机械狗应用开发指南.docx

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1、目录1样例先吕19卜.1X2.3工3控制与运SjS分31.5-11-11-11-11-1-52牛羊102.2准备组件102.2组装步舞1131地图绘制1733配置ESP32开发醐录软件.1934配置STM32开发板烧录软件一2235获取代码.“一-2435iESP32代码243-5-2STM32代码26353小狗代码3。4快速体脆314.1 手动捌侧的姿态变换“-.-.-.-.-.-.-.-.-3,4.2 手雌mtt三S动344.3 自取亍走3444机晒锁定目355代码实现375-1主要代码文绍37521-37S3手动控制1.三狗行走405-W狗巡引6f4155机械狗锁定目标追踪421样例介绍

2、基于At1.aS200DKA2开发者套件板(以下简称为开发板)的算力鄢屿接口丰富度，在实现Chatbot/智能小车用I械臂/语音台灯等样例之后，希里能够扩展兼容性和多领域适配度，实现另外一个豆杂样例并且能够兼顾更加繁琐的下位机操作，所以基于开发板开发了本机械狗样例，能够实现站立坐下以及左右的姿态变化，能够自动循迹行走，另外能够追踪目标追随遇佝,并且能够在多人的情境下，仍然稳定追踪锁定的目标.1.1 外观结构1.2 功能与原理介绍1.3 控制与运动部分1-4循迹行走部分1.5 锁定追踪部分1.1夕卜观结构机械佝运动部分是由以下部分组成:1 .四个具有2自由度的机械腿以及中间的主体部分实现的,机械

3、腿的曲柄连杆结构保证了机械狗可以单独操作每一条腿的运动，每条腿上的两个关节由两个行星箱温速电机驱动，并放置在中间的主体部分.2 .下位机由带有串口扩展板的两个STM32单片机开发板构成，分为主控F4。5和从控Fio3,位于机械狗身体内部.3 .使用补充的3D连接固定件固定椒像头云台、开发板以及开发扳电源4 .摄像头云台连接一块ESP32下位机控制摄像头的移动,再通过USB犷展增将所有的线连接到开发板上，再使用Wif1.模块连接到开发板上.图1-1机械狗外观结构图1.2 功能与原理介绍图1-2功能原理图机械拘分为上位机即At1.as2OODKA2开发者套件板，下位机即STM32和ESP32单片机

4、，通过命令行以及手给语音等方式输入到机械狗上的各类传感器以及上位机上,在场景切换后进入到主函数，初始化各类硬件底层设备完成之后，就可以进入到各个场景对应的模块中进行信息拉取和推理进程了.以摄像头的为例，利用撮像头拉流到视频信息之后，输入到场景循环函数中，经过CV模型得到推理结果，再将后处理的结果回传到场景循环模块中，针对控制模块做动作下发，传递到STM32下位机上控制四足的运动，即可完成一个简单的流程.1.3 控制与运动部分机械物的运动控制部分的实现原理图如图13所示：图1-3机械狗运动控制原理图在上位机（开发者套件）上部署离线推理模型后，在上位机上根据推理结果生成对应的运动控制指令.指令下发

5、到STM32单片机上,由图口中断函数来进行串口数据传输的接收.在上位机端和STM32使用相同的校蛉码的生成和校鸵方式，如果串口处接收到是上位机发出的指令，则会进入到对应的中断函数中进行运动状态的改变，退作.在下位机（STM32）的初始化过程中：a.会开启多个任务序列，包括初始化电矶零点位置、陀螺仪初始化.显示屏显示、1.ED灯显示.蜂鸣初始化及串口发送数据初始化中断函数标记归位等操作。b.主赢在完整这些操作之后,进入获取控制端以及四足行动的部分，在收取到上位机发出的指令后，下位机进行解析，获取机器狗的姿态全局变量参数以及运动的两个方向的线速度和角速度.C.进入到机械佝的运动解析部分进行运算.解

6、析接下来的运动需中每一个机械艇的运动位置，以及八个电机需要转到的目标位置，并下发指令到从控的STM32,通过串口下发到电机处,其中的电机使用PID来编码，在整个姿态变化和运动的过程中，通过P1.D控制电机的目标位置和实际运动位翼误差以及自我U正误差.d.同时，为了&运动过程中机械狗摔倒，加入了陀蟠仪的运k,且可以在显示屏上显示实际数据.MPU605鸵券仪会计算平彷环的数值大小用来修正不同方向上的非水平位置变化,然后加入S1.J机械腿的运动控制中.得到了控制机蜘的目标位置后,可以通过机懒朋8包规划算法实现实时计笠机蜘机械能的运动位JS,使机檄）能够稳步前进以及完成其他动作.图1-4运动控制时序图

7、1S1-5运动控制时序图21.4循迹行走部分机械物的循迹行走部分的原理图如图1-6所示:困16机械狗循迹行走原理图此部分功能的实现原理与智能车相1以均基于偏移纠正模型和转向辅助模型。偏移纠正模型：通过回归计算左右两条引导线，计箕出两条引导线的中线，并与摄像头的底部求交点以及偏转角.理论角度偏转角为90时说明机械拘在引导线内直线行走，不会走出引导线.若偏转角是钝角或者锐角,贝蜕明机械狗需要依据实际的角度进行左转和右转的修正，如此循环就能终使机械狗在引导线内行走.转向辅助模型：识别转弯标识以及调头标识。为了避免摄像头抖动导致的问趣，判断的条件为：相邻的几帧均识别到相同的转弯标识才进行对应的动作.通

8、过两个模型的交替进行，再针对转向角和机械狗的速度做映射和微调,即可实现机械狗的循遂行功能.1.5锁定追踪部分机械狗的被定追踪部分的时序图如图1-7、图1-8和图19所示：图1-7机成狗锁定追踪时序图1图1-8机械狗锁定追鄢寸序图2图1-9机蝴锁定追踪时序图31-在启动主程序后，苜先进行嘏像头和共享内存的初始化，拉流后在运动控制器端初始化,获取STM32和ESP32的端口信息.2.其中，外设的连接端口号ttyUSB*中具体的号码是由拔插的先后J砺决定的，所以需要提前查询端口信息并返回到主程序中.而后在追踪任务的进程中初始化，再开启两个手势识别和人明颔I的模型进程，分别进行初始化,然后在控制端下位

9、机设羽轮机的角度，调整到方便机蝴追踪的角度，将识别锁定追踪目标的状态初始化为解锁,锁定计数归零.3,在拉流分发的进程中开启循环获取fram济放入共享内存中，然后再启动循环并开始并行的手势识别和人体识别的推理进程.此处使用两个消息队列来防止手势识别和人体识别出现异帧不同步的情况，将两个过程同步之后返回两个bboxes,分别是手势和人体的识别地存储数据，再利用如下公式来判断锁定的目标框：a.在出现比值大于。9的帧时，计数器值加1.在连续五帧都超过这个比值后，将锁定目标的F1.AG议为True,然后设M舵机的信息，进行目标的若在施锁定目标的状态下就需要锁定到该椎并目使用卡尔受谑波的方式进行目标推的匹

10、配,进而推算出要追第的目标，即使在有多人存在的场景仍然可以准确追踪到目标.b.在超过2。帧没有识别到目标之后以及出现解锁的手势超过5帧之后就会将机M狗的下位机中的运动F1.AG设定为停止，然后上位机上的解锁标志回归为解锁，并且下发动作，然后等待下一个锁定的手势出现，继续追除的目标.2样例组装2.1 准备组件2.2 组装步骤2.1 准备组件机械狗所SS配件如袤2所示：当前样例仅在UbUntUOS适配脸证过,未在OPenEU1.erOS适配贬证，推荐烧录镜像时，烧录UbUntUOS镜像.表2-1机械狗配件表名称散皿个是否需要单独购买规格开发者套件及电源三三1否Oft机械狗裸机1是裸机用像头两轴云台

11、1是两轴云台精简版广角撮像头模组1是门8。广角无聆变模组ESP32机器人开发板1是主板+Type-C数掴线384。Omah移动电源1是12V9V5V三输出单头六角铜住4。是M2.5*7+单头六角铜住40是M4*7+6名称数量/个是否需要单独购买规格防松囊母4。是M4防松寿母40是Ma.5圆头螺母40是M*S圆头螺母4。是M2.5*53D打印支挣板（下载文件后通过3。打印）6是唯一规格USB扩展坞1是单USB转4口USB3.0MicroUSB数据传5三1是一定要有数据传场功能，不可仅为充电线USBWiR模块1是-2.2 组装步骤步骤1首先将机破拘裸机平放在地面上，然后将3D打印好的三个支撑板用单

12、头六角铜住和防松爆母固定在机械狗的裸机上平面上，具体的位置如固1安装固定所示：图2-1安装固定从上到下依次为板像头承载板、开发板添栽板以及电池仓，按照图中的端丝与单头理柱位置固定即可.步骡2将电源放入到电池仓中，使用电池挡板固定，如图22所示：图2-2安装电源步骤3将开发者套件从底板上拆下并固定到3D打印出来的开发板承载板上，如图3图定开发麻标：图2-3固定开发板步骤4将两轴云台上原有的普通摄像头拆下,替换上无畸变的广角摄像头模组，再将云台安装摄像头承载板上，如图4安装广角摄像头模细标：图2-4安装广角板像头模组其中上半部分的舵机连接到ESP32上的26号接口，棕色线接地旅近5VT!,下半部分的陀机连接到ESP32上的25号接口，棕色线接地靠近5V一侧.步臊5总体的接线方式如图25所示：图2-5接线图步骤6将各个电源线连接好后，需要使用一根Mier。USB数据线连接到机蝴内部的主控F4。5一恻的Mi。USB端口，另一端连接到插到开发板上的USB扩展坞上，再将USBWifi模块播到开发板的USB接口上,将USB摄像头和ESP32接到USBr展坞上，即可完成接线.3运行环境准备3地IS绘制3-2配置无线WiE模块33配JEESP32开发板烧录软件34配mSTM32开发板烧录软件3.5获取代码3.1 地图绘制机械