[電池架]（硬件/步驟）可以打印并安裝在機(jī)器人框架下。

模擬

固件

實現(xiàn)了一個簡化的控制器來生成行走的小跑模式。在這里，我應(yīng)用了一個狀態(tài)機(jī)來輕松同步一組開放的腳軌跡（帶有腳傳感器）。IMU 單元用于在站立階段調(diào)整身體側(cè)傾和俯仰。請注意，此機(jī)器人僅在運動學(xué)層面上進(jìn)行控制，不要指望它在行走過程中抵抗外部沖擊。

本項目不提供任何保證，構(gòu)建風(fēng)險自負(fù)。

代碼

STL、PCB 和固件

https://github.com/psrobotics/Quadruped_bai_servo