伺服驱动的低成本12DOF四足动物开源设计

电路板图如下：

成分

描述

四足白伺服

关于

Github

由爱好伺服驱动的低成本 12DOF 四足动物。请注意，这是 2019 年开发的早期版本。如果您正在寻找高性能桌面 Quad，请查看正在进行的 [Quadruped bai tiny](https://github.com/psrobotics/Quadruped_bai_tiny)

该存储库包含模型、BOM、电子、模拟以及项目的源代码。

硬件

所需部件如下所列。对于所有打印部件，推荐的打印填充量为 70%。根据您的打印机类型设置正确的打印方向和支持。

| 零件名称 | 数量 | 链接 | 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 | / | / |

| 联合持股人 | 2 | / | / |

| 身体桥 | 2 | / | / |

| body_frame_2 | 1 | / | / |

| body_frame_1 | 1 | / | / |

| pcb_holder | 2 | / | / |

| M3*8 | 〜20 | / | 螺丝 |

| M3*12 | 〜30 | / | / |

| M3*16 | 〜20 | / | / |

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

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

| M2*20 | 〜20 | / | / |

| M2*26 | 〜20 | / | / |

| SF-1 0305 自润滑复合轴承衬套 | 〜25 | [易趣]（）| 用于旋转接头 |

| EMAX ES08A II 伺服 | 12 | [ EMAX ]() | 执行器 |

打印零件后，将轴承插入旋转接头周围的所有 5mm 孔中。然后用 M3 螺丝固定零件。记得检查旋转摩擦，确保所有关节在安装舵机的情况下可以自由旋转。

伺服选择

致动器的性能对于腿式机器人至关重要。即使我们正在建造一个小型的。这种设计的理想执行器应该是高度可反向驱动的，具有高功率密度，并且是扭矩可控的。然而，大多数现成的伺服系统与这些功能无关。有一些高压无刷伺服系统（带有用于反馈的磁性编码器）具有相对较好的性能，但在这种尺寸下它们非常昂贵。如果你有足够的预算，为什么不建造一个无刷的呢？考虑到您需要 12 个伺服器进行组装，我的建议只是选择预算。EMAX ES08A（金属齿轮版）适用于我的构建。尼龙齿轮版本也是可以接受的，但它们在冲击下很容易损坏。

车身总成

该机器人由 4 条腿和一个身体框架组成。先组装 2 条腿。

组装另外 2 条镜腿。然后将所有腿连接到身体框架。

脚传感器（可选）

额外的脚传感器可以检测脚是否接触地面。这在将状态机从“摇摆状态”更改为“站立状态”时会很有帮助。Quadruped bai 伺服的脚是可切换的。如果您决定添加脚传感器，则需要对固件进行一些额外的配置（稍后会详细说明）。

脚传感器围绕微型开关构建，可检测来自特定方向的冲击。至于结果，这个设计并没有那么好。一个好的脚传感器解决方案应该能够检测来自各个方向的冲击，具有低延迟和清晰的输出。[Open Dynamic Robot Initiative]提出了一个带有红外传感器的优雅解决方案。以此作为参考，正在进行的 Quadruped bai tiny 将配备更好的脚传感器。如图所示组装脚传感器。（记得打印右侧腿的镜像部分）

组装脚传感器只需要 3 个打印部件，请在此处查看 [STL 文件](hardware/stl/feet_sensor)。

为了增加脚与地面之间的摩擦力，额外的高摩擦涂层至关重要。我在脚尖上使用了一些胶合硅胶片。您还可以设计脚尖并用高摩擦材料打印。

伺服校准

大多数舵机的运动范围都是有限的，请确保舵机的运动范围涵盖下图所示的腿连杆关节极限。此外，在此步骤中通过在安装前向伺服系统应用初始 PWM 信号（例如 0°）进行预校准。这使所有伺服系统都具有相同的 PWM 关节角度映射。然后，您可以在固件中对其进行微调。

电子的

控制器板组件包括伺服控制器、IMU 和 DC-DC 转换器模块。通过额外的串行端口，您可以将机器人连接到启用无线控制的无线或蓝牙模块。围绕 ATmega328P 构建，微控制器的性能，IO 不足以满足此类应用。我鼓励您将此原理图作为参考并切换到高性能 32 位微控制器（例如 STM32H7、ESP32）。如果您更喜欢 AVR Arduino 板，请直接使用此设计，它会起作用。

导出的 Gerber 文件也会上传。如果您不想订购 PCB，也可以使用现成的组件（Arduino nano、MPU 6050、dc-dc 转换器等）来制作。

控制器板引脚分配

使用 ICSP 上传固件并使用外部串口进行调试。硬件IIC引脚（A4，A5）被IMU占用（MPU6050也是一个'老芯片'，你可以用BNO080之类的东西代替）。

DC-DC转换器

集成升压转换器为伺服系统供电。预配置的输出电压为 5.5V，您可以通过 [替换]() 反馈电阻进行更改。将此模块插入控制器板上的 DC-DC 插槽。

电池

优先选择具有大电流输出能力（>10A）的单节锂电池。本项目使用18650、18350电池。[电池架]（硬件/步骤）可以打印并安装在机器人框架下。

模拟

固件

实现了一个简化的控制器来生成行走的小跑模式。在这里，我应用了一个状态机来轻松同步一组开放的脚轨迹（带有脚传感器）。IMU 单元用于在站立阶段调整身体侧倾和俯仰。请注意，此机器人仅在运动学层面上进行控制，不要指望它在行走过程中抵抗外部冲击。

本项目不提供任何保证，构建风险自负。

代码

STL、PCB 和固件

https://github.com/psrobotics/Quadruped_bai_servo