关于四足行走机器人步态分析STM32+SG90舵机控制_王龙基于stm32制作四足机器人

关于四足行走机器人步态分析STM32+SG90舵机控制

• 最近逛某站看了很多国赛大佬的赛车，下面评论区一堆大佬在感叹“老师看到赛车都摇头。”作为一个初入STM32坑的萌新，我在某些站上查阅了相关资料后，确定给我自己的机器人搞成四足行走（ps，其实是L298N烧了）。
• 目前手上的板子是C8T6，学习的视频是江科协，主要代码有部分属于移植的，这里就不贴源码包了，也有很多自己的设计在里面，懒得去移植出来。
• 言归正传，四足机器人，类似动物界的猫狗豹狮子等进行行走运动。可以前进，后退，右转向，左转向。

引脚设置：

我采用的是，PB 6 、7、 8、 9四个引脚控制四个舵机,用的是TIM4的四个通道,参数源于江科协视频参数。
 

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);
 
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
 
 
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
 
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9;
 
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
 
 
TIM_InternalClockConfig(TIM4);
 
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
 
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
 
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
 
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 20000 - 1; //ARR
 
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; //PSC
 
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
 
 
TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseInitStructure);
 
 
 
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
 
TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
 
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
 
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
 
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
 
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //CCR
 
TIM_OC1Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);
 
TIM_OC2Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);
 
TIM_OC3Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);
 
TIM_OC4Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);
 
 
TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);

Pwm输出波形控制舵机，

void PWM_SetComparePB6(uint16_t Compare)
 
{
 
TIM_SetCompare1(TIM4, Compare);
 
}
 
 
void PWM_SetComparePB7(uint16_t Compare)
 
{
 
TIM_SetCompare2(TIM4, Compare);
 
}
 
 
void PWM_SetComparePB8(uint16_t Compare)
 
{
 
TIM_SetCompare3(TIM4, Compare);
 
}
 
void PWM_SetComparePB9(uint16_t Compare)
 
{
 
TIM_SetCompare4(TIM4, Compare);

下面，我们将他的四肢分解开来，设为ABCD四足。如图。

PB6-------A

PB7-------B

PB8-------C

PB9-------D

这个时候我的代码是这样的

PWM_SetComparePB6(1500);
 
PWM_SetComparePB7(1500);
 
PWM_SetComparePB8(1500);
 
PWM_SetComparePB9(1500);

在四足运动过程当中,把每两次直立步态之间的时间定为一个周期T，从四脚直立状态开始，时间设置为γ

前进分析：

当γ=0时，ABCD 同时 站立，

从γ=0 到γ=1/4T

        时间段内，A C 向前抬起，（假设抬起45°），这个时候，BD保持直立以支撑身体站立。

此时我们的4个舵机代码应该是（假设抬起45°）（代码参数根据自己引脚输出和舵机放置方向调试，我这里舵机方向大头在前 小头在后。。离齿轮近的边为大头方向，远的边叫小头方向。）实在分不清楚 每个角度设置一次看看。

PWM_SetComparePB6(1000);//A腿是顺时针在动角是缩小的，
 
PWM_SetComparePB7(1500);
 
PWM_SetComparePB8(2000);//c腿是逆时针在动，角度是放大的。
 
PWM_SetComparePB9(1500);

从γ=1/4T到γ=1/2T

        的时间段里，这时候AC处于悬空态，BD 从直立状态开始悬空，学过初中物理，应该能够理解，力的作用是相互的，我们的车要向前走，轮子给地面的力方向是向后的。所以此时，我们的BD两条腿，同时向后蹬腿，给到机器人向前的力。此时的状态应该如图：

此时我们的4个舵机代码应该是：

PWM_SetComparePB6(1000);//
 
PWM_SetComparePB7(2000);//B腿开始向后蹬，，
 
PWM_SetComparePB8(2000);//
 
PWM_SetComparePB9(1000);//D腿开始向后蹬，

这个时候机器人应该会向CD方向倾斜，这边变矮了。

当γ=1/2T到γ=3/4T

        的时候。我们机器人的AC腿往直立方向回复，BD悬空，AC向后蹬腿，再一次给了机器人向前的力。如图

PWM_SetComparePB6(1500);//回到直立
 
PWM_SetComparePB7(2000);//，
 
PWM_SetComparePB8(1500);//回到直立
 
PWM_SetComparePB9(1000);//

当γ=3/4T到γ=T

        的时候。我们机器人的AC腿直立支持机器人，BD从悬空回复。

PWM_SetComparePB6(1500);//回到直立
 
PWM_SetComparePB7(1500);//，
 
PWM_SetComparePB8(1500);//回到直立
 
PWM_SetComparePB9(1500);//

这样就完成了一个前进的周期，同理，可以计算出先出DB腿的数值和步态。

后退同理，反向写代码就行了。

转弯：左转，

当γ=0时，

        四足姿态直立，照搬前面的代码。

PWM_SetComparePB6(1500);//回到直立
 
PWM_SetComparePB7(1500);//，
 
PWM_SetComparePB8(1500);//回到直立
 
PWM_SetComparePB9(1500);//

当γ从γ=0到γ=1/4T

        过程中，机器人抬起AC腿，如图。

这时候 BD支撑 AC悬空。

PWM_SetComparePB6(2000);//
 
PWM_SetComparePB7(1500);//，
 
PWM_SetComparePB8(1000);//
 
PWM_SetComparePB9(1500);//

当γ从γ=1/4T到γ=1/2T

        过程中，AC悬空，BD开始悬空，B腿向前，作用力向后；D腿向后，作用力向前；形成逆时针旋转，力向左倾斜，完成向左运动。

PWM_SetComparePB6(2000);//
 
PWM_SetComparePB7(1000);//，
 
PWM_SetComparePB8(1000);//
 
PWM_SetComparePB9(2000);//

当γ从γ=1/2到γ=3/4T

        过程中，ABCD倾斜支撑机器人身体，此时AC回复直立状态，A向前蹬腿，形成向后的力，C向后蹬腿形成向前的力。BD被拉起悬空。

AC形成的合力，逆时针方向，机器人整个身体向左运动。

 

PWM_SetComparePB6(1500);//
 
PWM_SetComparePB7(1000);//，
 
PWM_SetComparePB8(1500);//
 
PWM_SetComparePB9(2000);//

最后，当γ=从γ=3/4T到γ=T

过程中，BD从悬空到直立，双腿没落地，也行成不了力。

PWM_SetComparePB6(1500);//
 
PWM_SetComparePB7(1500);//，
 
PWM_SetComparePB8(1500);//
 
PWM_SetComparePB9(1500);//

同理，可以分析出向右的四个步态。

新人第一次写，试试手，如有不懂，或者错误，感谢指出！

资源参考，某站的少儿编程视频步态分析。