基于ESP8266的四足機(jī)器人的設(shè)計(jì)

1、 基于ESP8266的四足機(jī)器人的設(shè)計(jì) Design of quadruped robot based on ESP8266 內(nèi)容摘要科技文明發(fā)展會(huì)推動(dòng)人類社會(huì)歷史的進(jìn)步，21世紀(jì)是一個(gè)“人工智能”的時(shí)代，科技產(chǎn)物在發(fā)展人工智能滿足當(dāng)下需求外，也為未來的社會(huì)發(fā)展做出重要的鋪墊作用，制造的機(jī)器人也被注入了“智能”的元素，使得機(jī)器具有像人一樣的“學(xué)習(xí)”能力，這也意味著機(jī)器人的多功能性、高效穩(wěn)定性和可互動(dòng)性。同時(shí)期的科技產(chǎn)物還有“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)與機(jī)器的結(jié)合產(chǎn)物，在軍工業(yè)、制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)等等領(lǐng)域有著應(yīng)用，也有著相應(yīng)的技術(shù)要求。本次課題設(shè)計(jì)結(jié)合了當(dāng)今社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，主要以機(jī)器對(duì)

2、象為主，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為輔作為研究目的，二者通過ESP8266模塊生成的Web服務(wù)器連接，以此作為上位機(jī)和下位機(jī)的連接橋梁，通過接收控制端的指令輸入來控制物體對(duì)象，在完成相應(yīng)的控制運(yùn)動(dòng)研究后，加入了超聲波避障模塊來實(shí)現(xiàn)“智能”化，即智能避障，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的過程和目的。關(guān)鍵詞：人工智能 四足機(jī)器人 物聯(lián)網(wǎng) ESP8266abstractThe development of scientific and technological civilization will promote the progress of human social history. The 21st century is an

3、era of artificial intelligence. In addition to the development of artificial intelligence to meet the current needs, technological products have also played an important role in paving the way for future social development. Being injected with intelligence elements makes the machine have the ability

4、 to learn like a human, which also means the robots versatility, high efficiency stability and interactivity. At the same time, the scientific and technological products also have the Internet of Things technology. The combination of the Internet of Things and the machine has applications in the mil

5、itary industry, manufacturing, agriculture, and service industries, and has corresponding technical requirements. This project design combines the “Internet of Things” technology of network application in today s society, mainly based on machine objects, supplemented by network technology as a resea

6、rch purpose, the two are connected through the Web server generated by the ESP8266 module, which is used as the upper computer and the lower computer The machine is connected to the bridge, and the object is controlled by receiving the command input of the control terminal. After completing the corr

7、esponding control motion research, the ultrasonic obstacle avoidance module is added to achieve intelligence, that is, intelligent obstacle avoidance, so as to achieve the design process and purpose .Keywords: Artificial intelligence Quadruped robot Internet of things ESP8266目錄第一章 緒論.11.1課題研究背景和意義.1

8、1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.3論文研究?jī)?nèi)容與設(shè)計(jì)目標(biāo).21.4論文結(jié)構(gòu)安排.21.5本章小結(jié).3第二章 四足機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)原理及硬件設(shè)計(jì).42.1四足機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)分析.42.1.1需求分析.42.1.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架.42.1.3實(shí)現(xiàn)原理分析.42.2硬件系統(tǒng)概述.42.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).52.3.1系統(tǒng)各模塊結(jié)構(gòu)概述.52.3.2結(jié)構(gòu)支架設(shè)計(jì).82.3.3系統(tǒng)電路原理圖.92.3本章小結(jié).10第三章 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).113.1軟件概述.113.1.1軟件開發(fā)平臺(tái).113.1.2開發(fā)環(huán)境的配置.123.1.3 Web網(wǎng)絡(luò)控制端連接.143.1.4軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).153.2本章小結(jié).15第四章 四足

9、機(jī)器人的基礎(chǔ)步態(tài)測(cè)試與調(diào)試.164.1系統(tǒng)功能測(cè)試.164.1.1檢測(cè)元器件.164.1.2整體運(yùn)行檢測(cè)調(diào)試.174.2四足機(jī)器人的穩(wěn)定性測(cè)試.264.3本章小結(jié).27第五章 超聲波避障設(shè)計(jì)及有關(guān)故障分析.285.1超聲波模塊避障功能測(cè)試.285.2故障分析及解決方案.295.3可預(yù)加模塊及開發(fā)應(yīng)用.305.3.1人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)模塊.305.3.2環(huán)境檢測(cè)模塊及云臺(tái)應(yīng)用.305.3.3關(guān)于四足機(jī)器人的“機(jī)械臂-輪子”結(jié)合應(yīng)用.305.3.4關(guān)于水陸兩用機(jī)器人的理論開發(fā)和應(yīng)用.305.4本章小結(jié).30總結(jié).33致謝.34參考文獻(xiàn).35廣東東軟學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論1.1.課題研究

10、背景和意義人類社會(huì)的發(fā)展需要科技最為推動(dòng)力，科技的進(jìn)步是一個(gè)時(shí)代發(fā)展的表現(xiàn)，迫于現(xiàn)代化、自動(dòng)化的要求和智能化的需求，越來越多的人工智能產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生出現(xiàn)在我們的生活中，為我們的生活和工作服務(wù)。機(jī)器人便是其中之一的人工智能中重要的發(fā)明，各種機(jī)器人隨場(chǎng)合要求需要被制定出來服務(wù)于人類，第三次工業(yè)革命是計(jì)算機(jī)及技術(shù)革命，20世紀(jì)90年代誕生的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，迅速在全球擴(kuò)散傳播，直接推動(dòng)了“人工智能”的發(fā)展雛形，為21世紀(jì)的第四次工業(yè)革命準(zhǔn)備好了接力棒，繼20世紀(jì)末互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展后，在21世紀(jì)初新生了一種“物聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用技術(shù)，并結(jié)合了“人工智能”，它就是第四次工業(yè)革命的主要組成部分，與之前的工業(yè)科技相比，這種技

11、術(shù)是革命性的，它不僅解決了勞動(dòng)力不足問題，轉(zhuǎn)變了經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，而且在日常生活中普遍存在著許多“物聯(lián)網(wǎng)”例子的應(yīng)用。在此次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的一種基于ESP8266的四足機(jī)器人的設(shè)計(jì)正是為了凸顯“物聯(lián)網(wǎng)”與“人工智能”的一個(gè)應(yīng)用方面，它展示了一個(gè)“結(jié)合應(yīng)用”的過程和結(jié)果，而結(jié)合“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)研究開發(fā)和控制機(jī)器人完成各種復(fù)雜指令算法成為了當(dāng)今計(jì)算機(jī)行業(yè)的一個(gè)科研熱點(diǎn)，只有將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與人工智能結(jié)合并運(yùn)用在生活中，科技才會(huì)得到不斷地發(fā)展和改進(jìn)完善，相信在未來機(jī)器人的應(yīng)用會(huì)變得越來越普遍，從而更好的服務(wù)社會(huì)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自人類步入電氣時(shí)代，在20世紀(jì)60年代，人們開始著手關(guān)于四足機(jī)器人的研究工作，

12、在1977年，隨著計(jì)算機(jī)和機(jī)器人控制技術(shù)的的研究和成熟的應(yīng)用，F(xiàn)rank和McGhee制造出了世界上第一臺(tái)真正意義的四足步行機(jī)器人，它具有較好的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，由于控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是邏輯電路組成的，運(yùn)動(dòng)受到了限制，所以只能呈現(xiàn)固定的運(yùn)動(dòng)形式。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，四足機(jī)器人經(jīng)過了近大半個(gè)世紀(jì)發(fā)展，目前最具代表性的四足機(jī)器人是美國(guó)波士頓動(dòng)力研制的BigDog、Spo等雙足或四足機(jī)器人，結(jié)合著計(jì)算機(jī)科學(xué)的AI與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，每一次的進(jìn)步性演示都令業(yè)界振奮不已。然而在波士頓動(dòng)力的研發(fā)過程中也是充滿崎嶇荊棘的，研發(fā)所需技術(shù)要求和軟硬件要求極高，經(jīng)過克服重重難關(guān)，利用傳感器的控制和算法解決了復(fù)雜性機(jī)械運(yùn)動(dòng)的問題，除

13、多足式機(jī)器人外，在后續(xù)研發(fā)的Petman兩足機(jī)器人，代表作機(jī)器人技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的新高度，與多足式機(jī)器人不同的是，它只有“雙腿”，卻與當(dāng)代AI完美的結(jié)合在一起，具有優(yōu)異的平衡性，高度的靈活性,如今許多國(guó)內(nèi)外創(chuàng)客的優(yōu)秀作品大多是建立在這些開源項(xiàng)目的基礎(chǔ)上的?；乜磭?guó)內(nèi)科技，在機(jī)器人的發(fā)展上也終于有企業(yè)做出了在性能上接近波士頓動(dòng)力的足式機(jī)器人，但相比國(guó)外的技術(shù)，國(guó)內(nèi)技術(shù)水準(zhǔn)總體來說還是有很大的進(jìn)步空間。當(dāng)下正是科技信息高速發(fā)展的時(shí)期，在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展高潮同時(shí)，隨著第五代移動(dòng)通信技術(shù)的到來和應(yīng)用，越來越多的科技產(chǎn)物得以開發(fā)應(yīng)用，小到納米技術(shù)，大到宇宙探索，在2020年初的新冠肺炎抗疫行動(dòng)中，由于病?；颊吲c醫(yī)務(wù)人

14、員存在地理上的距離，隨即開展了通過5G技術(shù)操控醫(yī)療機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)醫(yī)治，并取得了成功，除此之外還有無人機(jī)輔助防疫，各大車站智能測(cè)溫系統(tǒng)等等。目前來看，機(jī)器人的發(fā)展是當(dāng)代的一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，而且逐漸趨于無人化的比例越來越大，所以說未來更是無人機(jī)器類發(fā)展的一個(gè)人工智能時(shí)代。1.3.論文研究?jī)?nèi)容與設(shè)計(jì)目標(biāo)自然界中有著許多四足或多足肢的動(dòng)物，典型常見的有貓狗、蜘蛛螃蟹烏龜?shù)鹊龋鼈兊倪\(yùn)動(dòng)方式與人類截然不同，但它們可以在復(fù)雜的地形上行走自如，科研人員通過仿生學(xué)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，相比在平面上運(yùn)動(dòng)的物體，在復(fù)雜環(huán)境中前行或達(dá)到目的地是非常困難的，所以特定的地形需要特定的運(yùn)動(dòng)控制形式，才可以可靠、高效地前行，

15、目前的人工機(jī)器主要運(yùn)用最廣的有輪式和履帶式，足式機(jī)器人是非常少見的，有許科學(xué)研究目的無法使用傳統(tǒng)輪式或履帶式的移動(dòng)工具到達(dá)，所以為了應(yīng)對(duì)特殊場(chǎng)所相應(yīng)的開發(fā)出足式機(jī)器人，本次設(shè)計(jì)的一款基于ESP8266的四足機(jī)器人僅為代表例子演示，它以舵機(jī)作為肢足，四個(gè)肢足在電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的PWM信號(hào)下協(xié)調(diào)配合運(yùn)動(dòng)，不同于于輪式和履帶式機(jī)器人，其不僅有四只運(yùn)動(dòng)機(jī)械肢體，而且相比輪式和履帶式機(jī)器人，它有著不可比擬的地形運(yùn)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，可以在相對(duì)復(fù)雜的地形上運(yùn)動(dòng)。同時(shí)結(jié)合了“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，原因是ESP8266是一款含有串口wifi模塊的開發(fā)板，這使得其更具有操控性和實(shí)時(shí)性，更好地完成相關(guān)指令動(dòng)作，比如前進(jìn)后退，左右移動(dòng)和平移

16、等，在此基礎(chǔ)上再加入超聲波模塊，實(shí)現(xiàn)智能避障的功能，從而達(dá)到更好地設(shè)計(jì)目的和效果。1.4 論文結(jié)構(gòu)安排第一章為緒論，討論了足式機(jī)器人的研究背景和意義，介紹了足式機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外的研究情況，以及關(guān)于足式機(jī)器人和運(yùn)動(dòng)控制和功能擴(kuò)展和優(yōu)缺點(diǎn)的解決方案。 第二章為四足機(jī)器人的系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)方案和相關(guān)硬件的設(shè)計(jì)，分析了四足或多足機(jī)器人的系統(tǒng)的需求點(diǎn),提出了可行性的設(shè)計(jì)和性能要求并對(duì)部分操作執(zhí)行原理進(jìn)行描述。講述了四足機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及硬件模塊之間的配合方式。 第三章為四足機(jī)器人的開發(fā)平臺(tái)和軟件的設(shè)計(jì)，對(duì)軟件開發(fā)平臺(tái)以及程序執(zhí)行的流程圖進(jìn)行了介紹，講述了兩者之間的通信機(jī)制，控制運(yùn)動(dòng)的過程。 第四章為四足機(jī)器

17、人的基本步態(tài)測(cè)試和調(diào)試，在單獨(dú)測(cè)試了各個(gè)子系統(tǒng)的正常運(yùn)行情況下，進(jìn)一步進(jìn)行前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左移、右移以及整體的最終測(cè)試。第五章為四足機(jī)器人的超聲波避障測(cè)試以及有關(guān)整個(gè)設(shè)計(jì)存在的故障進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)四足機(jī)器人有關(guān)領(lǐng)域的結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行分析。最后對(duì)本文進(jìn)行設(shè)計(jì)總結(jié)，總結(jié)設(shè)計(jì)開發(fā)過程中遇到的問題，自己的感受和收獲。1.5 本章小結(jié)本章結(jié)介紹了該課題設(shè)計(jì)的背景和意義，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究狀況，討論了此次設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)功能和目標(biāo)，并給出了論文撰寫和本次設(shè)計(jì)的安排。第二章 四足機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)原理及硬件設(shè)計(jì)2.1 四足機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)分析2.1.1需求分析本設(shè)計(jì)要求采用ESP8266串口WiFi模塊進(jìn)行指令編譯和

18、接收，要求通信模塊與網(wǎng)絡(luò)模塊連接成功，機(jī)器人才能接收命令指令，經(jīng)過MCU處理，再通過PWM Servo舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板模塊PCA9685來調(diào)節(jié)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度值，從而完成預(yù)定或指定的動(dòng)作，比如前進(jìn)后退，左右移動(dòng)和左右平移等等，最后環(huán)節(jié)再加上一個(gè)超聲波避障。2.1.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架 為實(shí)現(xiàn)上述功能需求，如圖2.1所示系統(tǒng)框架圖，在移動(dòng)操作端進(jìn)行指令的輸入，通過無線局域網(wǎng)WiFi模塊的接收，經(jīng)過MCU處理指令信息，從而驅(qū)動(dòng)PWMservo的輸出來控制各個(gè)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度值。 圖2.1系統(tǒng)框架圖2.1.3實(shí)現(xiàn)原理分析本次設(shè)計(jì)的四足機(jī)器人使用8個(gè)舵機(jī)，每2個(gè)舵機(jī)組成一個(gè)運(yùn)動(dòng)的肢足，運(yùn)動(dòng)的方式是靠舵機(jī)接收PWM信

19、號(hào)來對(duì)相應(yīng)的肢足進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，而每個(gè)肢足它組成的2個(gè)舵機(jī)PWM信號(hào)值進(jìn)行配合變成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)要求的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)來發(fā)送PWM信號(hào)給各個(gè)肢足，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制。四足機(jī)器人的前后運(yùn)動(dòng)，左右運(yùn)動(dòng)及左右平移運(yùn)動(dòng)會(huì)在第五章整體測(cè)試與調(diào)試中進(jìn)行詳細(xì)的解析。2.2 硬件系統(tǒng)概述一個(gè)現(xiàn)代制造的機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)缺少不了硬件和軟件，但每一個(gè)機(jī)器組成成分最多的就是硬件，硬件及外輔助支架的組成相當(dāng)于機(jī)器的器官和骨架，它可以提供強(qiáng)勁有力、高效穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，此次關(guān)于四足機(jī)器人的設(shè)計(jì)也是如此。2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1 系統(tǒng)各模塊結(jié)構(gòu)概述（1）結(jié)構(gòu)支架有可選方案如下：1.塑料3D打印支架結(jié)構(gòu)。2.椴木支架結(jié)構(gòu)。

20、對(duì)比兩種支架材料，雖然塑料的3D打印支架具有良好的實(shí)用性、穩(wěn)定性和觀賞性，自己沒有相關(guān)的3D打印設(shè)備，而且價(jià)格較高。反觀普通的椴木板。即使椴木支架易松動(dòng)損壞，但也可以提供短期的穩(wěn)定效果，又考慮到設(shè)計(jì)成本及現(xiàn)有設(shè)備材料，以及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的初衷，決定用椴木作為結(jié)構(gòu)支架。（2）MCU控制端模塊由于此次四足機(jī)器人的設(shè)計(jì)采用的是ESP8266WiFi模塊，局域網(wǎng)的無線連接，它支持手機(jī)、平板、電腦的連接控制，在很大方面展示了物聯(lián)網(wǎng)的控制平臺(tái)兼容性，相比電腦和平板，為方便此次設(shè)計(jì)，采用了移動(dòng)手機(jī)作為操作控制端。（3）電源模塊能源是每一個(gè)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件，此次設(shè)計(jì)可用5.0V-12.0V電源作為動(dòng)力，有兩種電源

21、方案選擇：1.鋰電池優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量偏輕，自放電率低，高儲(chǔ)存能量密度。缺點(diǎn)：厚度偏厚，成本高。2.聚合物鋰電池優(yōu)點(diǎn)：容量大，質(zhì)量輕，厚度薄，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：極片受潮容易發(fā)生氣鼓，對(duì)環(huán)境要求高。綜上所述及設(shè)計(jì)目的功能需求，在此選擇7.4V聚合物鋰電池來作為電源。（如下圖2.2所示） 圖2.2聚合物鋰電池 （4）電源轉(zhuǎn)接板電源轉(zhuǎn)接板可間接保護(hù)電路，以及提供穩(wěn)定的工作電源。（如圖2.3所示）圖2.3 7.4V電源轉(zhuǎn)接板（5）ESP8266 WiFi模塊ESP8266模塊有兩種選擇方案1.ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3（CH340）。2.ESP8266 NodeMcu Lua WiF

22、i（CPC2102）。由圖2.1系統(tǒng)框架圖可知，此模塊負(fù)責(zé)接收指令并運(yùn)行執(zhí)行指令，市場(chǎng)上有很多NodeMCU變體并且基本上具有相同的功能,以上兩種皆可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，但考慮價(jià)格，且性能相近，決定采用了ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3模塊，支持Android和iOS移動(dòng)設(shè)備，工作溫度范圍：-40C - 125C等等，并且NodeMcu已經(jīng)刷好固件，安裝串口驅(qū)動(dòng)后，連接到電腦即可用。（如圖2.4所示，引腳圖說明如圖2.5所示） 圖2.4 ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3 圖2.5 ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3 引腳圖（6）PCA

23、9685電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由于設(shè)計(jì)中用到舵機(jī)，需要用驅(qū)動(dòng)板板來驅(qū)動(dòng)，又考慮到存在多個(gè)舵機(jī)工作，所以用到了16路PWMServo PCA9685電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊接收來自nodemcu的信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)舵機(jī)動(dòng)作，這里需要注意的是在連接各個(gè)舵機(jī)時(shí)要注意對(duì)應(yīng)顏色的接口。（如圖2.6實(shí)物圖所示） 圖2.6 PCA9685電機(jī)驅(qū)動(dòng)板（7）舵機(jī)模塊此次設(shè)計(jì)采用的舵機(jī)質(zhì)量也會(huì)影響設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，有兩種舵機(jī)可供選擇：1.普通塑料SG90舵機(jī)（圖2.7所示）優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：故障率高，易抖動(dòng)。2.MG90S金屬齒輪舵機(jī)（圖2.8所示）優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：價(jià)格相對(duì)較高。為提供穩(wěn)定的性能，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，兩種舵機(jī)進(jìn)行比較后，

24、決定采用MG90S金屬齒輪舵機(jī)，舵機(jī)裝配在一起之前要把舵機(jī)插到主板對(duì)應(yīng)插槽上，上下電，驅(qū)動(dòng)主板會(huì)讓舵機(jī)轉(zhuǎn)到出廠位置，即初始位，然后再裝配。圖2.7 普通通塑料SG90舵機(jī) 圖2.8 MG90S金屬齒輪舵機(jī)（8）HC-SR04超聲波模塊圖2.9 HC-SR04老款HC-SR04超聲波模塊需要主板另外接5V的電源供電，而新款HC-SR04超聲波模塊，如圖3.7所示，可在主板的3.3V電壓下工作，精準(zhǔn)度較高，在完成四足機(jī)器人前進(jìn)后退、左右移動(dòng)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)次設(shè)計(jì)后，增加此模塊來實(shí)現(xiàn)智能的超聲波避障，以此實(shí)現(xiàn)給予指令后四足機(jī)器人自身避開障礙物持續(xù)運(yùn)動(dòng)的效果。2.3.2 結(jié)構(gòu)支架設(shè)計(jì)如圖2.10支架受力平衡分

25、析圖，2.11三維構(gòu)架圖畫,圖2.12實(shí)物圖所示 ： 圖2.10支架受力平衡分析圖圖2.10支架受力平衡分析圖 圖2.11 四足機(jī)器人三維構(gòu)架圖畫 圖2.12 四足機(jī)器人實(shí)物圖2.3.3 系統(tǒng)電路原理圖如圖2.13所示： 圖2.13 系統(tǒng)電路原理圖2.4本章小結(jié)本章節(jié)介紹了四足機(jī)器人的需求分析和原理框架圖，詳細(xì)地描述了其控制原理及運(yùn)動(dòng)機(jī)制，為后文關(guān)于硬件的選取和軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐確定了目的要求和設(shè)計(jì)思路。同時(shí)概述了硬件和電路設(shè)計(jì)在此次機(jī)器人結(jié)構(gòu)上的重要作用，粗略地描述了設(shè)計(jì)所需的硬件及模塊功能和控制電路的實(shí)現(xiàn)原理，針對(duì)設(shè)計(jì)目的對(duì)部分模塊進(jìn)行詳細(xì)的綜合分析進(jìn)行選擇，以此達(dá)到最好的數(shù)據(jù)和效果，并且

26、完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)后增加超聲波模塊來實(shí)現(xiàn)智能避障運(yùn)動(dòng)。第三章 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1軟件概述上章節(jié)介紹了硬件模塊的組成，硬件之外便是軟件的組成部分了，又分有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件等，此次是軟件設(shè)為源代碼編程，經(jīng)過開發(fā)環(huán)境編譯處理后形成執(zhí)行指令，源代碼部分涉及了javascript的局域網(wǎng)Web網(wǎng)頁的應(yīng)用，即控制四足機(jī)器人的操作端，本次軟件設(shè)計(jì)重點(diǎn)偏向于在輔助應(yīng)用下進(jìn)行四足機(jī)器人主要的運(yùn)動(dòng)控制的源代碼修改設(shè)計(jì)。3.1.1軟件開發(fā)平臺(tái)在此，ESP8266模塊可以支持多種編程模式，這顯示了它的兼容性和實(shí)用方便性，以下是對(duì)其開發(fā)平臺(tái)的參考及建議：（1）.使用AT指令進(jìn)行操作：這是最常見的方式，使用PC端的串口助手

27、配合簡(jiǎn)單的指令就可以實(shí)現(xiàn)，也可以配合單片機(jī)發(fā)送指令使用。（2）.LUA語言編程：這是一種單獨(dú)ESP8266編程的方式，可以不依靠單片機(jī)和串口調(diào)試軟件，直接把程序編寫到ESP8266內(nèi)部。（3）.Arduino開發(fā)環(huán)境編程：這個(gè)接觸過Arduino的都會(huì)比較熟悉?？梢灾苯釉贏rduino IDE的環(huán)境下進(jìn)行代碼燒錄，使用Arduino的開發(fā)方式進(jìn)行開發(fā)，其相關(guān)資料也比較多。綜上所述，個(gè)人比較推薦Arduino 開發(fā)環(huán)境編程，因?yàn)楸容^容易接受與理解，arduino現(xiàn)在已經(jīng)非常的成熟了，是一個(gè)非常成熟的解決方案了,相關(guān)資料也比較多，更適合作為這次設(shè)計(jì)的軟件開發(fā)平臺(tái)。（軟件開發(fā)平臺(tái)如圖3.1、3.2所

28、示）圖3.1 arduino開發(fā)平臺(tái) 圖3.2 代碼編輯界面3.1.2開發(fā)環(huán)境的配置在Arduino開發(fā)環(huán)境中，由于設(shè)計(jì)中用到的是ESP8266開發(fā)板模塊，在原來的開發(fā)板管理器是沒有的，需要自己手動(dòng)輸入搜索添加的，操作過程下如圖3.3、3.4、3.5所示。1.在編輯界面中，點(diǎn)開工具，單擊開“發(fā)板:XXX”，展示右邊界面，雙機(jī)“開發(fā)板管理器”，如圖3.3開發(fā)環(huán)境配置示意圖所示； 圖3.3 開發(fā)環(huán)境配置示意圖 2.在搜索欄框中輸入ESP8266，找到ESP8266開發(fā)板安裝包后，點(diǎn)擊下載安裝即可，如圖3.4開發(fā)環(huán)境安裝包安裝示意圖所示；圖3.4 開發(fā)環(huán)境安裝包安裝示意圖3.進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，如圖

29、3.5開發(fā)板配置示意所示；圖3.5 開發(fā)板配置示意圖4. 最后進(jìn)行源碼開發(fā)，編輯修改并校驗(yàn)準(zhǔn)確性，并在下載程序前確認(rèn)檢測(cè)到的端口（COM）號(hào)，如圖3.6校驗(yàn)程序示意圖、3.7校驗(yàn)程序完成示意圖所示； 圖3.6 校驗(yàn)程序示意圖 圖3.7校驗(yàn)程序完成示意圖注：若代碼校驗(yàn)無誤后即可上傳到ESP8266。3.1.3 Web網(wǎng)頁控制端連接上傳完成后，基于ESP8266四足機(jī)器人控制系統(tǒng)在接通電源數(shù)秒后，會(huì)生成一個(gè)WIFI熱點(diǎn)名為“Robot-J mini”，初始密碼為“12345678”，連接后在移動(dòng)端的瀏覽器的搜索欄或網(wǎng)址欄框中輸入“192.168.4.1”，點(diǎn)擊訪問，就會(huì)進(jìn)入Web控制指令端移界面，

30、在此之前，請(qǐng)確認(rèn)先關(guān)閉移動(dòng)設(shè)備自身的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，避免產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)訪問錯(cuò)誤的提示信息，在這一步的測(cè)試中，如若使用筆記本電腦類連接，偶爾發(fā)生指令傳輸失靈現(xiàn)象，因此不建議使用此方式，具體問題也在分析解決中。移動(dòng)控制端連接操作及操作界面如圖3.8控制指令Web界面所示；如圖3.8控制指令Web界面關(guān)于生成的Web無線局域網(wǎng)，雖然是一個(gè)有限地理范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在眾多領(lǐng)域中有著應(yīng)用，具有廣闊市場(chǎng)前景，可見無線局域網(wǎng)技術(shù)在生活中起著重要的作用。相比生活中有線網(wǎng)絡(luò)中缺少靈活性，而WLAN具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，WLAN可以避免了以上情況的發(fā)生，而且不受布線條件的限制，安裝方便，使用靈活，可以隨身攜帶，因此非常適合移動(dòng)辦

31、公或移動(dòng)操作的需要。3.1.4 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.程序流程圖如下圖3.9所示；圖3.9 程序流程圖 當(dāng)所需的軟件應(yīng)用準(zhǔn)備就緒后，接下就是進(jìn)行源碼的修改和編輯了，許多電子或創(chuàng)客的網(wǎng)頁有相關(guān)于四足機(jī)器人的代碼設(shè)計(jì)，雖然運(yùn)動(dòng)控制的動(dòng)作大體相同，但還是存在許多使用不同計(jì)算機(jī)語言的開發(fā)編輯的四足機(jī)器人源碼，這時(shí)就要選擇合適源碼設(shè)計(jì)作為自身實(shí)踐設(shè)計(jì)。3.2本章小結(jié)本章節(jié)介紹了關(guān)于ESP8266模塊的軟件開發(fā)平臺(tái)有多種可以選擇，需要我們根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來選擇開發(fā)平臺(tái)，同時(shí)介紹了程序設(shè)計(jì)控制四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的思路和程序執(zhí)行的流程圖。為后文整體調(diào)試階段提供了軟件支持和保障。第四章 四足機(jī)器人的測(cè)試與調(diào)試4.1系統(tǒng)功能測(cè)

32、試4.1.1檢測(cè)元器件在進(jìn)行整體搭建設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)各個(gè)元器件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)環(huán)節(jié)包括單獨(dú)檢測(cè)、部分檢測(cè)和整體檢測(cè)，同時(shí)包含電路接口和連接準(zhǔn)確性的排查檢測(cè)。在這個(gè)環(huán)節(jié)尤為重要，它可以為整體的構(gòu)建提供有效可靠的基礎(chǔ)，從平時(shí)實(shí)驗(yàn)可知，運(yùn)用到數(shù)量較大的元件時(shí)，應(yīng)增加該元件的實(shí)際數(shù)量，由此來解決低概率故障性的發(fā)生，確保設(shè)計(jì)如期進(jìn)行。4.1.2整體運(yùn)行檢測(cè)調(diào)試按照設(shè)計(jì)的目的，在完成所有硬件和支架檢測(cè)后，進(jìn)行軟件的寫入和調(diào)試，這是設(shè)計(jì)中最后，也是最關(guān)鍵的一部分。保證由單個(gè)肢足運(yùn)動(dòng)到整體的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的可行性和連貫性，從而達(dá)到預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)效果。四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)可以比作一個(gè)團(tuán)隊(duì)合作的成果，而一個(gè)團(tuán)隊(duì)隊(duì)員的分工

33、合作起著絕對(duì)性的作用，四足機(jī)器人的各個(gè)肢足通過有序的PWM信號(hào)值調(diào)節(jié)，從而形成四足機(jī)器人連貫的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。接下來對(duì)對(duì)各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以圖畫演示和文字描述，含部分代碼示例，詳細(xì)代碼參見附錄。1.開機(jī)復(fù)位及指令復(fù)位狀態(tài)（如圖4.1所示）/開機(jī)復(fù)位int Servo_Act_0 PROGMEM = 140, 30, 140, 40, 40, 150, 40, 140, 1000 ;/指令復(fù)位int Servo_Prg_8_Step = 2;int Servo_Prg_8 ALLMATRIX PROGMEM = 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 1000 , 140, 30

34、, 140, 40, 40, 150, 40, 140, 1000 ,; 圖4.1 開機(jī)復(fù)位狀態(tài)示意圖2.站立狀態(tài)（如圖4.2所示）int Servo_Prg_8_Step = 1;int Servo_Prg_8 ALLMATRIX PROGMEM = / 3, 14, 13, 12, 0, 1, 2, 15, ms 90, 90, 90, 90, 90, 90, 90, 90, 500 , / 70, 90, 90, 130, 130, 90, 90, 70, 500 , / 起立; 圖4.2 站立狀態(tài)示意圖3.前進(jìn)運(yùn)動(dòng)/前進(jìn)int Servo_Prg_2_Step = 11;int Ser

35、vo_Prg_2 ALLMATRIX PROGMEM = / 3, 14, 13, 12, 0, 1, 2, 15, ms 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , /站立等待 90, 90, 90, 130, 120, 90, 45, 90, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 90, 45, 70, 200 , 70, 90, 90, 90, 90, 90, 45, 70, 200 , 70, 45, 135, 90, 90, 90, 90, 70, 200 , 70, 45, 135, 130, 120, 90, 90, 70,

36、200 , 90, 90, 135, 130, 120, 90, 90, 90, 200 , 90, 90, 90, 130, 120, 135, 90, 90, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 135, 90, 70, 200 , 70, 90, 90, 130, 90, 135, 90, 70, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , ;（1）前進(jìn)步態(tài)1，如圖4.3所示；進(jìn)入站立姿態(tài)，或直接從待機(jī)狀態(tài)開始運(yùn)動(dòng)。 圖4.3 前進(jìn)步態(tài)1示意圖（2）前進(jìn)步態(tài)2，如圖4.4所示； 圖4.4 前進(jìn)步態(tài)2示意圖 （3）前進(jìn)步態(tài)

37、3，如圖4.5所示；圖4.5 前進(jìn)步態(tài)3示意圖（3）前進(jìn)步態(tài)4，如圖4.6所示； 圖4.6 前進(jìn)步態(tài)4示意圖4.后退運(yùn)動(dòng)/后退int Servo_Prg_3_Step = 11;int Servo_Prg_3 ALLMATRIX PROGMEM = / 3, 14, 13, 12, 0, 1, 2, 15, ms 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 ,/站立等待 90, 45, 90, 130, 120, 90, 90, 90, 200 , 70, 45, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , 70, 45, 90, 90, 9

38、0, 90, 90, 70, 200 , 70, 90, 90, 90, 90, 135, 45, 70, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 135, 45, 70, 200 , 90, 90, 90, 130, 120, 135, 90, 90, 200 , 90, 90, 135, 130, 120, 90, 90, 90, 200 , 70, 90, 135, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , 70, 90, 135, 90, 120, 90, 90, 70, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 20

39、0 , ;后退運(yùn)動(dòng)步態(tài)與前進(jìn)步態(tài)相似，只不過肢足運(yùn)動(dòng)順序?yàn)椋河仪爸蛳逻\(yùn)動(dòng)左前肢向下、左后肢向上、右前肢復(fù)原左前肢復(fù)原、左后肢復(fù)原、右后肢向上右后肢復(fù)原，進(jìn)入站立等待下一指令狀態(tài)。5.左轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)/左轉(zhuǎn)int Servo_Prg_6_Step = 8;int Servo_Prg_6 ALLMATRIX PROGMEM = / 3, 14, 13, 12, 0, 1, 2, 15, ms 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , /站立等待 90, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 90, 200 , 90, 135, 90, 130, 120

40、, 90, 135, 90, 200 , 70, 135, 90, 130, 120, 90, 135, 70, 200 , 70, 135, 90, 90, 90, 90, 135, 70, 200 , 70, 135, 135, 90, 90, 135, 135, 70, 200 , 70, 135, 135, 130, 120, 135, 135, 70, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , ;（1）左轉(zhuǎn)步態(tài)1，如圖4.7所示； 圖4.7 左轉(zhuǎn)步態(tài)1示意圖（2）左轉(zhuǎn)步態(tài)2，如圖4.8所示； 圖4.8 左轉(zhuǎn)步態(tài)2示意圖（3）左轉(zhuǎn)步態(tài)3

41、，如圖4.9所示；在這一步態(tài)進(jìn)入站立常態(tài)，等待下一指令。 圖4.9 左轉(zhuǎn)步態(tài)3示意圖6.右轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)/右轉(zhuǎn)int Servo_Prg_7_Step = 8;int Servo_Prg_7 ALLMATRIX PROGMEM = / 3, 14, 13, 12, 0, 1, 2, 15, ms 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , /站立等待 70, 90, 90, 90, 90, 90, 90, 70, 200 , 70, 90, 45, 90, 90, 45, 90, 70, 200 , 70, 90, 45, 130, 120, 45, 90, 70,

42、 200 , 90, 90, 45, 130, 120, 45, 90, 90, 200 , 90, 45, 45, 130, 120, 45, 45, 90, 200 , 70, 45, 45, 130, 120, 45, 45, 70, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , ;右轉(zhuǎn)步態(tài)與左轉(zhuǎn)步態(tài)相似，但順序?yàn)椋鹤笄爸蛏稀⒂仪爸蛳伦蠛笾蛏?、右前肢向下，最后?fù)位為站立姿態(tài)。7.左移運(yùn)動(dòng)/左移int Servo_Prg_4_Step = 11;int Servo_Prg_4 ALLMATRIX PROGMEM = / 3, 14, 13

43、, 12, 0, 1, 2, 15, ms 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 ,/站立等待 70, 90, 45, 90, 90, 90, 90, 70, 200 , 70, 90, 45, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , 90, 90, 45, 130, 120, 90, 90, 90, 200 , 90, 135, 90, 130, 120, 45, 90, 90, 200 , 70, 135, 90, 130, 120, 45, 90, 70, 200 , 70, 135, 90, 90, 90, 90, 90, 70,

44、200 , 70, 90, 90, 90, 90, 90, 135, 70, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 90, 135, 70, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 90, 135, 90, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , ;（1）左移步態(tài)1，如圖4.10所示；圖4.10 左移步態(tài)1示意圖（2）左移步態(tài)2，如圖4.11所示； 圖4.11 左移步態(tài)2示意圖（3）左移步態(tài)3，如圖4.12所示；圖4.12 左移步態(tài)2示意圖（4）左移步態(tài)4，如圖4.13所示；在這一步態(tài)進(jìn)入站立常態(tài)，等待下一指

45、令。圖4.13 左移步態(tài)2示意圖8.右移運(yùn)動(dòng)/右移int Servo_Prg_5_Step = 11;int Servo_Prg_5 ALLMATRIX PROGMEM = / 3, 14, 13, 12, 0, 1, 2, 15, ms 70, 90, 90, 130, 120, 90, 90, 70, 200 , /站立等待 70, 90, 90, 90, 90, 45, 90, 70, 200 , 70, 90, 90, 130, 120, 45, 90, 70, 200 , 90, 90, 90, 130, 120, 45, 90, 90, 200 , 90, 90, 45, 130, 120, 90, 135, 90, 200 , 70, 90, 45, 130, 120, 90, 135, 70, 200 , 70, 90, 90, 90, 90, 90, 135, 70, 200 , 70, 135, 90, 90, 90, 90