基ESP8266四足机器设计
Design of quadruped robot based on ESP8266
容摘
科技文明发展会推动类社会历史进步21世纪工智时代科技产物发展工智满足需求外未社会发展做出重铺垫作制造机器注入智元素机器具样学力意味着机器功性高效稳定性互动性时期科技产物物联网技术物联网机器结合产物军工业制造业农业服务业等等领域着应着相应技术求次课题设计结合社会网络应物联网技术机器象网络技术辅作研究目二者通ESP8266模块生成Web服务器连接作位机位机连接桥梁通接收控制端指令输入控制物体象完成相应控制运动研究加入超声波避障模块实现智化智避障实现设计程目
关键词：工智 四足机器 物联网 ESP8266
abstract
The development of scientific and technological civilization will promote the progress of human social history The 21st century is an 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 to learn like a human which also means the robot＇s 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 military 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 research 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 corresponding 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
目录
第章 绪1
11课题研究背景意义1
12国外研究现状1
13文研究容设计目标2
14文结构安排2
15章结3
第二章 四足机器实现原理硬件设计4
21四足机器相关技术分析4
211需求分析4
212系统实现框架4
213实现原理分析4
22硬件系统概述4
23系统结构设计5
231系统模块结构概述5
232结构支架设计8
233系统电路原理图9
23章结10
第三章 软件设计实现11
31软件概述11
311软件开发台11
312开发环境配置12
313 Web网络控制端连接14
314软件结构设计15
32章结15
第四章 四足机器基础步态测试调试16
41系统功测试16
411检测元器件16
412整体运行检测调试17
42四足机器稳定性测试26
43章结27
第五章 超声波避障设计关障分析28
51超声波模块避障功测试28
52障分析解决方案29
53预加模块开发应30
531工智机器学模块30
532环境检测模块云台应30
533关四足机器机械臂轮子结合应30
534关水陆两机器理开发应30
54章结30
总结33
致谢34
参考文献35
第章 绪
11课题研究背景意义
类社会发展需科技推动力科技进步时代发展表现迫现代化动化求智化需求越越工智产品应运生出现生活中生活工作服务机器便中工智中重发明种机器场合求需制定出服务类第三次工业革命计算机技术革命20世纪90年代诞生互联网技术应迅速全球扩散传播直接推动工智发展雏形21世纪第四次工业革命准备接力棒继20世纪末互联网发展21世纪初新生种物联网应技术结合工智第四次工业革命组成部分前工业科技相种技术革命性仅解决劳动力足问题转变济发展方式日常生活中普遍存着许物联网例子应次设计中设计种基ESP8266四足机器设计正凸显物联网工智应方面展示结合应程结果结合物联网技术研究开发控制机器完成种复杂指令算法成计算机行业科研热点物联网技术工智结合运生活中科技会断发展改进完善相信未机器应会变越越普遍更服务社会
12 国外研究现状
类步入电气时代20世纪60年代开始着手关四足机器研究工作1977年着计算机机器控制技术研究成熟应Frank McGhee制造出世界第台真正意义四足步行机器具较运动稳定性控制运动系统逻辑电路组成运动受限制呈现固定运动形式
着科学技术进步四足机器半世纪发展目前具代表性四足机器美国波士顿动力研制BigDogSpo等双足四足机器结合着计算机科学AI物联网技术次进步性演示令业界振奋已然波士顿动力研发程中充满崎岖荆棘研发需技术求软硬件求极高克服重重难关利传感器控制算法解决复杂性机械运动问题足式机器外续研发Petman两足机器代表作机器技术标准新高度足式机器双腿代AI完美结合起具优异衡性高度灵活性许国外创客优秀作品建立开源项目基础
回国科技机器发展终企业做出性接波士顿动力足式机器相国外技术国技术水准总体说进步空间
正科技信息高速发展时期物联网发展高潮时着第五代移动通信技术应越越科技产物开发应纳米技术宇宙探索2020年初新冠肺炎抗疫行动中病危患者医务员存理距离开展通5G技术操控医疗机器进行手术医治取成功外机辅助防疫车站智测温系统等等目前机器发展代科学技术发展趋势逐渐趋化例越越说未更机器类发展工智时代
13文研究容设计目标
然界中着许四足足肢动物典型常见猫狗蜘蛛螃蟹乌龟等等运动方式类截然复杂形行走科研员通仿生学进行研究发现相面运动物体复杂环境中前行达目非常困难特定形需特定运动控制形式高效前行目前工机器运广轮式履带式足式机器非常少见许科学研究目法传统轮式履带式移动工具达应特殊场相应开发出足式机器次设计款基ESP8266四足机器仅代表例子演示舵机作肢足四肢足电机驱动板PWM信号协调配合运动轮式履带式机器仅四运动机械肢体相轮式履带式机器着拟形运动优势相复杂形运动时结合物联网技术原ESP8266款含串口wifi模块开发板更具操控性实时性更完成相关指令动作前进退左右移动移等基础加入超声波模块实现智避障功达更设计目效果
14 文结构安排
第章绪讨足式机器研究背景意义介绍足式机器国外研究情况关足式机器运动控制功扩展优缺点解决方案
第二章四足机器系统需求设计方案相关硬件设计分析四足足机器系统需求点提出行性设计性求部分操作执行原理进行描述讲述四足机器机械结构硬件模块间配合方式
第三章四足机器开发台软件设计软件开发台程序执行流程图进行介绍讲述两者间通信机制控制运动程
第四章四足机器基步态测试调试单独测试子系统正常运行情况进步进行前进退左转右转左移右移整体终测试
第五章四足机器超声波避障测试关整设计存障进行分析时四足机器关领域结合应进行分析
文进行设计总结总结设计开发程中遇问题感受收获
15 章结
章结介绍该课题设计背景意义结合国外研究状况讨次设计实现功目标出文撰写次设计安排
第二章 四足机器实现原理硬件设计
21 四足机器相关技术分析
211需求分析
设计求采ESP8266串口WiFi模块进行指令编译接收求通信模块网络模块连接成功机器接收命令指令MCU处理通PWM Servo舵机驱动板模块PCA9685调节舵机转动角度值完成预定指定动作前进退左右移动左右移等等环节加超声波避障
212系统实现框架
实现述功需求图21示系统框架图移动操作端进行指令输入通线局域网WiFi模块接收MCU处理指令信息驱动PWMservo输出控制舵机转动幅度值
图21系统框架图
213实现原理分析
次设计四足机器8舵机2舵机组成运动肢足运动方式舵机接收PWM信号相应肢足进行运动控制肢足组成2舵机PWM信号值进行配合变成相应运动状态根求运动姿势发送PWM信号肢足实现完整运动控制四足机器前运动左右运动左右移运动会第五章整体测试调试中进行详细解析
22 硬件系统概述
现代制造机器运转缺少硬件软件机器组成成分硬件硬件外辅助支架组成相机器器官骨架提供强劲力高效稳定运转条件次关四足机器设计
23 系统结构设计
231 系统模块结构概述
（1）结构支架
选方案：
1塑料3D印支架结构
2椴木支架结构
两种支架材料然塑料3D印支架具良实性稳定性观赏性没相关3D印设备价格较高反观普通椴木板椴木支架易松动损坏提供短期稳定效果考虑设计成现设备材料设计实验初衷决定椴木作结构支架
（2）MCU控制端模块
次四足机器设计采ESP8266WiFi模块局域网线连接支持手机板电脑连接控制方面展示物联网控制台兼容性相电脑板方便次设计采移动手机作操作控制端
（3）电源模块
源机器运转前提条件次设计50V120V电源作动力两种电源方案选择：
1锂电池
优点：质量偏轻放电率低高储存量密度
缺点：厚度偏厚成高
2聚合物锂电池
优点：容量质量轻厚度薄价格便宜
缺点：极片受潮容易发生气鼓环境求高
综述设计目功需求选择74V聚合物锂电池作电源（图22示）
图22聚合物锂电池
（4）电源转接板
电源转接板间接保护电路提供稳定工作电源（图23示）
图23 74V电源转接板
（5）ESP8266 WiFi模块
ESP8266模块两种选择方案
1ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3（CH340）
2ESP8266 NodeMcu Lua WiFi（CPC2102）
图21系统框架图知模块负责接收指令运行执行指令市场NodeMCU变体基具相功两种皆实现设计目考虑价格性相决定采ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3模块支持AndroidiOS移动设备工作温度范围：40°C 125°C等等NodeMcu已刷固件安装串口驱动连接电脑（图24示引脚图说明图25示）
图24 ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3
图25 ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3 引脚图
（6）PCA9685电机驱动模块
设计中舵机需驱动板板驱动考虑存舵机工作16路PWMServo PCA9685电机驱动模块接收nodemcu信号驱动舵机动作里需注意连接舵机时注意应颜色接口（图26实物图示）
图26 PCA9685电机驱动板
（7）舵机模块
次设计采舵机质量会影响设计准确性两种舵机供选择：
1普通塑料SG90舵机（图27示）
优点：价格便宜
缺点：障率高易抖动
2MG90S金属齿轮舵机（图28示）
优点：稳定性
缺点：价格相较高
提供稳定性保证数准确性两种舵机进行较决定采MG90S金属齿轮舵机舵机装配起前舵机插板应插槽电驱动板会舵机转出厂位置初始位然装配
图27 普通通塑料SG90舵机 图28 MG90S金属齿轮舵机
（8）HCSR04超声波模块
图29 HCSR04
老款HCSR04超声波模块需板外接5V电源供电新款HCSR04超声波模块图37示板33V电压工作精准度较高完成四足机器前进退左右移动基础运动次设计增加模块实现智超声波避障实现予指令四足机器身避开障碍物持续运动效果
232 结构支架设计
图210支架受力衡分析图211三维构架图画图212实物图示 ：
图210支架受力衡分析图
图210支架受力衡分析图
图211 四足机器三维构架图画
图212 四足机器实物图
233 系统电路原理图
图213示：
图213 系统电路原理图
24章结
章节介绍四足机器需求分析原理框架图详细描述控制原理运动机制文关硬件选取软件结构设计实践确定目求设计思路时概述硬件电路设计次机器结构重作粗略描述设计需硬件模块功控制电路实现原理针设计目部分模块进行详细综合分析进行选择达数效果完成基础设计增加超声波模块实现智避障运动
第三章 软件设计实现
31软件概述
章节介绍硬件模块组成硬件外便软件组成部分分系统软件应软件等次软件设源代码编程开发环境编译处理形成执行指令源代码部分涉javascript局域网Web网页应控制四足机器操作端次软件设计重点偏辅助应进行四足机器运动控制源代码修改设计
311软件开发台
ESP8266模块支持种编程模式显示兼容性实方便性开发台参考建议：
（1）AT指令进行操作：常见方式PC端串口助手配合简单指令实现配合单片机发送指令
（2）LUA语言编程：种单独ESP8266编程方式单片机串口调试软件直接程序编写ESP8266部
（3）Arduino开发环境编程：接触Arduino会较熟悉直接Arduino IDE环境进行代码烧录Arduino开发方式进行开发相关资料较
综述较推荐Arduino 开发环境编程较容易接受理解arduino现已非常成熟非常成熟解决方案相关资料较更适合作次设计软件开发台（软件开发台图3132示）
图31 arduino开发台 图32 代码编辑界面
312开发环境配置
Arduino开发环境中设计中ESP8266开发板模块原开发板理器没需手动输入搜索添加操作程图333435示
1编辑界面中点开工具单击开发板XXX’展示右边界面双机开发板理器图33开发环境配置示意图示
图33 开发环境配置示意图
2搜索栏框中输入ESP8266找ESP8266开发板安装包点击载安装图34开发环境安装包安装示意图示
图34 开发环境安装包安装示意图
3进行相关参数设置图35开发板配置示意示
图35 开发板配置示意图
4 进行源码开发编辑修改校验准确性载程序前确认检测端口（COM）号图36校验程序示意图37校验程序完成示意图示
图36 校验程序示意图
图37校验程序完成示意图
注：代码校验误传ESP8266
313 Web网页控制端连接
传完成基ESP8266四足机器控制系统接通电源数秒会生成WIFI热点名RobotJ mini初始密码12345678连接移动端浏览器搜索栏网址栏框中输入19216841点击访问会进入Web控制指令端移界面前请确认先关闭移动设备身网络数避免产生网络访问错误提示信息步测试中笔记电脑类连接偶尔发生指令传输失灵现象建议方式具体问题分析解决中移动控制端连接操作操作界面图38控制指令Web界面示
图38控制指令Web界面
关生成Web线局域网然限理范围网络系统众领域中着应具广阔市场前景见线局域网技术生活中起着重作相生活中线网络中缺少灵活性WLAN具方面优点WLAN避免情况发生受布线条件限制安装方便灵活身携带非常适合移动办公移动操作需
314 软件结构设计
1程序流程图图39示
图39 程序流程图
需软件应准备绪接进行源码修改编辑许电子创客网页相关四足机器代码设计然运动控制动作体相存许计算机语言开发编辑四足机器源码时选择合适源码设计作身实践设计
32章结
章节介绍关ESP8266模块软件开发台种选择需根实际应选择开发台时介绍程序设计控制四足机器运动思路程序执行流程图文整体调试阶段提供软件支持保障
第四章 四足机器测试调试
41系统功测试
411检测元器件
进行整体搭建设计前需元器件进行质量检测检测环节包括单独检测部分检测整体检测时包含电路接口连接准确性排查检测环节尤重整体构建提供效基础时实验知运数量较元件时应增加该元件实际数量解决低概率障性发生确保设计期进行
412整体运行检测调试
设计目完成硬件支架检测进行软件写入调试设计中关键部分保证单肢足运动整体运动动作行性连贯性达预期机械运动效果
四足机器运动作团队合作成果团队队员分工合作起着绝性作四足机器肢足通序PWM信号值调节形成四足机器连贯运动动作接运动状态图画演示文字描述含部分代码示例详细代码参见附录
1开机复位指令复位状态（图41示）
开机复位
int Servo_Act_0 [ ] PROGMEM { 140 30 140 40 40 150 40 140 1000 }
指令复位
int Servo_Prg_8_Step 2
int Servo_Prg_8 [][ALLMATRIX] PROGMEM {
{ 70 90 90 130 120 90 90 70 1000 }
{ 140 30 140 40 40 150 40 140 1000 }
}
图41 开机复位状态示意图
2站立状态（图42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
}
图42 站立状态示意图
3前进运动
前进
int Servo_Prg_2_Step 11
int Servo_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
{ 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 70 200 }
{ 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）前进步态1图43示
进入站立姿态直接机状态开始运动
图43 前进步态1示意图
（2）前进步态2图44示
图44 前进步态2示意图
（3）前进步态3图45示
图45 前进步态3示意图
（3）前进步态4图46示
图46 前进步态4示意图
4退运动
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
{ 90 45 90 130 120 90 90 90 200 }
{ 70 45 90 130 120 90 90 70 200 }
{ 70 45 90 90 90 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 70 200 }
}
退运动步态前进步态相似肢足运动序：右前肢运动→左前肢左肢右前肢复原→左前肢复原左肢复原右肢→右肢复原进入站立等指令状态
5左转运动
左转
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
{ 90 90 90 130 120 90 90 90 200 }
{ 90 135 90 130 120 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）左转步态1图47示
图47 左转步态1示意图
（2）左转步态2图48示
图48 左转步态2示意图
（3）左转步态3图49示
步态进入站立常态等指令
图49 左转步态3示意图
6右转运动
右转
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
{ 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 70 200 }
{ 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 }
}
右转步态左转步态相似序：左前肢右前肢→左肢右前肢复位站立姿态
7左移运动
左移
int Servo_Prg_4_Step 11
int Servo_Prg_4 [][ALLMATRIX] PROGMEM {
3 14 13 12 0 1 2 15 ms
{ 70 90 90 130 120 90 90 70 200 }站立等
{ 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 70 200 }
{ 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）左移步态1图410示
图410 左移步态1示意图
（2）左移步态2图411示
图411 左移步态2示意图
（3）左移步态3图412示
图412 左移步态2示意图
（4）左移步态4图413示
步态进入站立常态等指令
图413 左移步态2示意图
8右移运动
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
{ 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 90 70 200 }
{ 70 135 90 130 120 90 90 70 200 }
{ 90 135 90 130 120 90 90 70 200 }
{ 70 90 90 130 120 90 90 70 200 }
}
右移步态左移步态相反序：左肢→左前肢右前肢左肢复原→左前肢复原右前肢复原右肢→右肢复原进入站立等指令状态
42四足机器稳定性测试
测试调试程中评测四足机器准确性稳定性选取前进作测试象进行分析调试实验容1米四足机器中心前进偏移误差值直线垂直距离值单位cm测数表格41示测试误差理值关系图图414示测数正值偏左方负值偏右方理误差值0
次数＼距离
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
第1次
0
1
25
35
55
85
125
165
215
27
34
第2次
0
12
25
4
65
9
14
20
28
34
46
第3次
0
05
1
2
25
25
35
5
65
8
105
第4次
0
03
05
1
22
33
31
32
35
34
3
第5次
0
03
05
11
21
35
43
45
52
58
65
第6次
0
01
03
07
1
13
15
19
24
3
32
第7次
0
0
01
02
01
02
0
04
0
02
01
理误差值
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表41 误差数表
图414 测试误差理值关系图
图直线前进调试中利图415知第1次第2次调试轨迹中出持续运动轨迹理运动轨迹越远存误差越次修改舵机PWM值调整运动姿态序第7次调试中较接理值细微误差考虑四足机器支架结构见四足机器结构实验结果重性整体测试调试改进优化四足机器支架结构常见误差产生解决方法章节出时概括点容易产生障分析解决方案
43章结
章节容四足机器基础步态测试调试调试程中帆风偶尔会出现问题发现问题解决问题确保数准确实验目完成四足机器整体调试选取四足机器前进步态作四足机器稳定性研究
第五章 超声波避障设计关障分析
51超声波模块避障功测试
完成述基步态测试接接入超声波模块进行超声波避障测试执行代码示
case 8 超声波避障左转运动
do{
digitalWrite(trigPinLOW)
delayMicroseconds(2)
digitalWrite(trigPinHIGH)
delayMicroseconds(10)
digitalWrite(trigPinLOW)
serverhandleClient()
if(Servo_PROGRAM8)break
shichang pulseIn(echoPinHIGH)
juli shichang 58
if(juli < 20){
digitalWrite(ledPinHIGH)果距离20厘米点亮LED灯
Servo_PROGRAM_Run(Servo_Prg_6 Servo_Prg_6_Step)执行左转
}
else{
digitalWrite(ledPinLOW)LED灯灭
Servo_PROGRAM_Run(Servo_Prg_2 Servo_Prg_2_Step) 前进
}
Serialprint(juli)串口输出检测距离测试调试时
Serialprintln(cm)
}
while(1)
break
般情况取声波空气传播速度约343米秒转换厘米单位34300厘米秒作单位换算343001000000厘米微秒：00343厘米微秒换角度1（00343 厘米微秒）：2915 微秒厘米2915微秒表示10CM距离1厘米2915微秒发送接收回波声波走距离实际2倍实际距离1厘米应583微秒实际整测距程测发出声波收回波时间程序里测量时间单位us换成距离cm58
四足机器进入避障模式进入dowhile循环serverhandleClient()实时更新检测否新指令输入果执行if(Servo_PROGRAM8)break语句否继续执行循环if(Servo_PROGRAM8)break判断进入循环否指令保证指令优先级便跳出超声波动避障循环进入运动指令前进程中检测面前存障碍物时juli<20cm时机器停止前运动进行左转等新juli数值juli>20cm前进否继续左转保证机器会撞障碍物里种避障转步骤检测面前存障碍物时juli<20cm时先执行退左转前进
实际测试效果图51前进状态示意图52检测状态示意图53避障左转状态示意图示
图51 前进状态示意图
图52 检测状态示意图
图53 避障左转状态示意图
超声波避障测试中四足机器行动程中产生机械抖动会超声波传感器前方检测物体精准度产生许影响影响设计实验性目性期根相关求超声波避障程序进行关滤波算法优化中值滤波算法实现避障更准确误差更
52障分析解决方案
综合测试程整体测试调试程中针四足机器产生障现象进行点总结分析出现障原出相应解决方案述列：
（1）操作程中机器运动轨迹预定轨迹误差？
进行代码数调试检查场机器四足装防滑材料直减误差消误差
（2）四足机器开机法生成局域网？
电源电压足应时充电距离机器太远应接机器接收信号
（3）操作程中舵机运动紊乱？
电源电压足应时充电距离机器太远应接机器接收信号
（4）操作程中舵机反应总体肢足运动幅度动？
检查该舵机结构支架否松动
（5）操作程中舵机反应？
检查线路否连接正确线路问题进行舵机更换
（6）操作程中指令预期指令相反？
检查线路接口应舵机位置进行调整确保舵机放置位置设定位置致
（7）操作程中全部硬件工作正常定机器指令反应？
检查代码正确性结构组织
（8）写入程序时显示没连接ESP8266开发板？
检查编辑器工具中连接端口(COM)否选取正确
53预加模块开发应
531环境检测模块云台应
基ESP8266四足机器增加许模块应超声波模块外红外模块云台摄头许领域中着重应机器云台摄头结合特殊环境危险区域中实时提供目标画面操作端员分析进行高效执行程搜集数分析时保证必员伤亡2020年新冠疫情中开发出款测温传感机器车站流密集区进行监控避免必员接触阻止病毒通间传播
532工智机器学模块
诸类型机器生产出科研者便断完善功性解决生硬机械动作增加灵活性适应性问题领域年属机器学热门继BigDogSpo等双足四足机器逐渐完善时关创客基础完成机器型化时进行核心移植机器学包括机器感知附物理环境变化进行身调整达稳定运作状态目前效果非常良
533关四足机器机械臂轮子结合应
次设计程中四足机器支架结构进行种设计方案条件限制列出行种运动支架机械臂轮子结合样设计机器完成更复杂性机械运动克服更复杂形意味着进行方面应综合性般足式机器更优越
534关水陆两机器理应
工智时代遥控类机器越越飞行机常见次陆机器设计应领域水陆空单方面应衍生出水机器蛟龙号深浅器陆空两机器飞行汽车水陆方面机器较少见运军事防御复杂水陆环境着机器机械运动性加入关水推进设备组合未着研究应价值
54章结
章节次设计章节环节加入超声波模块进行避障功测试整设计程中产生问题进行总结分析出解决方案外四足机器相关领域提出行性理性设计应
总 结
喜欢修读专业喜欢次选毕业设计热爱科学技术科技利弊两面未涉坚信利科学技术会生活更美毕业设计选择课题出喜欢操控类机器确认选题前查阅相关资料老师学进行相关问题分析讨交流说次讨交流中收获非常进行资莱奥收集总结时通老师解相关领域发展学想法选题提供许设计思路进行整系统硬件支架布置设计程中似普通枯燥保持着份兴趣参中注意安全安全电规范电烙铁等等完成支架硬件部分设计接着手软件方面容然次设计涉容部分开源代码编写方面直短板况代码线传输通信部分结构设计涉网页开发知识更加努力学前前花费月理解学相关源码程中觉枯燥味坚持学设计程中增加综合研究探讨部分修改设计想深入解关理技术原理等等月准备努力付出次应设计程中仅仅学科求掌握检验考核更扩展学思考问题发现解决问题实践应积累程团队合作团队分工合作短期程变成重点偏长期实现程需考虑问题许样样设计整前前程进行设计行性分析费预算特殊情况应方案说更种挑战更种提升程身学专业更感兴趣未科学技术发展类生活提供方便高效充满信心果机会会继续专业领域中继续学深造断加强挑战
致 谢
事物发展需原基础先学改进超越断完善优化数时刻学积累然次设计涉容部分开源学设计程中增加综合研究探讨部分修改设计关次设计课题选择纯属爱许喜欢控制操作类较强机器享受中言表乐趣遥控赛车汽车挖掘机飞机等等然喜欢科技类产物刚开始时手思维较紊乱想象难度谓万事开头难静心思考重新安排整理次设计步骤保持份干劲热爱期间努力老师解惑指导学分享交流慢慢克服遇困难时感谢奋战计算机机器科研线工作者关机器创客设计思路正前者研究理验引领者继续前行次感谢指导老师线线耐心指导建议感谢身边学起分享交流予鼓舞勉
参 考 文 献
[1]喻菲JackieESP8266线模块户手册[Z]201409
[2]PCA9685控制8路SG90舵机实现四足机器行走[Z]
httpsblogcsdnnetsupercearticledetails79248623201802
[3]39度创意研究控四足机器制作教程[Z]
httpwwwelecfanscomd1050229html201908
[4]jasonworkshop[Z]httpsjasonworkshopcom
[5]王炜物联网线传输技术应[M]北京邮电学201208
[6]石志国物联网技术应[M]清华学201208
[7]王洁岱卢坤媛徐淑芬雷云云四足步行机器研究现状展[J]制造业动化200902
[8]罗庆生罗霄仿生四足机器技术[M]北京理工学出版社201604
[9]贾晓菲5G网络背景关工智技术应探讨[J]科学信息化2019（34）
[10]余文智时代：工智超级计算网络安全[J]化学工业2018(01)
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基ESP8266四足机器设计
Design of quadruped robot based on ESP8266
容摘
科技文明发展会推动类社会历史进步21世纪工智时代科技产物发展工智满足需求外未社会发展做出重铺垫作制造机器注入智元素机器具样学力意味着机器功性高效稳定性互动性时期科技产物物联网技术物联网机器结合产物军工业制造业农业服务业等等领域着应着相应技术求次课题设计结合社会网络应物联网技术机器象网络技术辅作研究目二者通ESP8266模块生成Web服务器连接作位机位机连接桥梁通接收控制端指令输入控制物体象完成相应控制运动研究加入超声波避障模块实现智化智避障实现设计程目
关键词：工智 四足机器 物联网 ESP8266
abstract
The development of scientific and technological civilization will promote the progress of human social history The 21st century is an 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 to learn like a human which also means the robot＇s 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 military 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 research 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 corresponding 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
目录
第章 绪1
11课题研究背景意义1
12国外研究现状1
13文研究容设计目标2
14文结构安排2
15章结3
第二章 四足机器实现原理硬件设计4
21四足机器相关技术分析4
211需求分析4
212系统实现框架4
213实现原理分析4
22硬件系统概述4
23系统结构设计5
231系统模块结构概述5
232结构支架设计8
233系统电路原理图9
23章结10
第三章 软件设计实现11
31软件概述11
311软件开发台11
312开发环境配置12
313 Web网络控制端连接14
314软件结构设计15
32章结15
第四章 四足机器基础步态测试调试16
41系统功测试16
411检测元器件16
412整体运行检测调试17
42四足机器稳定性测试26
43章结27
第五章 超声波避障设计关障分析28
51超声波模块避障功测试28
52障分析解决方案29
53预加模块开发应30
531工智机器学模块30
532环境检测模块云台应30
533关四足机器机械臂轮子结合应30
534关水陆两机器理开发应30
54章结30
总结33
致谢34
参考文献35
第章 绪
11课题研究背景意义
类社会发展需科技推动力科技进步时代发展表现迫现代化动化求智化需求越越工智产品应运生出现生活中生活工作服务机器便中工智中重发明种机器场合求需制定出服务类第三次工业革命计算机技术革命20世纪90年代诞生互联网技术应迅速全球扩散传播直接推动工智发展雏形21世纪第四次工业革命准备接力棒继20世纪末互联网发展21世纪初新生种物联网应技术结合工智第四次工业革命组成部分前工业科技相种技术革命性仅解决劳动力足问题转变济发展方式日常生活中普遍存着许物联网例子应次设计中设计种基ESP8266四足机器设计正凸显物联网工智应方面展示结合应程结果结合物联网技术研究开发控制机器完成种复杂指令算法成计算机行业科研热点物联网技术工智结合运生活中科技会断发展改进完善相信未机器应会变越越普遍更服务社会
12 国外研究现状
类步入电气时代20世纪60年代开始着手关四足机器研究工作1977年着计算机机器控制技术研究成熟应Frank McGhee制造出世界第台真正意义四足步行机器具较运动稳定性控制运动系统逻辑电路组成运动受限制呈现固定运动形式
着科学技术进步四足机器半世纪发展目前具代表性四足机器美国波士顿动力研制BigDogSpo等双足四足机器结合着计算机科学AI物联网技术次进步性演示令业界振奋已然波士顿动力研发程中充满崎岖荆棘研发需技术求软硬件求极高克服重重难关利传感器控制算法解决复杂性机械运动问题足式机器外续研发Petman两足机器代表作机器技术标准新高度足式机器双腿代AI完美结合起具优异衡性高度灵活性许国外创客优秀作品建立开源项目基础
回国科技机器发展终企业做出性接波士顿动力足式机器相国外技术国技术水准总体说进步空间
正科技信息高速发展时期物联网发展高潮时着第五代移动通信技术应越越科技产物开发应纳米技术宇宙探索2020年初新冠肺炎抗疫行动中病危患者医务员存理距离开展通5G技术操控医疗机器进行手术医治取成功外机辅助防疫车站智测温系统等等目前机器发展代科学技术发展趋势逐渐趋化例越越说未更机器类发展工智时代
13文研究容设计目标
然界中着许四足足肢动物典型常见猫狗蜘蛛螃蟹乌龟等等运动方式类截然复杂形行走科研员通仿生学进行研究发现相面运动物体复杂环境中前行达目非常困难特定形需特定运动控制形式高效前行目前工机器运广轮式履带式足式机器非常少见许科学研究目法传统轮式履带式移动工具达应特殊场相应开发出足式机器次设计款基ESP8266四足机器仅代表例子演示舵机作肢足四肢足电机驱动板PWM信号协调配合运动轮式履带式机器仅四运动机械肢体相轮式履带式机器着拟形运动优势相复杂形运动时结合物联网技术原ESP8266款含串口wifi模块开发板更具操控性实时性更完成相关指令动作前进退左右移动移等基础加入超声波模块实现智避障功达更设计目效果
14 文结构安排
第章绪讨足式机器研究背景意义介绍足式机器国外研究情况关足式机器运动控制功扩展优缺点解决方案
第二章四足机器系统需求设计方案相关硬件设计分析四足足机器系统需求点提出行性设计性求部分操作执行原理进行描述讲述四足机器机械结构硬件模块间配合方式
第三章四足机器开发台软件设计软件开发台程序执行流程图进行介绍讲述两者间通信机制控制运动程
第四章四足机器基步态测试调试单独测试子系统正常运行情况进步进行前进退左转右转左移右移整体终测试
第五章四足机器超声波避障测试关整设计存障进行分析时四足机器关领域结合应进行分析
文进行设计总结总结设计开发程中遇问题感受收获
15 章结
章结介绍该课题设计背景意义结合国外研究状况讨次设计实现功目标出文撰写次设计安排
第二章 四足机器实现原理硬件设计
21 四足机器相关技术分析
211需求分析
设计求采ESP8266串口WiFi模块进行指令编译接收求通信模块网络模块连接成功机器接收命令指令MCU处理通PWM Servo舵机驱动板模块PCA9685调节舵机转动角度值完成预定指定动作前进退左右移动左右移等等环节加超声波避障
212系统实现框架
实现述功需求图21示系统框架图移动操作端进行指令输入通线局域网WiFi模块接收MCU处理指令信息驱动PWMservo输出控制舵机转动幅度值
图21系统框架图
213实现原理分析
次设计四足机器8舵机2舵机组成运动肢足运动方式舵机接收PWM信号相应肢足进行运动控制肢足组成2舵机PWM信号值进行配合变成相应运动状态根求运动姿势发送PWM信号肢足实现完整运动控制四足机器前运动左右运动左右移运动会第五章整体测试调试中进行详细解析
22 硬件系统概述
现代制造机器运转缺少硬件软件机器组成成分硬件硬件外辅助支架组成相机器器官骨架提供强劲力高效稳定运转条件次关四足机器设计
23 系统结构设计
231 系统模块结构概述
（1）结构支架
选方案：
1塑料3D印支架结构
2椴木支架结构
两种支架材料然塑料3D印支架具良实性稳定性观赏性没相关3D印设备价格较高反观普通椴木板椴木支架易松动损坏提供短期稳定效果考虑设计成现设备材料设计实验初衷决定椴木作结构支架
（2）MCU控制端模块
次四足机器设计采ESP8266WiFi模块局域网线连接支持手机板电脑连接控制方面展示物联网控制台兼容性相电脑板方便次设计采移动手机作操作控制端
（3）电源模块
源机器运转前提条件次设计50V120V电源作动力两种电源方案选择：
1锂电池
优点：质量偏轻放电率低高储存量密度
缺点：厚度偏厚成高
2聚合物锂电池
优点：容量质量轻厚度薄价格便宜
缺点：极片受潮容易发生气鼓环境求高
综述设计目功需求选择74V聚合物锂电池作电源（图22示）
图22聚合物锂电池
（4）电源转接板
电源转接板间接保护电路提供稳定工作电源（图23示）
图23 74V电源转接板
（5）ESP8266 WiFi模块
ESP8266模块两种选择方案
1ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3（CH340）
2ESP8266 NodeMcu Lua WiFi（CPC2102）
图21系统框架图知模块负责接收指令运行执行指令市场NodeMCU变体基具相功两种皆实现设计目考虑价格性相决定采ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3模块支持AndroidiOS移动设备工作温度范围：40°C 125°C等等NodeMcu已刷固件安装串口驱动连接电脑（图24示引脚图说明图25示）
图24 ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3
图25 ESP8266 NodeMcu Lua WiFi V3 引脚图
（6）PCA9685电机驱动模块
设计中舵机需驱动板板驱动考虑存舵机工作16路PWMServo PCA9685电机驱动模块接收nodemcu信号驱动舵机动作里需注意连接舵机时注意应颜色接口（图26实物图示）
图26 PCA9685电机驱动板
（7）舵机模块
次设计采舵机质量会影响设计准确性两种舵机供选择：
1普通塑料SG90舵机（图27示）
优点：价格便宜
缺点：障率高易抖动
2MG90S金属齿轮舵机（图28示）
优点：稳定性
缺点：价格相较高
提供稳定性保证数准确性两种舵机进行较决定采MG90S金属齿轮舵机舵机装配起前舵机插板应插槽电驱动板会舵机转出厂位置初始位然装配
图27 普通通塑料SG90舵机 图28 MG90S金属齿轮舵机
（8）HCSR04超声波模块
图29 HCSR04
老款HCSR04超声波模块需板外接5V电源供电新款HCSR04超声波模块图37示板33V电压工作精准度较高完成四足机器前进退左右移动基础运动次设计增加模块实现智超声波避障实现予指令四足机器身避开障碍物持续运动效果
232 结构支架设计
图210支架受力衡分析图211三维构架图画图212实物图示 ：
图210支架受力衡分析图
图210支架受力衡分析图
图211 四足机器三维构架图画
图212 四足机器实物图
233 系统电路原理图
图213示：
图213 系统电路原理图
24章结
章节介绍四足机器需求分析原理框架图详细描述控制原理运动机制文关硬件选取软件结构设计实践确定目求设计思路时概述硬件电路设计次机器结构重作粗略描述设计需硬件模块功控制电路实现原理针设计目部分模块进行详细综合分析进行选择达数效果完成基础设计增加超声波模块实现智避障运动
第三章 软件设计实现
31软件概述
章节介绍硬件模块组成硬件外便软件组成部分分系统软件应软件等次软件设源代码编程开发环境编译处理形成执行指令源代码部分涉javascript局域网Web网页应控制四足机器操作端次软件设计重点偏辅助应进行四足机器运动控制源代码修改设计
311软件开发台
ESP8266模块支持种编程模式显示兼容性实方便性开发台参考建议：
（1）AT指令进行操作：常见方式PC端串口助手配合简单指令实现配合单片机发送指令
（2）LUA语言编程：种单独ESP8266编程方式单片机串口调试软件直接程序编写ESP8266部
（3）Arduino开发环境编程：接触Arduino会较熟悉直接Arduino IDE环境进行代码烧录Arduino开发方式进行开发相关资料较
综述较推荐Arduino 开发环境编程较容易接受理解arduino现已非常成熟非常成熟解决方案相关资料较更适合作次设计软件开发台（软件开发台图3132示）
图31 arduino开发台 图32 代码编辑界面
312开发环境配置
Arduino开发环境中设计中ESP8266开发板模块原开发板理器没需手动输入搜索添加操作程图333435示
1编辑界面中点开工具单击开发板XXX’展示右边界面双机开发板理器图33开发环境配置示意图示
图33 开发环境配置示意图
2搜索栏框中输入ESP8266找ESP8266开发板安装包点击载安装图34开发环境安装包安装示意图示
图34 开发环境安装包安装示意图
3进行相关参数设置图35开发板配置示意示
图35 开发板配置示意图
4 进行源码开发编辑修改校验准确性载程序前确认检测端口（COM）号图36校验程序示意图37校验程序完成示意图示
图36 校验程序示意图
图37校验程序完成示意图
注：代码校验误传ESP8266
313 Web网页控制端连接
传完成基ESP8266四足机器控制系统接通电源数秒会生成WIFI热点名RobotJ mini初始密码12345678连接移动端浏览器搜索栏网址栏框中输入19216841点击访问会进入Web控制指令端移界面前请确认先关闭移动设备身网络数避免产生网络访问错误提示信息步测试中笔记电脑类连接偶尔发生指令传输失灵现象建议方式具体问题分析解决中移动控制端连接操作操作界面图38控制指令Web界面示
图38控制指令Web界面
关生成Web线局域网然限理范围网络系统众领域中着应具广阔市场前景见线局域网技术生活中起着重作相生活中线网络中缺少灵活性WLAN具方面优点WLAN避免情况发生受布线条件限制安装方便灵活身携带非常适合移动办公移动操作需
314 软件结构设计
1程序流程图图39示
图39 程序流程图
需软件应准备绪接进行源码修改编辑许电子创客网页相关四足机器代码设计然运动控制动作体相存许计算机语言开发编辑四足机器源码时选择合适源码设计作身实践设计
32章结
章节介绍关ESP8266模块软件开发台种选择需根实际应选择开发台时介绍程序设计控制四足机器运动思路程序执行流程图文整体调试阶段提供软件支持保障
第四章 四足机器测试调试
41系统功测试
411检测元器件
进行整体搭建设计前需元器件进行质量检测检测环节包括单独检测部分检测整体检测时包含电路接口连接准确性排查检测环节尤重整体构建提供效基础时实验知运数量较元件时应增加该元件实际数量解决低概率障性发生确保设计期进行
412整体运行检测调试
设计目完成硬件支架检测进行软件写入调试设计中关键部分保证单肢足运动整体运动动作行性连贯性达预期机械运动效果
四足机器运动作团队合作成果团队队员分工合作起着绝性作四足机器肢足通序PWM信号值调节形成四足机器连贯运动动作接运动状态图画演示文字描述含部分代码示例详细代码参见附录
1开机复位指令复位状态（图41示）
开机复位
int Servo_Act_0 [ ] PROGMEM { 140 30 140 40 40 150 40 140 1000 }
指令复位
int Servo_Prg_8_Step 2
int Servo_Prg_8 [][ALLMATRIX] PROGMEM {
{ 70 90 90 130 120 90 90 70 1000 }
{ 140 30 140 40 40 150 40 140 1000 }
}
图41 开机复位状态示意图
2站立状态（图42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
}
图42 站立状态示意图
3前进运动
前进
int Servo_Prg_2_Step 11
int Servo_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
{ 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 70 200 }
{ 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）前进步态1图43示
进入站立姿态直接机状态开始运动
图43 前进步态1示意图
（2）前进步态2图44示
图44 前进步态2示意图
（3）前进步态3图45示
图45 前进步态3示意图
（3）前进步态4图46示
图46 前进步态4示意图
4退运动
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
{ 90 45 90 130 120 90 90 90 200 }
{ 70 45 90 130 120 90 90 70 200 }
{ 70 45 90 90 90 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 70 200 }
}
退运动步态前进步态相似肢足运动序：右前肢运动→左前肢左肢右前肢复原→左前肢复原左肢复原右肢→右肢复原进入站立等指令状态
5左转运动
左转
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
{ 90 90 90 130 120 90 90 90 200 }
{ 90 135 90 130 120 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）左转步态1图47示
图47 左转步态1示意图
（2）左转步态2图48示
图48 左转步态2示意图
（3）左转步态3图49示
步态进入站立常态等指令
图49 左转步态3示意图
6右转运动
右转
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
{ 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 70 200 }
{ 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 }
}
右转步态左转步态相似序：左前肢右前肢→左肢右前肢复位站立姿态
7左移运动
左移
int Servo_Prg_4_Step 11
int Servo_Prg_4 [][ALLMATRIX] PROGMEM {
3 14 13 12 0 1 2 15 ms
{ 70 90 90 130 120 90 90 70 200 }站立等
{ 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 70 200 }
{ 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）左移步态1图410示
图410 左移步态1示意图
（2）左移步态2图411示
图411 左移步态2示意图
（3）左移步态3图412示
图412 左移步态2示意图
（4）左移步态4图413示
步态进入站立常态等指令
图413 左移步态2示意图
8右移运动
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
{ 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 90 70 200 }
{ 70 135 90 130 120 90 90 70 200 }
{ 90 135 90 130 120 90 90 70 200 }
{ 70 90 90 130 120 90 90 70 200 }
}
右移步态左移步态相反序：左肢→左前肢右前肢左肢复原→左前肢复原右前肢复原右肢→右肢复原进入站立等指令状态
42四足机器稳定性测试
测试调试程中评测四足机器准确性稳定性选取前进作测试象进行分析调试实验容1米四足机器中心前进偏移误差值直线垂直距离值单位cm测数表格41示测试误差理值关系图图414示测数正值偏左方负值偏右方理误差值0
次数＼距离
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
第1次
0
1
25
35
55
85
125
165
215
27
34
第2次
0
12
25
4
65
9
14
20
28
34
46
第3次
0
05
1
2
25
25
35
5
65
8
105
第4次
0
03
05
1
22
33
31
32
35
34
3
第5次
0
03
05
11
21
35
43
45
52
58
65
第6次
0
01
03
07
1
13
15
19
24
3
32
第7次
0
0
01
02
01
02
0
04
0
02
01
理误差值
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
表41 误差数表
图414 测试误差理值关系图
图直线前进调试中利图415知第1次第2次调试轨迹中出持续运动轨迹理运动轨迹越远存误差越次修改舵机PWM值调整运动姿态序第7次调试中较接理值细微误差考虑四足机器支架结构见四足机器结构实验结果重性整体测试调试改进优化四足机器支架结构常见误差产生解决方法章节出时概括点容易产生障分析解决方案
43章结
章节容四足机器基础步态测试调试调试程中帆风偶尔会出现问题发现问题解决问题确保数准确实验目完成四足机器整体调试选取四足机器前进步态作四足机器稳定性研究
第五章 超声波避障设计关障分析
51超声波模块避障功测试
完成述基步态测试接接入超声波模块进行超声波避障测试执行代码示
case 8 超声波避障左转运动
do{
digitalWrite(trigPinLOW)
delayMicroseconds(2)
digitalWrite(trigPinHIGH)
delayMicroseconds(10)
digitalWrite(trigPinLOW)
serverhandleClient()
if(Servo_PROGRAM8)break
shichang pulseIn(echoPinHIGH)
juli shichang 58
if(juli < 20){
digitalWrite(ledPinHIGH)果距离20厘米点亮LED灯
Servo_PROGRAM_Run(Servo_Prg_6 Servo_Prg_6_Step)执行左转
}
else{
digitalWrite(ledPinLOW)LED灯灭
Servo_PROGRAM_Run(Servo_Prg_2 Servo_Prg_2_Step) 前进
}
Serialprint(juli)串口输出检测距离测试调试时
Serialprintln(cm)
}
while(1)
break
般情况取声波空气传播速度约343米秒转换厘米单位34300厘米秒作单位换算343001000000厘米微秒：00343厘米微秒换角度1（00343 厘米微秒）：2915 微秒厘米2915微秒表示10CM距离1厘米2915微秒发送接收回波声波走距离实际2倍实际距离1厘米应583微秒实际整测距程测发出声波收回波时间程序里测量时间单位us换成距离cm58
四足机器进入避障模式进入dowhile循环serverhandleClient()实时更新检测否新指令输入果执行if(Servo_PROGRAM8)break语句否继续执行循环if(Servo_PROGRAM8)break判断进入循环否指令保证指令优先级便跳出超声波动避障循环进入运动指令前进程中检测面前存障碍物时juli<20cm时机器停止前运动进行左转等新juli数值juli>20cm前进否继续左转保证机器会撞障碍物里种避障转步骤检测面前存障碍物时juli<20cm时先执行退左转前进
实际测试效果图51前进状态示意图52检测状态示意图53避障左转状态示意图示
图51 前进状态示意图
图52 检测状态示意图
图53 避障左转状态示意图
超声波避障测试中四足机器行动程中产生机械抖动会超声波传感器前方检测物体精准度产生许影响影响设计实验性目性期根相关求超声波避障程序进行关滤波算法优化中值滤波算法实现避障更准确误差更
52障分析解决方案
综合测试程整体测试调试程中针四足机器产生障现象进行点总结分析出现障原出相应解决方案述列：
（1）操作程中机器运动轨迹预定轨迹误差？
进行代码数调试检查场机器四足装防滑材料直减误差消误差
（2）四足机器开机法生成局域网？
电源电压足应时充电距离机器太远应接机器接收信号
（3）操作程中舵机运动紊乱？
电源电压足应时充电距离机器太远应接机器接收信号
（4）操作程中舵机反应总体肢足运动幅度动？
检查该舵机结构支架否松动
（5）操作程中舵机反应？
检查线路否连接正确线路问题进行舵机更换
（6）操作程中指令预期指令相反？
检查线路接口应舵机位置进行调整确保舵机放置位置设定位置致
（7）操作程中全部硬件工作正常定机器指令反应？
检查代码正确性结构组织
（8）写入程序时显示没连接ESP8266开发板？
检查编辑器工具中连接端口(COM)否选取正确
53预加模块开发应
531环境检测模块云台应
基ESP8266四足机器增加许模块应超声波模块外红外模块云台摄头许领域中着重应机器云台摄头结合特殊环境危险区域中实时提供目标画面操作端员分析进行高效执行程搜集数分析时保证必员伤亡2020年新冠疫情中开发出款测温传感机器车站流密集区进行监控避免必员接触阻止病毒通间传播
532工智机器学模块
诸类型机器生产出科研者便断完善功性解决生硬机械动作增加灵活性适应性问题领域年属机器学热门继BigDogSpo等双足四足机器逐渐完善时关创客基础完成机器型化时进行核心移植机器学包括机器感知附物理环境变化进行身调整达稳定运作状态目前效果非常良
533关四足机器机械臂轮子结合应
次设计程中四足机器支架结构进行种设计方案条件限制列出行种运动支架机械臂轮子结合样设计机器完成更复杂性机械运动克服更复杂形意味着进行方面应综合性般足式机器更优越
534关水陆两机器理应
工智时代遥控类机器越越飞行机常见次陆机器设计应领域水陆空单方面应衍生出水机器蛟龙号深浅器陆空两机器飞行汽车水陆方面机器较少见运军事防御复杂水陆环境着机器机械运动性加入关水推进设备组合未着研究应价值
54章结
章节次设计章节环节加入超声波模块进行避障功测试整设计程中产生问题进行总结分析出解决方案外四足机器相关领域提出行性理性设计应
总 结
喜欢修读专业喜欢次选毕业设计热爱科学技术科技利弊两面未涉坚信利科学技术会生活更美毕业设计选择课题出喜欢操控类机器确认选题前查阅相关资料老师学进行相关问题分析讨交流说次讨交流中收获非常进行资莱奥收集总结时通老师解相关领域发展学想法选题提供许设计思路进行整系统硬件支架布置设计程中似普通枯燥保持着份兴趣参中注意安全安全电规范电烙铁等等完成支架硬件部分设计接着手软件方面容然次设计涉容部分开源代码编写方面直短板况代码线传输通信部分结构设计涉网页开发知识更加努力学前前花费月理解学相关源码程中觉枯燥味坚持学设计程中增加综合研究探讨部分修改设计想深入解关理技术原理等等月准备努力付出次应设计程中仅仅学科求掌握检验考核更扩展学思考问题发现解决问题实践应积累程团队合作团队分工合作短期程变成重点偏长期实现程需考虑问题许样样设计整前前程进行设计行性分析费预算特殊情况应方案说更种挑战更种提升程身学专业更感兴趣未科学技术发展类生活提供方便高效充满信心果机会会继续专业领域中继续学深造断加强挑战
致 谢
事物发展需原基础先学改进超越断完善优化数时刻学积累然次设计涉容部分开源学设计程中增加综合研究探讨部分修改设计关次设计课题选择纯属爱许喜欢控制操作类较强机器享受中言表乐趣遥控赛车汽车挖掘机飞机等等然喜欢科技类产物刚开始时手思维较紊乱想象难度谓万事开头难静心思考重新安排整理次设计步骤保持份干劲热爱期间努力老师解惑指导学分享交流慢慢克服遇困难时感谢奋战计算机机器科研线工作者关机器创客设计思路正前者研究理验引领者继续前行次感谢指导老师线线耐心指导建议感谢身边学起分享交流予鼓舞勉
参 考 文 献
[1]喻菲JackieESP8266线模块户手册[Z]201409
[2]PCA9685控制8路SG90舵机实现四足机器行走[Z]
httpsblogcsdnnetsupercearticledetails79248623201802
[3]39度创意研究控四足机器制作教程[Z]
httpwwwelecfanscomd1050229html201908
[4]jasonworkshop[Z]httpsjasonworkshopcom
[5]王炜物联网线传输技术应[M]北京邮电学201208
[6]石志国物联网技术应[M]清华学201208
[7]王洁岱卢坤媛徐淑芬雷云云四足步行机器研究现状展[J]制造业动化200902
[8]罗庆生罗霄仿生四足机器技术[M]北京理工学出版社201604
[9]贾晓菲5G网络背景关工智技术应探讨[J]科学信息化2019（34）
[10]余文智时代：工智超级计算网络安全[J]化学工业2018(01)
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