DIY四足机器人
发表于更新于
字数总计:4.2k阅读时长:16分钟 四川
四足机器人软硬件架构
- 🤦♀️飞书画的感觉不咋地
四足机器人硬件（所有连接仅供参考，任何问题与本人无关）
电池
- 🐱👓请一定用万用表检测一下正负极是否和pcb接口对应以及电压是否正常，理论上来说2s~4s锂电池都可以接入
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需要购买一套电池
降压模块
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需要购买1块降压模块
NodeMcu 8266开发板
需要购买1块开发板，esp8266 的硬件资源介绍及使用教程请自行学习
SG90舵机
需要购买8个舵机
0.96 OLED
需要购买1块屏
结构件
- 💕3d建模当年也是我的最爱额。
Solidworks 建模装配体图 组装后和效果和模型差不多，不过组装后我只使用了一块pcb。
3D打印使用的是导出stl格式文件，只需要打印四个关节和四个手部，底盘可以直接使用pcb，然后螺丝可以使用sg90舵机自带的。可以购买m2x10的螺柱螺母或者热熔胶来固定pcb和舵机，推荐使用热熔胶，因为热熔胶还可以用来加强oled以及舵机焊接口的连线
PCB
- 🦄这个简单，花一个下午画的，能不能用不重要，干就完了
嘉立创eda简单设计了个底板主要是提供结构支撑，和连接降压，主控，电池，开关这几个模块。
原理图就是吧购买的模块连接起来
嘉立创工程文件和制造输出文件以及原理图，原理图全是模块设计，焊接简单。电池采用自带usb充电线充电。
四足机器人软件
- 🧬东拼一点西凑一点，也是不负众望，成功堆出屎山代码，毕竟大家都说代码和人有一个能跑就行！
上来先放源代码 在123网盘里可以直连下载YYDS,还有github的链接欢迎大家浏览我的github呀💖
所有资料连接
开发平台
- Vscode + PlatformIO 基于arduino
vscode安装自行学习，在插件市场搜索PlatformIO 安装插件。可能需要开魔法才可以在建立工程时快速下载框架支持包。否则有可能需要等待数小时。
打开提供的源代码。arduino 的使用方法请自行学习，资源很多。
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| [env:esp12e]
platform = espressif8266
board = nodemcuv2
framework = arduino
board_build.filesystem = littlefs
lib_deps =
olikraus/U8g2@^2.35.19
ottowinter/ESPAsyncWebServer-esphome@^3.2.2
|
wifi网络服务器代码
使用的ap模式，通俗来说就是8266发射wifi信号手机来连接，手机浏览器访问8266的ip后，8266发送相应的资源到手机浏览器展示，当然8266也可以接收浏览器发送的信息。
wifi连接的代码如下，wifi名字和密码可自行更改。
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| const char *wifiname = "Melody";
const char *wifipassword = "12345678";
#elif ApMod
WiFi.mode(WIFI_AP);
WiFi.softAP(wifiname, wifipassword);
IP = WiFi.softAPIP().toString();
#endif
|
异步web服务器，可以在后台异步响应请求，从而不阻塞其它程序运行。
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| static AsyncWebServer esp8266_server(80);
static void webserveInit(void)
{
if (LittleFS.begin())
{
DebugPrt("LittleFS Started\n");
}
else
{
DebugPrt("LittleFS Failed to Start.\n");
}
esp8266_server.on("/choosNum", HTTP_GET, handlSetNum);
esp8266_server.onNotFound(handleUserRequest);
esp8266_server.begin();
DebugPrt("HTTP server started");
}
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其中LittleFS文件系统用于存储前端页面的htlm，css，javascript，还有图片等静态资源，存储在flash尾部空间中，这样可以大大减小ram的使用空间。 esp8266_server.on用于绑定接收数据处理函数，/choosNum 时请求地址，当客户端使用get方式请求这个地址时就会触发回调调用handlSetNum() 函数来处理。同理esp8266_server.onNotFound就时其余未知的地址都在这里回调执行通过handleUserRequest函数来处理。
首先来看看handlSetNum函数的内容
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| static void handlSetNum(AsyncWebServerRequest *request)
{
String res = request->getParam("num")->value();
num = res.toInt();
resflag = 1;
}
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很简单，就是将接收到的数据中num的值获取到，然后将标志位置1表示接收到了数据。
然后handleUserRequest函数的内容就相对长一点了。
通过客户端请求的数据地址来找到数据，并发送给客户端，如果文件不存在就发送给客户端404 Not Found 文本。
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| static void handleUserRequest(AsyncWebServerRequest *request)
{
String reqResource = request->url();
bool fileReadOK = handleFileRead(reqResource, request);
if (!fileReadOK)
{
request->send(404, "text/plain", "404 Not Found");
}
}
|
获取文件类型函数
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| static String getContentType(String filename)
{
if (filename.endsWith(".htm"))
return "text/html";
else if (filename.endsWith(".html"))
return "text/html";
else if (filename.endsWith(".css"))
return "text/css";
else if (filename.endsWith(".js"))
return "application/javascript";
else if (filename.endsWith(".png"))
return "image/png";
else if (filename.endsWith(".gif"))
return "image/gif";
else if (filename.endsWith(".jpg"))
return "image/jpeg";
else if (filename.endsWith(".ico"))
return "image/x-icon";
else if (filename.endsWith(".xml"))
return "text/xml";
else if (filename.endsWith(".pdf"))
return "application/x-pdf";
else if (filename.endsWith(".zip"))
return "application/x-zip";
else if (filename.endsWith(".gz"))
return "application/x-gzip";
return "text/plain";
}
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| static bool handleFileRead(String resource, AsyncWebServerRequest *request)
{
if (resource.endsWith("/"))
{
resource = "/index.html";
}
String contentType = getContentType(resource);
if (LittleFS.exists(resource))
{
LittleFS.open(resource, "r");
request->send(LittleFS, resource, contentType);
return true;
}
return false;
}
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通过getContentType函数获取文件发送类型，就是通过请求文件后缀来得出返回数据的类型。LittleFS.exists(resource) 如果文件系统中存在这个文件，就将文件读出来发送给客户端。contentType就是解析出来的返回数据类型。
静态网页代码
在data文件夹下存放的就是需要编译后存入flash通过LittleFS来管理的文件，htlm，css，javascript这些文件。
.png)
文件需要编译后下载，步骤如下。
.png)
一个简单的界面，一个图片和12个按钮组成，关于前端的知识可以在菜鸟教程去学习。
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| <!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>手机端控制页面</title>
<link rel="stylesheet" href="styles.css">
</head>
<body>
<header>
<img src="header-image.png" alt="头部图片">
</header>
<main class="content-container">
<div class="grid-container">
<button class="grid-item" id="button1" onclick="sendData(1)">站立</button>
<button class="grid-item" id="button2" onclick="sendData(2)">前进</button>
<button class="grid-item" id="button3" onclick="sendData(3)">来呀</button>
<button class="grid-item" id="button4" onclick="sendData(4)">左转</button>
<button class="grid-item" id="button5" onclick="sendData(5)">招手</button>
<button class="grid-item" id="button6" onclick="sendData(6)">右转</button>
<button class="grid-item" id="button7" onclick="sendData(7)">摇摆</button>
<button class="grid-item" id="button8" onclick="sendData(8)">炒菜</button>
<button class="grid-item" id="button9" onclick="sendData(9)">游泳</button>
<button class="grid-item" id="button10" onclick="sendData(10)">俯撑</button>
<button class="grid-item" id="button11" onclick="sendData(11)">动一</button>
<button class="grid-item" id="button12" onclick="sendData(12)">动二</button>
</div>
</main>
<script src="scripts.js"></script>
</body>
</html>
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发送脚本 ：在按钮按下时调用，将按钮的传入值发送给服务器，值绑定到了num，使用Get方法发送。同样菜鸟教程也可以学习
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| function sendData(num) {
var xmlhttp;
if (window.XMLHttpRequest) {
xmlhttp = new XMLHttpRequest();
} else {
xmlhttp = new ActiveXObject("Microsoft.XMLHTTP");
}
xmlhttp.open("GET", "choosNum?num="+num, true);
xmlhttp.send();
}
|
最终在网页上展示的控制界面如下图
可调速舵机代码
SG90舵机时通过周期20ms占空比0.5~2.5ms的pwm波来控制的，0度对应0.5ms ,180度对应2.5ms。
调速的主要思想就是，将一段距离需要在设定的时间内完成的位移，拆分成若干个周期来运行，计算出，总共需要多少个周期，然后将角度均分，每个周期写入一个增量的占空比，逐渐累加占空比即可达到调速的目的。
简单的可以控制单个舵机调速的程序，同时控制多个舵机的设计思想也一样，就是需要在写法上做出多舵机操作接口。向上取整增量是为了防止增量为0时在循环中卡死。
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void SetangelStep(RootPin PIN, int16_t AG, uint16_t ms)
{
int16_t count = ms / 20;
int16_t lastag = Getangelus(PIN);
int16_t lastagbk = lastag;
AG = revvaule(AG, 2500, 500, 180, 0);
int16_t dertag = 0;
if (AG > lastag)
{
dertag = AG - lastag;
}
else
{
dertag = lastag - AG;
}
int16_t inc = (dertag - 1) / count + 1;
while (1)
{
if (AG > lastagbk)
{
lastag += inc;
if (lastag >= AG)
return;
}
else
{
lastag -= inc;
if (lastag <= AG)
return;
}
Setangelus(PIN, lastag);
delay(20);
}
}
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完整的舵机调速程序如下
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| typedef struct
{
uint16_t us;
uint16_t dertms;
uint8_t en;
RootPin BandPin;
uint16_t usbak;
uint16_t nowus;
} myservo_t;
typedef void (*setfun)(RootPin, uint16_t);
void SetangelStepSe(myservo_t *sr, uint8_t nums, setfun fun)
{
for (uint16_t i = 0; i < nums; i++)
{
sr[i].us = revvaule(sr[i].us, 2500, 500, 180, 0);
sr[i].nowus = sr[i].usbak = Getangelus(sr[i].BandPin);
if (sr[i].us > sr[i].usbak)
{
sr[i].dertms = (sr[i].us - sr[i].usbak - 1) / (sr[i].dertms / 20 ) + 1;
}
else
{
sr[i].dertms = (sr[i].usbak - sr[i].us - 1) / (sr[i].dertms / 20) + 1;
}
}
while (1)
{
for (uint8_t i = 0; i < nums; i++)
{
if (sr[i].us > sr[i].usbak)
{
sr[i].nowus += sr[i].dertms;
if (sr[i].nowus >= sr[i].us)
{
sr[i].en = 0;
}
}
else
{
sr[i].nowus -= sr[i].dertms;
if (sr[i].nowus <= sr[i].us)
{
sr[i].en = 0;
}
}
}
uint8_t isret = 1;
for (uint8_t i = 0; i < nums; i++)
{
if (sr[i].en == 1)
{
fun(sr[i].BandPin, sr[i].nowus);
isret = 0;
}
}
if (isret == 1)
{
return;
}
delay(20);
}
}
|
- 其实如果自己需要自定义动作的话 只需要知道怎么使用这个可以调速的关节设定函数就可以了，我在注释中已经说明了然后，动则这些就需要你自己发挥想象空间来创造咯，相信你们的想象力一定更好了🙆♀️
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void SetAllSePinStep(uint16_t ag, uint16_t ms, uint8_t en1, uint8_t en2, uint8_t en3, uint8_t en4);
void SetAllSiPinStep(uint16_t ag, uint16_t ms);
void SetAllSiPinStep(uint16_t ag, uint16_t ms, uint8_t en1, uint8_t en2, uint8_t en3, uint8_t en4);
|
其他模块的代码都比较简单了，请自行学习查看。
值得一提的是，为了资源的合理利用，我在主循环中加入了最原始分时调度的代码，这也就是一些实时操作系统，最最基本的思想了吧。代码如下。
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| void loop()
{
if (millis() - LedpreviousMillis >= ledtime)
{
LedpreviousMillis = millis();
{
ledRun();
}
}
else if (millis() - WebpreviousMillis >= webtime)
{
WebpreviousMillis = millis();
{
ALoop();
}
}
}
|
两个任务在设定的间隔周期触发一次。不会一直轮询等待，可以减轻mcu的负担。其中millis()函数是表示当前系统运行的ms数。
实物演示
让我等下再做了🐱🚀🐱👓🐱🏍🐱👤
总结
价格
| 物品 |
电池套件 |
降压模块 |
8266开发板 |
sg90舵机x8 |
0.96 oled |
3D打印 |
总价 |
| 单价 |
15.2 |
4.55 |
9.65 |
4x8 = 32 |
6.1 |
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85.5 |
学习到的东西
- c语言更加熟练的使用–其中包含了结构体，函数重载，typedef，函数指针，数组指针，static，等c语言知识。
- arduino平台–熟悉arduino平台架构，加强对库文件的使用和理解。
- pcb制版–(自行学习)通过这个小底板的绘制可以加强对pcb设计的流程掌握，还可以学习在一些小技巧等。
- 前端–最基础的前端知识学习。
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