今日推荐： 六足机器人(hexapod robot)控制板

项目参与人员：

功能要求

基于小脚丫FPGA板和树莓派设计六足机器人控制和驱动系统。

  • 摄像头采集
  • 避障
  • 手机遥控

性能要求

  • 运动流畅
  • 电源能够保障持续工作20分钟以上

项目方案

方案综述：

  • 1.控制电源模块：为Raspberry Pi、FPGA模块供电。
  • 2.执行电源模块：为驱动模块供电，能满足驱动模块的总电流要求。
  • 3.Raspberry Pi ：控制中心。接收上位机的控制信息，控制FPGA输出正确的PWM波形。
  • 4.FPGA:数据处理模块，控制驱动板。
  • 5.驱动模块：驱动18个舵机使六足协调运动。
  • 6.通讯：（模块间的通信协议）
    • Pi–FPGA：uart/I2C
    • Pi–PC：socket

购买清单：

关键元器件及参数：

  • 舵机:LDX-218

  • 自恢复电阻丝

实施计划：

第一阶段：实现六足机器人的各个模块连接
  • FPGA ：
    • PWM ：测试 PWM波形测试（1.波形周期 2.最小步进距离）
    • 确定与树莓派通信接口：Uart/I2C
    • 数据分析 ：通信数据格式
  • Pi：
    • Uart/I2C
    • 摄像头
  • 舵机：
    • 0点的确定
    • 特性
    • 驱动电流
    • 执行精度
  • 电源：
    • CKCY BUCK2+模块
  • 原理图：
    • 18路PWM产生模块
    • 18路舵机驱动模块
第二阶段:实现项目任务的一部分
  • FPGA：PWM+缓冲器或驱动器（做控制与驱动隔离）
  • 电源：根据CKCY BUCK2+电源模块，自己设计电源模块
  • 舵机：实现一条腿的控制
  • 制板
第三阶段:实现传感器任务
  • PI：加入摄像头和超声波功能
  • FPGA：通过I2C挂载传感器
  • 电源：根据LM2596电源模块，自己设计电源模块
  • 舵机：实现简单的移动
  • 制板
实体结构：

简单模块化设计

  • 模块设计

  • 安装方式

项目实施

原理图

Raspberry_Pi-FPGA转接板：sheet1.pdf

电机驱动板：drive.pdf

PCB制造设计

PCB图
Raspberry_Pi-FPGA转接板：

电机驱动板：

BOM表

  • BOM表 fpga_pi

  • BOM表 fpgadrive18pwm

PCB焊接、调试

  • 逐次增加舵机数量，调试18路舵机同时启动

  • 六足机器人直走演示：

  • 六足机器人打招呼：

FPGA连接和Verilog编程

  • FPGA连接图

  • 六足机器人实物连接图
  • Verilog编程

六足_单舵机_code.7z

六足_四态_code.7z

系统测试

  • 出现的问题：机器人走直线时，出现向右的偏差。
    • 问题解决：适当调节右边的前后舵机度数

项目报告

项目简要总结

项目完成情况

硬件方面

舵机选型

电池选型

舵机驱动板

  1. 原理图设计
  2. PCB设计、打板和焊接


Raspberry Pi与小脚丫FPGA扩展板

  1. 原理图设计
  2. PCB设计、打板和焊接

资源查找方面：

实现了两套控制系统

  1. 六足机器人的步态固化在FPGA内部，树莓派只需要发送简单的命令就可以控制六足机器人前进、原地转动。
  2. 树莓派通过控制协议，让小脚丫FPGA针对某一个舵机进行控制。
  3. 实现了树莓派摄像头的web访问。

现在存在的问题

  1. 电路板上的标注不够详细，对焊接和调试造成了困难。
  2. 两套软件需要对小脚丫FPGA重新烧写程序才能切换。
  3. 六足机器人的舵机线未作整理。
  4. 超声波模块未增加到系统中。

遗憾：

  1. FPGA锁相环如何使用
  2. IP核如何移植
  3. FPGA的内部结构
  4. 未能自己设计电源

#### 项目达到的指标

  • 系统工作20分钟
  • 摄像头web访问

参考文献

Diamond安装及调试
相关参考资料：

关于硬禾实战营研究生技能培训更多的实战项目信息，参见硬禾实战营研究生技能培训项目第一期