Zaawansowany, czteronożny robot kroczący zaprojektowany od zera (CAD 3D) i oprogramowany w języku C++. Projekt demonstruje praktyczne zastosowanie kinematyki odwrotnej (IK), systemów czasu rzeczywistego (FreeRTOS) oraz aktywnej stabilizacji z wykorzystaniem fuzji danych z czujników (IMU).
🎥
GIF. 1: Demonstracja chodu robota w czasie rzeczywistym.
To nie jest standardowy projekt typu "wgraj gotowca". Cały system ruchu i logiki został zaprojektowany z myślą o płynności, wydajności i stabilności:
- Zaimplementowano w pełni autorski model matematyczny (klasa
IK) obliczający pozycje kątowe stawów na podstawie pożądanych współrzędnych XYZ stopy (3 stopnie swobody na nogę). - System pozwala na niezależną translację całego korpusu (X, Y, Z) oraz rotację Roll, Pitch, Yaw bez utraty przyczepności stóp.
Aby uniknąć opóźnień (jittera) na serwomechanizmach i zapewnić płynną komunikację Bluetooth, system wykorzystuje oba rdzenie mikrokontrolera ESP32:
- Core 1 (Główna pętla): Obsługuje obliczenia trygonometryczne IK, odczyt IMU oraz sterowanie sprzętowymi timerami PWM dla 12 serw.
- Core 0 (Service Task): Przypisany do obsługi stosu Bluetooth (Bluepad32), parsowania danych z kontrolera PS4 oraz generowania wektorów chodu w klasie
Gait2.
Klasa Gait2 odpowiada za generowanie trajektorii ruchu:
- Filtry LPF (Low-Pass Filter): Wejścia z kontrolera są filtrowane, co zapobiega gwałtownym szarpnięciom konstrukcji podczas startu i hamowania.
- Zmienna częstotliwość i wysokość kroku: Parametry chodu adaptują się dynamicznie na podstawie zadanej prędkości liniowej (w przedziale 1.5Hz – 3.0Hz).
- Trajektoria sinusoidalna: Faza przenoszenia nogi (swing) wykorzystuje funkcję trygonometryczną do płynnego podnoszenia i opuszczania stopy.
- Wykorzystanie czujnika MPU6050 do kompensacji pochylenia terenu.
- Zaimplementowano programowe filtry dolnoprzepustowe (Low-Pass Filter) na odczytach kątów z żyroskopu/akcelerometru.
- Delayed Offset Calibration: Robot wykonuje samokalibrację "zera" dopiero po fizycznym wstaniu i odczekaniu 1.5 sekundy na stabilizację serw.
Hardware:
- Mikrokontroler: ESP32 (Wi-Fi/Bluetooth SoC)
- Czujnik: MPU6050 (Akcelerometr + Żyroskop po I2C)
- Serwomechanizmy: 12x (obsługa za pomocą sprzętowych przerwań - ESP32_ISR_Servo)
- Kontroler: PlayStation 4 DualShock (Bluetooth HID)
Software & Narzędzia:
- Język: C/C++ * Środowisko: Oparte o rdzeń Arduino z integracją FreeRTOS
- Biblioteki:
Bluepad32(stos BT),MPU6050_light, autorskie biblioteki matematyczne. - Modelowanie 3D: Autodesk Fusion 360 (Customowe części)
- Produkcja: Druk 3D (FDM)
- Zasilanie: Włącz główne zasilanie robota (uwaga na piki prądowe przy starcie 12 serw). Robot automatycznie przejdzie w stan nasłuchiwania.
- Parowanie Bluetooth: Na kontrolerze PS4 naciśnij i przytrzymaj jednocześnie przyciski PS + SHARE aż dioda zacznie szybko migać na biało.
- Inicjalizacja: ESP32 przechwyci adres MAC kontrolera, połączy się i zainicjuje sekwencję wstawania (Stand-up sequence).
- Kalibracja: Nie ruszaj robota przez 1.5 sekundy! Trwa inicjalizacja poziomu referencyjnego (Zero-level) dla czujnika MPU. Dioda kontrolera zmieni kolor na zielony.
- Sterowanie: Robot jest gotowy do akcji! Lewa gałka: ruch poziomy. Prawa gałka: obroty i pochylenia.
Projekt podzielony jest modułowo dla łatwego utrzymania i rozwoju:
/libs/IK- Klasy i struktury definiujące nogi, punkty w przestrzeni 3D oraz logikę rozwiązywania kinematyki odwrotnej./libs/Gait- Generator trajektorii (algorytmy chodu)./headers- Pliki konfiguracyjne pinów, stałych robota i stref martwych kontrolera.main.ino- Główny szkielet programu i inicjalizacja zadań (Tasks).
Autor: [Mikołaj Papierski / mikolaj.papierski20@gmail.com]