四足机器人软硬件架构

🤦‍♀️飞书画的感觉不咋地

四足机器人硬件（所有连接仅供参考，任何问题与本人无关）

电池

🐱‍👓请一定用万用表检测一下正负极是否和pcb接口对应以及电压是否正常，理论上来说2s~4s锂电池都可以接入

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需要购买一套电池

降压模块

👀保证至少可以过3A电流。

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需要购买1块降压模块

NodeMcu 8266开发板

🤷‍♀️这个神板因该人手一个，不过现在乐鑫已经推出esp32c3了，新神板来了【淘宝】限时官方立减0.73元 http://e.tb.cn/h.gKQFJ88xUs7VLfy?tk=jwn13hGPIay HU0854 「ESP8266串口WIFI模块 CP2102/CH340 NodeMCU Lua V3物联网开发板」点击链接直接打开或者淘宝搜索直接打开

需要购买1块开发板，esp8266 的硬件资源介绍及使用教程请自行学习

SG90舵机

🐱‍🐉那家便宜买那家，基本都大差不差呀。【淘宝】限时满88减2 http://e.tb.cn/h.gq7QGmTuJ59kCKV?tk=Wd5P3hGJuMC HU9196 「伺服舵机 SG90 MG90S 9g舵机 450直升飞机小车伺服器 180度 360度」点击链接直接打开或者淘宝搜索直接打开

需要购买8个舵机

0.96 OLED

🐱这个也是人均有吧。【淘宝】限时满88减2 http://e.tb.cn/h.gK4KNkc34hgFGe9?tk=9eZ13hGGVYG MF7997 「0.91/0.96/1.3寸白/黄/蓝色双色 IIC通信小OLED显示屏模块液晶屏」点击链接直接打开或者淘宝搜索直接打开

需要购买1块屏

结构件

💕3d建模当年也是我的最爱额。 Solidworks 建模装配体图组装后和效果和模型差不多，不过组装后我只使用了一块pcb。

3D打印使用的是导出stl格式文件，只需要打印四个关节和四个手部，底盘可以直接使用pcb，然后螺丝可以使用sg90舵机自带的。可以购买m2x10的螺柱螺母或者热熔胶来固定pcb和舵机，推荐使用热熔胶，因为热熔胶还可以用来加强oled以及舵机焊接口的连线

PCB

🦄这个简单，花一个下午画的，能不能用不重要，干就完了嘉立创eda简单设计了个底板主要是提供结构支撑，和连接降压，主控，电池，开关这几个模块。

原理图就是吧购买的模块连接起来

嘉立创工程文件和制造输出文件以及原理图，原理图全是模块设计，焊接简单。电池采用自带usb充电线充电。

四足机器人软件

🧬东拼一点西凑一点，也是不负众望，成功堆出屎山代码，毕竟大家都说代码和人有一个能跑就行！上来先放源代码在123网盘里可以直连下载YYDS,还有github的链接欢迎大家浏览我的github呀💖

所有资料连接

这里包括3d打印文件，pcb制造文件，嘉立创工程文件，以及所有源代码
123yunpan: https://www.123pan.com/s/MB2CTd-814nA
github: https://github.com/freedom413/miniroot 搭建好硬件，直接编译下载代码，然后需要编译下载一次文件系统的文件。就可以使用啦。

开发平台

Vscode + PlatformIO 基于arduino vscode安装自行学习，在插件市场搜索PlatformIO 安装插件。可能需要开魔法才可以在建立工程时快速下载框架支持包。否则有可能需要等待数小时。

打开提供的源代码。arduino 的使用方法请自行学习，资源很多。
```
  [env:esp12e]
  platform = espressif8266
  board = nodemcuv2
  framework = arduino
  board_build.filesystem = littlefs
  lib_deps =
      olikraus/U8g2@^2.35.19
      ottowinter/ESPAsyncWebServer-esphome@^3.2.2
```
可以直接修改配置文件来加载库更改开发平台以及添加文件系统等，可以在platformio官网查看详细说明

wifi网络服务器代码

使用的ap模式，通俗来说就是8266发射wifi信号手机来连接，手机浏览器访问8266的ip后，8266发送相应的资源到手机浏览器展示，当然8266也可以接收浏览器发送的信息。

wifi连接的代码如下，wifi名字和密码可自行更改。

const char *wifiname = "Melody";
const char *wifipassword = "12345678";
#elif ApMod
    WiFi.mode(WIFI_AP);
    WiFi.softAP(wifiname, wifipassword);
    IP = WiFi.softAPIP().toString();
#endif

异步web服务器，可以在后台异步响应请求，从而不阻塞其它程序运行。

static AsyncWebServer esp8266_server(80); // 建立网络服务器对象，该对象用于响应HTTP请求。监听端口（80）
static void webserveInit(void)
{
    if (LittleFS.begin())
    { // 启动闪存文件系统
        DebugPrt("LittleFS Started\n");
    }
    else
    {
        DebugPrt("LittleFS Failed to Start.\n");
    }

    esp8266_server.on("/choosNum", HTTP_GET, handlSetNum);  //绑定函数 /choosNum 在网页get请求的资源地址
    esp8266_server.onNotFound(handleUserRequest);           //处理其它网络请求 来发送网页数据到客户端
    // 启动网站服务
    esp8266_server.begin();
    DebugPrt("HTTP server started");
}

其中LittleFS文件系统用于存储前端页面的htlm，css，javascript，还有图片等静态资源，存储在flash尾部空间中，这样可以大大减小ram的使用空间。 esp8266_server.on用于绑定接收数据处理函数，/choosNum 时请求地址，当客户端使用get方式请求这个地址时就会触发回调调用handlSetNum() 函数来处理。同理esp8266_server.onNotFound就时其余未知的地址都在这里回调执行通过handleUserRequest函数来处理。

首先来看看handlSetNum函数的内容

static void handlSetNum(AsyncWebServerRequest *request)
{
    String res = request->getParam("num")->value();
    num = res.toInt();  // 参考静态网页javascrpt    xmlhttp.open("GET", "choosNum?num="+num, true);  get带参数请求
    resflag = 1;        // 接收到数据标志位
}

很简单，就是将接收到的数据中num的值获取到，然后将标志位置1表示接收到了数据。然后handleUserRequest函数的内容就相对长一点了。通过客户端请求的数据地址来找到数据，并发送给客户端，如果文件不存在就发送给客户端404 Not Found 文本。

static void handleUserRequest(AsyncWebServerRequest *request)
{
    // 获取用户请求资源地址(Request Resource）
    String reqResource = request->url();

    // 通过handleFileRead函数处处理用户请求资源
    bool fileReadOK = handleFileRead(reqResource, request);

    // 如果在SPIFFS无法找到用户访问的资源，则回复404 (Not Found)
    if (!fileReadOK)
    {
        request->send(404, "text/plain", "404 Not Found");
    }
}

获取文件类型函数

static String getContentType(String filename)
{
    if (filename.endsWith(".htm"))
        return "text/html";
    else if (filename.endsWith(".html"))
        return "text/html";
    else if (filename.endsWith(".css"))
        return "text/css";
    else if (filename.endsWith(".js"))
        return "application/javascript";
    else if (filename.endsWith(".png"))
        return "image/png";
    else if (filename.endsWith(".gif"))
        return "image/gif";
    else if (filename.endsWith(".jpg"))
        return "image/jpeg";
    else if (filename.endsWith(".ico"))
        return "image/x-icon";
    else if (filename.endsWith(".xml"))
        return "text/xml";
    else if (filename.endsWith(".pdf"))
        return "application/x-pdf";
    else if (filename.endsWith(".zip"))
        return "application/x-zip";
    else if (filename.endsWith(".gz"))
        return "application/x-gzip";
    return "text/plain";
}

static bool handleFileRead(String resource, AsyncWebServerRequest *request)
{ // 处理浏览器HTTP访问

    if (resource.endsWith("/"))
    {                             // 如果访问地址以"/"为结尾
        resource = "/index.html"; // 则将访问地址修改为/index.html便于SPIFFS访问
    }

    String contentType = getContentType(resource); // 获取文件类型

    if (LittleFS.exists(resource))
    {                                                   // 如果访问的文件可以在SPIFFS中找到
        LittleFS.open(resource, "r");                   // 则尝试打开该文件
        request->send(LittleFS, resource, contentType); // 并且将该文件返回给浏览器
        return true;                                    // 返回true
    }
    return false; // 如果文件未找到，则返回false
}

通过getContentType函数获取文件发送类型，就是通过请求文件后缀来得出返回数据的类型。LittleFS.exists(resource) 如果文件系统中存在这个文件，就将文件读出来发送给客户端。contentType就是解析出来的返回数据类型。

静态网页代码

在data文件夹下存放的就是需要编译后存入flash通过LittleFS来管理的文件，htlm，css，javascript这些文件。

文件需要编译后下载，步骤如下。

一个简单的界面，一个图片和12个按钮组成，关于前端的知识可以在菜鸟教程去学习。

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>手机端控制页面</title>
    <link rel="stylesheet" href="styles.css">
</head>
<body>
    <header>
        <img src="header-image.png" alt="头部图片">
    </header>
    <main class="content-container">
        <div class="grid-container">
            <button class="grid-item" id="button1" onclick="sendData(1)">站立</button>
            <button class="grid-item" id="button2" onclick="sendData(2)">前进</button>
            <button class="grid-item" id="button3" onclick="sendData(3)">来呀</button>
            <button class="grid-item" id="button4" onclick="sendData(4)">左转</button>
            <button class="grid-item" id="button5" onclick="sendData(5)">招手</button>
            <button class="grid-item" id="button6" onclick="sendData(6)">右转</button>
            <button class="grid-item" id="button7" onclick="sendData(7)">摇摆</button>
            <button class="grid-item" id="button8" onclick="sendData(8)">炒菜</button>
            <button class="grid-item" id="button9" onclick="sendData(9)">游泳</button>
            <button class="grid-item" id="button10" onclick="sendData(10)">俯撑</button>
            <button class="grid-item" id="button11" onclick="sendData(11)">动一</button>
            <button class="grid-item" id="button12" onclick="sendData(12)">动二</button>
        </div>
    </main>
    <script src="scripts.js"></script>
</body>
</html>

发送脚本：在按钮按下时调用，将按钮的传入值发送给服务器，值绑定到了num，使用Get方法发送。同样菜鸟教程也可以学习

 function sendData(num) {
    var xmlhttp;
    if (window.XMLHttpRequest) {
        xmlhttp = new XMLHttpRequest();
    } else {
        xmlhttp = new ActiveXObject("Microsoft.XMLHTTP");
    }
    xmlhttp.open("GET", "choosNum?num="+num, true);
    xmlhttp.send();
}

最终在网页上展示的控制界面如下图

可调速舵机代码

SG90舵机时通过周期20ms占空比0.5~2.5ms的pwm波来控制的，0度对应0.5ms ,180度对应2.5ms。调速的主要思想就是，将一段距离需要在设定的时间内完成的位移，拆分成若干个周期来运行，计算出，总共需要多少个周期，然后将角度均分，每个周期写入一个增量的占空比，逐渐累加占空比即可达到调速的目的。

简单的可以控制单个舵机调速的程序，同时控制多个舵机的设计思想也一样，就是需要在写法上做出多舵机操作接口。向上取整增量是为了防止增量为0时在循环中卡死。

/**
 * @brief  设置单个关节 可以调速
 * @param PIN 那个关节
 * @param AG  要到达的角度
 * @param ms  过程时间
 */
void SetangelStep(RootPin PIN, int16_t AG, uint16_t ms)
{

  int16_t count = ms / 20; // 20ms(pwm周期) 一个间隔

  int16_t lastag = Getangelus(PIN); // 获取上一次的占空比时间us
  int16_t lastagbk = lastag;        // 备份时间

  AG = revvaule(AG, 2500, 500, 180, 0); // 量程转换 目标角度转换成目标占空比时间us

  int16_t dertag = 0; // 目标时间与当前时间的误差

  // 算出最大误差
  if (AG > lastag)
  {
    dertag = AG - lastag;
  }
  else
  {
    dertag = lastag - AG;
  }

  int16_t inc = (dertag - 1) / count + 1; // 计算出每次减小误差的 步进值 向上取整

  while (1)
  {

    // 每次循环减小一次误差
    if (AG > lastagbk)
    {
      lastag += inc;
      if (lastag >= AG)
        return;
    }
    else
    {
      lastag -= inc;
      if (lastag <= AG)
        return;
    }

    // 设定计算出的占空比时间
    Setangelus(PIN, lastag);
    delay(20); // 保持一个周期
  }
}

完整的舵机调速程序如下

typedef struct
{
/*控制变量*/
  uint16_t us;     // 目标角度 -在运算时时转换后成us
  uint16_t dertms; // 设定速度(ms) - 在运算时为增量
  uint8_t en;      // 是否使能
  RootPin BandPin; // 绑定的关节
/*运算过程变量*/
  uint16_t usbak; // 最初的us备份
  uint16_t nowus; // 当前的us

} myservo_t;

typedef void (*setfun)(RootPin, uint16_t); // 函数指针取别名 自己的舵机角度设定函数

/**
 * @brief  通过定义结构体来实现舵机的调速控制，支持自定义舵机数量，支持不同速度
 * @param  myservo_t *sr 舵机控制结构体，设定目标角度、到达目标的过程时间，是否使能，以及绑定引脚
 * @param  uint8_t nums  舵机数组的数量（长度）
 * @param  setfun fun 舵机的执行函数
 */
void SetangelStepSe(myservo_t *sr, uint8_t nums, setfun fun)
{
  for (uint16_t i = 0; i < nums; i++)
  {

    // 计算目标us数
    sr[i].us = revvaule(sr[i].us, 2500, 500, 180, 0);
    // 获取当前us数并备份
    sr[i].nowus = sr[i].usbak = Getangelus(sr[i].BandPin);

    // 计算出增量 注意要向上取整，增量为0，在误差判断里会无限循环。
    if (sr[i].us > sr[i].usbak) // 如果目标us大于当前us
    {
      sr[i].dertms = (sr[i].us - sr[i].usbak - 1) / (sr[i].dertms / 20 /* 计算可以循环多少个周期 */) + 1;
    }
    else
    {
      sr[i].dertms = (sr[i].usbak - sr[i].us - 1) / (sr[i].dertms / 20) + 1;
    }
  }

  while (1)
  {
    for (uint8_t i = 0; i < nums; i++)
    {
      // 每次循环减小一次误差
      if (sr[i].us > sr[i].usbak)
      {
        sr[i].nowus += sr[i].dertms;
        if (sr[i].nowus >= sr[i].us)
        {
          sr[i].en = 0;
        }
      }
      else
      {

        sr[i].nowus -= sr[i].dertms;
        if (sr[i].nowus <= sr[i].us)
        {
          sr[i].en = 0;
        }
      }
    }

    uint8_t isret = 1; // 可以返回标志
    for (uint8_t i = 0; i < nums; i++)
    {
      if (sr[i].en == 1) // 还没到达目标us
      {
        fun(sr[i].BandPin, sr[i].nowus); // 通过函数指针的函数 设定计算出的占空比时间
        isret = 0;
      }
    }
    if (isret == 1) // 所有关节都到位退出
    {
      return;
    }

    delay(20); // 保持一个周期
  }
}

其实如果自己需要自定义动作的话只需要知道怎么使用这个可以调速的关节设定函数就可以了，我在注释中已经说明了然后，动则这些就需要你自己发挥想象空间来创造咯，相信你们的想象力一定更好了🙆‍♀️

/**
 * @brief设置 肩部关节 转动 可以调速。
 * @param ag 目标角度
 * @param ms 转动的时间 也就是平均速度啦
 * @param en1 是否使能第一脚
 * @param en2 是否使能第一脚
 * @param en3 是否使能第一脚
 * @param en4 是否使能第一脚
 */
void SetAllSePinStep(uint16_t ag, uint16_t ms, uint8_t en1, uint8_t en2, uint8_t en3, uint8_t en4);
void SetAllSiPinStep(uint16_t ag, uint16_t ms);
void SetAllSiPinStep(uint16_t ag, uint16_t ms, uint8_t en1, uint8_t en2, uint8_t en3, uint8_t en4);

其他模块的代码都比较简单了，请自行学习查看。值得一提的是，为了资源的合理利用，我在主循环中加入了最原始分时调度的代码，这也就是一些实时操作系统，最最基本的思想了吧。代码如下。

void loop()
{

  if (millis() - LedpreviousMillis >= ledtime)
  {
    LedpreviousMillis = millis();

    // 运行内容
    {
      ledRun();//翻转led
    }
  }
  else if (millis() - WebpreviousMillis >= webtime)
  {
    WebpreviousMillis = millis();

    // 运行内容
    {
      ALoop();//调度动作执行
    }
  }

}

两个任务在设定的间隔周期触发一次。不会一直轮询等待，可以减轻mcu的负担。其中millis()函数是表示当前系统运行的ms数。

实物演示

~~让我等下再做了🐱‍🚀🐱‍👓🐱‍🏍🐱‍👤~~

**ok呀ok来做了e-拍了个小视频，哈哈，直接看视频吧🐱‍👤！不对我还拍了图片，那先看高清美图吧！
我给它来了个360无死角展示首先来展示它的正面
然后是侧面
然后看看屁股吧
那小肚子也给你们看吧
直接解刨给你看
展示完毕上vlog

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总结

价格

物品	电池套件	降压模块	8266开发板	sg90舵机x8	0.96 oled	3D打印	总价
单价	15.2	4.55	9.65	4x8 = 32	6.1	18	85.5

学习到的东西

c语言更加熟练的使用–其中包含了结构体，函数重载，typedef，函数指针，数组指针，static，等c语言知识。
arduino平台–熟悉arduino平台架构，加强对库文件的使用和理解。
pcb制版–(自行学习)通过这个小底板的绘制可以加强对pcb设计的流程掌握，还可以学习在一些小技巧等。
前端–最基础的前端知识学习。

四足机器人软硬件架构#

四足机器人硬件（所有连接仅供参考，任何问题与本人无关）#

电池#

降压模块#

NodeMcu 8266开发板#

SG90舵机#

0.96 OLED#

结构件#

PCB#

四足机器人软件#

所有资料连接#

开发平台#

wifi网络服务器代码#

静态网页代码#

可调速舵机代码#

实物演示#

总结#

价格#

学习到的东西#