蜘蛛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)：

它是由一個(gè)底盤(pán)、六個(gè)足、18個(gè)舵機(jī)構(gòu)成的18自由度的機(jī)器人，每一個(gè)足分成三節(jié)。

蜘蛛機(jī)器人的主控芯片：

主控芯片，stm32f103rct6，這個(gè)芯片的主頻最高為72MHZ。

它的RAM大小為48 KB，如此大小的RAM和主頻足以支持它實(shí)時(shí)演算腿部角度。

其內(nèi)置有八個(gè)定時(shí)器，其中有六個(gè)定時(shí)器帶有pwm模塊，所以這個(gè)芯片可以同時(shí)輸出24路pwm信號(hào)。

外置的傳感器：

MPU6050傳感器，此模塊用于測(cè)量蜘蛛的姿態(tài)，我需要姿態(tài)信息來(lái)使蜘蛛保持平衡

ESP8266 WIFI模塊，此模塊主要用于與手機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)手機(jī)無(wú)線操控蜘蛛

蜘蛛的控制方式：

電腦上位機(jī)串口控制運(yùn)動(dòng)模式（有線串口1）

按鍵控制蜘蛛運(yùn)動(dòng)模式

????運(yùn)動(dòng)模式1、手機(jī)重力或姿態(tài)控制蜘蛛以三角步態(tài)移動(dòng)以及移動(dòng)的距離和方向（（WIFI無(wú)線控制，無(wú)線串口3）

????運(yùn)動(dòng)模式2、手機(jī)重力或姿態(tài)控制蜘蛛姿態(tài)（WIFI無(wú)線控制，無(wú)線串口3）

????運(yùn)動(dòng)模式3、底盤(pán)各種平移測(cè)試

????運(yùn)動(dòng)模式4、旋轉(zhuǎn)三角步態(tài)測(cè)試

關(guān)于重力控制或姿態(tài)控制兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)：重力控制的傳感器數(shù)據(jù)來(lái)源于手機(jī)的加速度傳感器，姿態(tài)控制的傳感器數(shù)據(jù)來(lái)源于手機(jī)的加速度和角速度傳感器數(shù)據(jù)的融合（互補(bǔ)濾波），所以重力控制的動(dòng)態(tài)特性不如姿態(tài)控制，其靜態(tài)特性又與姿態(tài)控制的相差無(wú)幾，但是這里重力控制的計(jì)算量要比姿態(tài)控制少很多（不需要對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的處理）

硬件參數(shù)與機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

總共有18個(gè)舵機(jī)、一個(gè)舵機(jī)有3根線，如果只算上舵機(jī)線的話，那也有54根線，如果沒(méi)有規(guī)劃好線路，那會(huì)導(dǎo)致一些不可名狀的問(wèn)題。

這里是這樣處理接線問(wèn)題的，我在洞洞板上使用了母座排針（插開(kāi)發(fā)板上）和公排針（舵機(jī)引線插上邊），我將它稱為插卡式接線結(jié)構(gòu)（與Arduino與其模塊的連接方式雷同）

根據(jù)下圖的引腳設(shè)定以及開(kāi)發(fā)板引腳圖，

我很快就焊接了一個(gè)插卡式連接板，然后再將舵機(jī)過(guò)長(zhǎng)的引線剪短（這里用到了熱縮管），最終效果如下圖

硬件參數(shù)：接下來(lái)考慮系統(tǒng)的硬件參數(shù)，WIFI模塊的串口與STM32的串口3相連，波特率115200........如下圖

為了不占用MPU的資源，這里采用DMA傳輸?shù)姆绞絹?lái)接收WIFI模塊的數(shù)據(jù)。

來(lái)自ESP8266的數(shù)據(jù)的接收邏輯：首先我使能了串口3的空閑中斷，ESP8266接收到手機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的控制命令后通過(guò)串口傳輸?shù)絊TM32上，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成后，芯片進(jìn)入串口空閑中斷程序

空閑中斷程序會(huì)處理接收的數(shù)據(jù)并重新啟動(dòng)DMA傳輸，并將數(shù)據(jù)通過(guò)串口1打印到上位機(jī)上。

電腦的串口與STM32的串口1相連，波特率之類的參數(shù)與串口3的一樣，這里依然使用DMA傳輸來(lái)接收上位機(jī)的數(shù)據(jù)

（串口1的DMA傳輸優(yōu)先級(jí)和中斷優(yōu)先級(jí)要低于串口3的）

MPU6050的I2C接口與STM32的模擬I2C接口相連。在閱讀MPU6050的手冊(cè)，我們可以給出其寄存器的名字（能反映寄存器功能）與地址的映射關(guān)系（宏定義），這樣可以提高代碼的可讀性（修改Keli5的編碼模式后，我們可以使用中文宏定義與中文名變量）

MPU6050參數(shù)設(shè)置：

設(shè)定8個(gè)采樣點(diǎn)的平均濾波

加速度傳感器量程±2G

角速度傳感器量程±2000dps

采樣頻率50HZ

在這里，我啟動(dòng)了某個(gè)50HZ（與MPU6050的采樣頻率一樣）的定時(shí)器中斷，中斷程序：讀取MPU6050的數(shù)據(jù)并使用四元數(shù)積分、互補(bǔ)濾波的算法來(lái)解算姿態(tài)。

在所有中斷程序中，它的優(yōu)先級(jí)是最高的。

當(dāng)然，在使用MPU6050之前，先校正了陀螺儀的零點(diǎn)漂移和加速度計(jì)的零飄和比例尺（橢球擬合）

關(guān)于最小二乘法橢球擬合：當(dāng)加速度傳感器在靜止?fàn)顟B(tài)下（僅受到重力作用），加速度的模等于重力的模，根據(jù)這個(gè)關(guān)系，我們可以列出下面的方程，而這正是一個(gè)橢球方程，但我們不能通過(guò)這個(gè)方程來(lái)解各軸零飄和比例尺，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)存有噪聲即便是平均濾波過(guò)的數(shù)據(jù)（濾波不能消除噪聲，只能抑制噪聲）。

在三維空間中將大量的加速度傳感器靜止時(shí)的數(shù)據(jù)繪制出來(lái)，我們預(yù)測(cè)這些點(diǎn)的分布應(yīng)該會(huì)近似一個(gè)橢球，事實(shí)上也正是如此，我們?nèi)フ业揭粋€(gè)最接近的橢球方程，用這個(gè)方程的系數(shù)（零飄和比例尺）來(lái)作為傳感器的零飄和比例尺，我們用加速度矢量范數(shù)的方差來(lái)衡量數(shù)據(jù)組與橢球的距離，這樣的話，我們只要求得誤差（距離）方程最小時(shí)各軸的零飄和比例尺即可，這樣的方法就是最小二乘法橢球擬合

程序的邏輯與結(jié)構(gòu)

接下來(lái)來(lái)討論一下程序的邏輯與結(jié)構(gòu)，實(shí)際上上面的文字已經(jīng)把所有的中斷程序都解釋過(guò)了，所以，這里只需要討論主程序和其他函數(shù)的邏輯與結(jié)構(gòu)

main邏輯：

我定義了一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位變量Mode，這個(gè)標(biāo)志位用于表示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式，當(dāng)硬件初始化萬(wàn)后，程序就進(jìn)入了while循環(huán)里，while循環(huán)里主要是Switch語(yǔ)句，根據(jù)Mode的值執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)程序

main函數(shù)之外定義的函數(shù)：

舵機(jī)測(cè)試：在main函數(shù)之外還定義了不少測(cè)試用的函數(shù)，這些函數(shù)主要是用來(lái)測(cè)試舵機(jī)的好壞與舵機(jī)接線是否正確用的

蜘蛛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)原理與算法在https://www.bilibili.com/video/BV1WB4y147D9?spm_id_from=333.999.0.0&;vd_source=6cfcfed4d7c52b2a577834ce56144709已經(jīng)講述過(guò)了，這里貼出代碼演示一下算法的具體過(guò)程

我們發(fā)出一個(gè)運(yùn)動(dòng)指令，讓機(jī)器人底盤(pán)位移(10cm,10cm)，對(duì)矢量指令（10cm,10cm）100均分（這是我隨便給出的一個(gè)數(shù)，實(shí)際上我們可以通過(guò)舵機(jī)的精度來(lái)計(jì)算多少均分）線性插值，通過(guò)控制某個(gè)與時(shí)間成正比的變量來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，改變系數(shù)即可改變機(jī)器人執(zhí)行指令的速度。

程序結(jié)構(gòu)：