16|电子制作2023年3月电子电路设计与方案0引言随着科学技术的不断进步，机器人技术得到了快速的发展，机器人不仅促进了人类劳动的发展，而且为人类科学史作出了巨大的贡献。机器人技术被认为是对未来新兴产业发展具有重要意义的高技术之一[1]。仿生机器人是机器人研究的重要领域[2]，在反恐防暴、探索太空、抢险救灾等不适合由人来承担任务的环境中，仿生机器人有着良好的应用前景[3]。作为仿生机器人的典型代表，四足爬行机器人步态多样，运动灵活，对未知复杂的地形具有极强的适应性。在这样的背景下，本文设计了一种以ESP32为主控的四足爬行机器人。1步态规划与运动学分析本文设计的机器人共有四条腿，每条腿的根关节、髋关节和膝关节都有一个大扭力数字舵机，一共需要12个舵机。■1.1步态规划步态是足式机器人的各腿之间运动的规律，步态规划，顾名思义为机器人六条腿的运动次序[6]。在自然界中，昆虫纲的动物一般拥有六条腿，像蚂蚁、甲虫、蝉等，这些动物在爬行时并不是六足同时前进，而是前右腿、中左腿和后右腿为一组，剩下的三条腿为一组，这两组腿分别组成两个三角形支架，前进的过程中两组腿交替运动，这种步态称为三角步态[7]。自然界中也有大量的四条腿的动物，四条腿能让它们不需要任何控制或调整就能够保持直立，即可以保持静态稳定。本文设计的四足机器人，静止的情况下，处于静态稳定状态，移动时，机器人每次迈步只用一条腿，同一时刻至少有三条腿在地上支撑，并且重心投影点保持在这三条支撑腿形成的三角形内。如图1所示，以机器人重心为坐标原点O建立坐标系，A、B、C为某一时刻在地上支撑的三条腿的足尖，d1、d2、d3为机器人重心投影点到支撑足尖围成的三角形各边的距离，以d1为例，已知A(x1,y1)，B(x2,y2)两点坐标可求直线AB的两点式方程：112121xxyyxxyy−−=−−重心A(x1,y1)B(x2,y2)C(x3,y3)D(x4,y4)Od1d2d3XY图1稳定裕度计算化成一般式：()()211221120yyxxxyxyxy−+−+−=根据点到距离的公式可以求原点O到直线AB的距离d1:()()21121221212xyxydxxyy−=−+−机器人爬行过程中的稳定裕度为d1、d2、d3中的最小值，显然重心投影点距离三角形各边越远，稳定裕度越大，即机器人越稳定。只要机器人在爬行过程中，重心投影点一直在支撑三角形范围内，那么机器人爬行过程中是静态稳定的[8]。图2展示了一种方案[9]，机器人在爬行过程中，始终符合上述条件。起始时，腿1和腿4分别相对身体向外伸出，腿2和腿3相对身体向内靠拢；腿2向前...
