资料介绍
电路板图如下:
成分
ATMEGA328P-PU 微芯片技术/爱特梅尔 |
× 1 |
TPS61088RHLR TI(德州仪器) |
× 1 |
MPU-6050 TDK InvenSense |
× 1 |
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)
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
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