天天看點

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

1 機械硬體組裝過程

1.1 四足機器人的機械結構

  體結構:架構式結構。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

  組成:左右側闆、電控元件安裝平台、連接配接件、架構件等。

1.1.1 左右側闆

  左側闆:包括左邊的四個舵機、兩條并聯腿。

  右側闆:結構與左側闆相同,也有四個舵機、兩條并聯腿。

1.1.2 電控元器件安裝平台

  兩側闆中間的連接配接件(白色),充當電控元器件安裝平台:上面安裝有主要闆(藍色)、穩壓闆(紅色)、舵機擴充闆(綠色)。背面是電池,由十字架結構托起固定。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

1.1.3 連接配接件

  連接配接件是帶有通孔的突起,四個凸起形成小槽連接配接;通過通孔和左右側闆上的孔相連接配接。

1.1.4 架構件

  架構件共4個,頭部上下各1個,尾部也一樣上下各一個。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

1.2 機械制作

  機械架構:3D列印

  (1)3D程式:Github下載下傳三維圖

  位址:http://github.com/ToanTech/py-apple-quadruped-robot

  (2)使用CURA打開STL,設定列印參數

  (3)3D列印

1.3 機械部分的組裝過程

1.3.1裝腿

(1)備齊零件

  每個并聯腿有以下幾部分:2個大腿杆、2個小腿杆、1個連接配接小圓柱、1個足端(貼好自行車内胎以防滑)、螺絲。排布零件,注意前後2腿結構對稱。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

(2)組裝并聯小腿

  白色短杆在上,黑色長杆在下,二者由小圓柱連接配接,使用 M 3 × 20 M3\times20 M3×20的螺絲連接配接。注意不能鎖死,以免卡住。因為簡化設計沒有加軸承,若螺絲太緊就會卡住。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

(3)安裝足端

  使用 M 2 × 8 ∼ M 2 × 10 M2\times8\sim M2\times10 M2×8∼M2×10的尖螺絲固定足端。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料
仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

(4)組裝并聯大腿

  白色小腿壓在并聯大腿之上,而黑色小腿要壓在另一個并聯大腿的下面,螺絲從背面擰進去,以免螺絲突出造成與側闆的摩擦。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

1.3.2安裝舵機

  舵機導線穿進方孔,舵機螺絲孔與側闆螺絲孔對齊,用螺絲固定。另一個舵機安裝方法相同。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

1.3.3安裝舵片

  舵片插入大腿縱孔,用螺絲固定。如果需要,可以考慮事先打磨大腿縱孔。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料
仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

1.3.4腿與舵機相連

  舵片卡到舵機上即可,先不必上螺絲。因為所有機械部分裝好後需要調中位,調好之後再上緊螺絲。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

  前後腿的舵機對稱安裝。左右兩側闆上的舵機和腿對稱安裝。

1.4 安裝電控闆

  3D列印的左側闆有小的螺絲孔,在小孔處用螺絲定位,電控闆上的小孔與螺絲對齊,再将螺絲上緊,完成電控闆與左側闆的組裝。電控闆與右側闆的組裝過程相同。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料
仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

1.5 安裝架構

  共有4個架構,前後對稱。2個寬一些的架構裝在上面,2個窄一些的裝在下面,安裝過程如下:

1.5.1頭部右側上架構安裝

  在右側面螺絲孔上擰上螺絲,隻擰進一部分定位,再與架構螺絲孔對齊,最後擰緊螺絲固定。

1.5.2頭部左側上架構安裝

  對齊側闆與架構的螺絲孔,擰緊螺絲固定。裝完上面的架構。

1.5.3其它架構安裝

  頭側上面的架構安裝完成後,安裝尾部上面的架構。随後安裝頭部下面和尾部下面的架構。安裝方法與頭部上面架構相同。使用的螺絲基本都是m2*10。

  下面架構的安裝方式與上面相同。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料
仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

1.6 安裝電池

  電池裝于電控闆背面。用十字架卡住電池,再與電控闆的孔位對準,用螺絲固定。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料
仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

2 電路連接配接與調試

2.1 連接配接開關、電池

  開關和電池按電路圖同名端相連接配接。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料
仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

2.2 調試穩壓子產品

  連接配接:穩壓子產品與開關和電池按電路圖同名端相連接配接。

  調試:連接配接電池與穩壓闆,打開開關,穩壓子產品燈亮,用萬用表測穩壓子產品輸出電壓,調電位器的電阻,使輸出為6V。

  注意:調好之後關斷電源!

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料
仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

2.3 接電控闆

2.3.1舵機擴充闆

  按電路圖同名端相連接配接。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

2.3.2接PyBOARD

  将PyBOARD和舵機擴充闆相連接配接,其中電源VCC和地線GND分别連接配接,SCL、SDA端分别連接配接Y9、Y10端。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料
仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料
仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

  連接配接好之後,打開開關試測,若穩壓子產品和舵機擴充闆上的訓示燈都亮,說明正常,關閉開關。用螺絲将PyBOARD、穩壓子產品、舵機擴充闆三個子產品固定在電控闆上。

2.4 連接配接舵機

  首先厘清四足機器人腿的順序:

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

  每條腿對應2個舵機,分别控制并聯腿的前後連杆,每個連杆對應的舵機編号如下:

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

  可見,腿1的後腿接4号,前腿接5号,以此類推,完成全部連接配接。接好之後用紮帶紮起連線,保持整齊。

3 四足機器人控制思路

3.1 硬體系統

  硬體部分組成見下圖,各部分功能如下。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

  (1)電池提供7.4V電壓。

  (2)電壓經LM2596穩壓闆後降為6V,為整個系統供電。

  (3)PyBOARD是整個控制系統的主要,用來處理來自遙控器的信号,并将遙控器控制信号通過内部程式轉化為舵機的轉角,通過IIC總線輸出給舵機擴充闆。

  (4)舵機擴充闆将來自IIC總線的信号轉換為PWM信号,分别控制8個舵機。

3.2 軟體實作思路

  軟體流程如下圖所示,機器人的動作指令通過以下過程完成。

仿斯坦福四足機器人的安裝與控制1 機械硬體組裝過程2 電路連接配接與調試3 四足機器人控制思路4 設計上仍可以改進的地方和想法參考資料

  (1)遙控器發出的控制信号傳遞給主要程式。

  (2)主要程式中的TROT步态函數将遙控器信号轉化為運動參數,并将運動參數生成各腿的足端坐标。

  (3)足端坐标送給運動學逆解,轉化為舵機的轉動角度。

  (4)轉動角度傳送給PCA9685的處理程式,轉化為IIC協定信号,發出送到PCA9685的舵機擴充闆,實作對舵機的一次控制。

  如此循環,實作機器人的連續運動。

4 設計上仍可以改進的地方和想法

  該簡化設計能夠實作四足機器狗的功能,且輕便、易學、低成本,适合初學者練習。性能上還有可以提高的地方,但那樣會要求機器狗結構、器件性能的改善,必然伴随着複雜性和成本的增加。

  目前腿的關節是用螺絲連接配接的,為了增加靈活性,減小摩擦力,腿的關節可以考慮改為滾珠或軸承。另外,目前機器狗的長、寬、高之比是否最優,還需要仿真和實踐的比較與驗證。

參考資料

[1] http://github.com/ToanTech/py-apple-quadruped-robot

繼續閱讀