Quadruped_robot

舵机驱动的12自由度四足机器人设计

1. 结构设计

• 机器人整体尺寸约为：400mm×230mm×180mm，重量在2kg左右
• 机器人共12自由度，各关节分别由舵机驱动；为了节省空间，小腿关节使用连杆机构间接驱动
• 为了减轻机身重量，减少加工时间，整体采用一体化设计且大面积镂空，零件均为3D打印或淘宝采购
• 设计细节可参考三维模型文件夹中部分内容，其中包含了两个迭代版本模型
• 所用软件：Solidworks，AutoCAD，Keyshot

2. 步态算法

• 由于舵机性能限制，本机器人的步态控制仅为开环，即采用最为常用的逆运动学解算实现（详细内容可参考《机器人学》一书或知乎相关解答），在步态稳定性上还有很大提升空间

3. 动力学仿真

• 动力学仿真基于ADAMS和Matlab，主要完成了四足机器人在平地和上下坡面的简单步态仿真
• 简述一下仿真步骤：
  • 通过Simulink实现运动学逆解，通过设定的足端轨迹函数求解得到各关节角随时间变化曲线
  • 提取得到数据后，导入ADAMS建立样条曲线，分别作为对应各关节驱动
  • 在ADAMS中设置接触力、摩擦力等参数，实现机器人的步态仿真
• 详细内容可参考动力学仿真文件夹中部分内容
• 所用软件：ADAMS，Matlab

4. 硬件系统设计

• STM32F103作为控制主板，搭载陀螺仪模块实现IMU自稳，蓝牙模块实现实时通讯，超声波测距模块实现简单避障
• 整个机器人通过3300mAh锂电池进行供电，分为两路：
  • 一路用于舵机供电，通过UBEC独立供电模块保证供电电压及电流的稳定
  • 一路用于单片机供电，使用了LM2596降压模块进行稳压

5. 软件系统设计

• 主要采用基于STM32的FreeRTOS操作系统实现，其任务分配及调度情况如上左图所示
• 整个机器人的控制逻辑如上右图所示
• 实现细节可参考单片机控制代码文件夹中部分内容
• 所用软件：Keil

6.说明

• 该项目为本科毕设项目，设计、建模、装配、调试均由本人完成；由于部分专业知识缺乏以及制作时间限制，在很多地方都存在不成熟的设计，整个项目仅供参考
• 禁止将该项目用于任何商业行为
• 如有疑问欢迎交流讨论