一、项目背景

随着机器人技术的不断发展，仿生机器人因其出色的灵活性和适应性，逐渐成为机器人领域的研究热点。四足机器人能够在复杂地形上行走、奔跑和爬行，具有广泛的应用前景，如家庭服务、工业巡检、救援任务等。本项目旨在开发一款高性能的仿生四足机器狗，结合先进的控制技术、机械设计和电子系统，实现其在三维空间中的自由运动。

二、项目目标

1. 硬件设计：开发一套基于高性能计算机和微控制器的硬件平台，包括动力系统、控制系统、电源管理和通信系统。

2. 功能实现：实现机器狗的基本运动功能（前进、后退、左转、右转、跳跃等）和仿生步态，支持通过外部设备（如激光雷达和深度相机）进行环境感知。

3. 软件开发：编写适用于该硬件平台的控制软件，包括运动控制算法、通信协议、物联网集成等。

4. 机械设计：设计一套稳定的机械结构，采用铝合金材料进行CNC加工，确保机器狗的结构强度和耐用性。

、项目意义

1. 教育意义：为高校和培训机构提供一个高性能的四足机器人实验平台，帮助学生和爱好者学习机器人技术、嵌入式系统开发和机械设计。

2. 技术探索：通过开发高性能四足机器人，探索机器人运动控制、嵌入式系统设计和机械设计的结合，为后续更复杂机器人的开发积累经验。

3. 应用拓展：四足机器人具有良好的地形适应性和灵活性，可应用于家庭服务、工业巡检、救援任务等领域，具有广阔的应用前景。

四、项目功能

1. 动力系统：

每条腿配备三个伺服无刷电机，确保腿部在三维空间中的灵活运动。

膝关节电机通过同步带传动设计，减少运动过程中的能量损耗。

2. 控制系统：

上位机：使用NVIDIA Orin NX高性能计算机，支持高算力应用。

下位机：由两颗STM32H7单片机组成，分别通过SPI与上位机通信，解析指令并控制电机。

3. 电源管理：

实现24V-19V、19V-5V和5V-3.3V的三路Buck开关降压稳压电路，带载纹波均在30mV以内。

4. 通信系统：

四根CAN总线实现1Mbps的通信速率，SPI总线支持16Mbps的速度，确保数据传输的高效稳定。

5. 软件系统：

上位机实现底层SPI发送程序和步态规划程序，同时开发了小米电机驱动库，支持通过ROS或C++进行控制。

物联网集成：通过MQTT协议，将机器狗的传感器数据上传至物联网平台，并在Web端进行可视化显示，增强用户体验。

6. 机械设计：

共设计79个零部件和276个螺栓孔位，经过百余次3D打印验证，确保设计的可行性与稳定性。

最终采用CNC加工的铝合金零件进行组装，提升机器狗的结构强度与耐用性。

五、硬件设计

1. 动力系统：

每条腿配备三个伺服无刷电机，确保腿部在三维空间中的灵活运动。

膝关节电机通过同步带传动设计，减少运动过程中的能量损耗。

2. 控制系统：

上位机：使用NVIDIA Orin NX高性能计算机，支持高算力应用。

下位机：由两颗STM32H7单片机组成，分别通过SPI与上位机通信，解析指令并控制电机。

3. 电源管理：

实现24V-19V、19V-5V和5V-3.3V的三路Buck开关降压稳压电路，带载纹波均在30mV以内。

4. 通信系统：

四根CAN总线实现1Mbps的通信速率，SPI总线支持16Mbps的速度，确保数据传输的高效稳定。

六、软件设计

1. 控制程序：

上位机实现底层SPI发送程序和步态规划程序，同时开发了小米电机驱动库，支持通过ROS或C++进行控制。

2. 物联网集成：

通过MQTT协议，将机器狗的传感器数据上传至物联网平台，并在Web端进行可视化显示，增强用户体验。