1.工程介绍

基于开源鸿蒙 OpenHarmony 系统的8自由度并联腿部四足机器狗

使用Hi3861 IoT WiFi 模组开发，实现了walk步态和trot步态，开发了Android平台的APP实现了Socket(UDP)通讯

2.硬件介绍

2.1电路设计

主控选用了Hi3861，主频最高可达160M，作为一款wifi模组，有丰富的外设接口可供开发，同时可以使用多线程编程。
电源部分设计了12v转5V的DC-DC电路，使用MP2315芯片，最大支撑3A的负载电流。
舵机控制芯片使用了PCA9685PW，基于IIC总线通信的12bit精度，16通道的PWM波输出，最高支持16路舵机的管理。
设计了一款RGB电路，用于灯光控制

2.2机械结构设计

2.2.1腿部设计

狗的腿部使用两个舵机进行并联连接，每个腿部末端可以在它所在的平面内自由移动，故每个腿具有2自由度，整体具有8个自由度。

2.2.2减重设计

为了减轻重量，在设计中加入了许多的纹路，同时具有美化的效果。

2.3创新部分

改进了狗的腿部结构（使用对称设计），重新推到并且简化了逆解运动学的算法；加入了灯光控制电路，通过控制Hi3861的IO口实现RGB闪烁。

逆解运动学公式重新推导

逆解运动学就是已知末端坐标E（x,y）求解两个舵机的转角cita1、cita2，由于设计我们已知AC=BD、CD=DE、0A=0B，我们连接EB、OE、AE

在图中特殊位置三角形EB0、E0A均为直角三角形，故根据勾股定理可以求出BE等于（0B^2+BE^2）^1/2,同理求出AE

在三角形DBE中我们已知DB、DE、BE，根据余弦定理可以角A1=acos((DB^2+BE^2-DE^2)/(2*DB*BE))，同时我们可以根据余下的三角形求出角A2、A3、A4

最终我们得到舵机的扭角cita2=180-A1-A2 cita1=180-A3-A4 (角度值)

以上便是逆解运动学公式的推导，我们便可以将上述算法转换为程序，根据末端坐标值求出舵机的转角进而控制舵机运动

3.软件部分

3.1机械狗软件框架

3.2步态算法

3.2.1 walk步态

在walk步态中，每1/4个周期有1个腿处于摆动态，3个腿处于支撑态，同时腿摆动的前后顺序式1-3-4-2

机械狗在运动过程中每条腿的末端轨迹均是摆线和直线的封闭图形，如上所示

由上图我们我们知道了摆线方程的坐标表示式，在程序设计中我们通过以t为变量自增的方式得到这段坐标

然后我们将摆线分成四部分

机械狗的walk步态中每1/4的周期中有一条腿处于摆动，3条腿处于支撑，所以在第一个1/4周期内腿1由xs经1运动到xf，腿2由xf经2运动到下一位置，同时腿3进行2运动，腿4进行3运动

第二个1/4周期内腿1进行运动２，腿2进行运动3，腿３进行运动１，腿4进行运动４

第三个1/4周期内腿1进行运动３，腿2进行运动４，腿３进行运动１，腿4进行运动２

最后一个1/4周期内腿1进行运动４，腿2进行运动１，腿３进行运动２，腿4进行运动３

循环上一过程，我们便得到了walk步态。

3.2.2 trot步态

在小跑步态中，每半个周期有两个腿处于支撑态，两个腿处于摆动态, 并且对角腿的运动一致

我们将上边的封闭图形分成两部分，在前半周期，腿1和腿3由ｘｓ经1运动到ｘｆ，腿2和腿4由ｘｆ经２运动到ｘｓ，下半周期相反

循环上一过程我们便得到了trot步态

3.3安卓平台APP

Screenshot_20220725_155638_com.example.esp32_car.jpg

4.0实物验证

5.0项目感触

首先电路设计上一定要确保选用可以负载高电流的DC-DC芯片或者LDO，这样可以确保为舵机运行提供足够的动力，减少抖动现象。
机械设计中一定要确保整体的重量，由于选用的舵机扭矩有限，大重量下舵机难以驱动狗身。
机械安装中各条腿一定要进行机械调平，确保机械狗能够平稳的站在平面上，这是实现稳定步态的关键。

视频顺序：直线位移、trot步态测试、walk步态测试、下路测试、手机APP测试

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【训练营】ZDOG

工程标签

简介

基于开源鸿蒙 OpenHarmony 系统的8自由度并联腿部四足机器狗，使用Hi3861 IoT WiFi 模组开发，实现了walk步态和trot步态

开源协议

GPL 3.0

描述