2020-07-06

标题Stanford Doggo四足机器人的机械结构腿型动力搭配硬件清单Odrive和无刷电机控制方式

一，Stanford DoggoStanford Doggo

由斯坦福学生机器人俱乐部的极限流动团队开发。它是一个重量不到5千克的四足机器人，能够动态运动，使其能够达到所有四足机器人的最高跳跃，达到1.07米。它还能够以0.9米/秒的速度向前移动，其灵活的移动性使机器人能够行走，小跑，跳舞，跳跃，跳跃和后空翻。
二、 四足机器人腿型结构
1.腿型对于四足机器人，腿型 和 关 节 姿 态 的 布 置 形 式 极 为 重 要 ，决 定 着机 器 人 的 运 动 学 和 动 力 学 性 能 。如 下 图 四 足 机 器 人 的 腿 型 可 分 为 并 联 腿 和 串 联 腿。其 中 各 有 优 缺 ， 但 从 受 力 角 度 来 说 ， 并 联 腿 比 串 联 腿 好 ，并 联 腿 较 为 灵 活 ，但 其 从 活 动 范 围 角 度 来 说 不 如 串 联 腿 。然而，对于四足机器人而言，究竟哪种腿部关节配置稳定性更好，地形适应能力更强，目前还众说纷 纭 。虽然有些学者对四种腿部关节配置方式（内膝肘式、全膝式、全肘式、外膝肘式）进行了仿真分析， 但大多是从静态稳定性、稳定裕度计算及能否满足行走的角度等单个评价指标来考虑问题，仿真结果并不 十分令人满意。所 以 要结合实际用途来考虑四足机器人的腿型，不同用途应场景应采用不同的腿型。

2动力搭配

动力上采用无刷电机结构。
传动采用两个电机分别控制内轴和外轴。足端相当于机器人的脚，对其的运动有着很大的影响。四组机器人的足端分为球形足端、圆柱形足端（已于贴防滑胶皮）以及仿生足端。机器人的足端必须加防滑。
3动力传动无刷电机提供动力蓝色无刷电机通过同步带控制外轴蓝色结构红色无刷电机通过同步带控制内轴红色结构，形成传动。
4足端设计足端分 圆柱形足端，球形足端，仿生足端。这里采用圆柱形足端，用自行车内胎皮贴合进行防滑odrive控制原理环形位置控制要启用环形位置控制，请设axis.controller.config.setpoints_in_cpr = True此模式对于连续的增量位置移动很有用。 例如，机器人会无限期滚动，或者挤出机马达或传送带会以受控的增量无限期地移动。在常规位置模式下，pos_setpoint将增长到非常大的值，并且由于浮点舍入而失去精度。在这种模式下，控制器将尝试仅在电动机旋转一圈之内跟踪位置。 具体而言，pos_setpoint的范围应为[0，cpr-1]，其中cpr是一圈编码器计数值。 如果pos_setpoint增加到该范围之外（例如通过step / dir输入），则会自动将其约束到[0，cpr-1]范围内。
注意: 在此模式下，将使用encoder.pos_cpr 作为位置位置反馈，而非encoder.pos_estimate。如果尝试以超过cpr/2步的大步幅增加位置，则电机将以相反的方向旋转至相同角度。当输入控制量干扰很大时，也会出现这种情况。 如果您有一个需要处理较大步幅的应用程序，则可以使用虚拟CPR，该虚拟CPR是编码器实际CPR的整数倍。
设置encoder.config.cpr = N * your_enc_cpr，其中N是一些整数。 选择合适的N为您的应用提供合适的位置设置范围。速度控制在axis.controller.config.control_mode = CTRL_MODE_VELOCITY_CONTROL。 现在，您可以使用 axis.controller.vel_setpoint = 5000 [count/s] 控制转速。速度爬升控制设置 axis.controller.config.control_mode = CTRL_MODE_VELOCITY_CONTROL设置速度爬升速率 (绝对加速度): axis.controller.config.vel_ramp_rate = 2000 [counts/s^2]启动速度爬升模式: axis.controller.vel_ramp_enable = True现在，您可以使用 axis.controller.vel_ramp_target = 5000 [count/s] 控制转速。电流控制设置 axis.controller.config.control_mode = CTRL_MODE_CURRENT_CONTROL现在，您可以使用axis.controller.current_setpoint = 3 [A] 来控制电机电流。
**注意:**在电流控制模式下没有速度限制。 确保您不要使电机过载或超过编码器的最大速度。、无刷电机的工作原理1.无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件（例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等）装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。 采用光电式位置传感器的无刷直流电动机，在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件，转子上装有遮光板，光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机，是在定子组件上安装有电磁传感器部件（例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等），当永磁体转子位置发生变化时，电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号（其幅值随转子位置而变化）
5.硬件清单
主控可采用PYBOARD舵机
扩展版PCA9685

电池2S

稳压模块LM2596

舵机MG90s（转动角度180）