自制DIY 机器狗完全教程

2024-06-22 08:24| 来源: 网络整理| 查看: 265

自制DIY 机器狗完全教程 - MIT猎豹Cheetah 背景结构设计模块化关节电机性能考虑关节结构四足平台设计腿部设计身体设计脚部设计硬件设计关节驱动器通信总线板供电系统控制系统人工智能

背景

3年前，MIT开源了世界上跑得最快最灵活的猎豹机器狗，自此以后，出现了大量商业化的机器狗，这里就不再一一介绍。只能说作为一个军方赞助的项目，能够开源，实属不易。好消息是，2个月前，MIT的一个专注于猎豹的人工智能项目开源，有了大脑的机器狗现在会更加灵活。让我们来看看，猎豹机器狗进化的程度。

MIT MIni 猎豹强化学习模型

MIT Mini 猎豹后空翻

结构设计模块化关节电机性能考虑

为了能够使得重达9.8公斤的机器狗可以灵活跑动，后空翻，对于关节电机的性能也有一定要求。每个关节电机的参数如下图，每条腿3个电机，4条腿，总共有12个电机，也就是我们通常所说的12自由度机器狗。

参数数量重量480克大小96 mm O.D, 40mm axial length最大扭矩17 N m连续扭矩6.9 N m最大转速40 rad/s @ 24V最大功率+250/-680 瓦电流4.5kHz @ 4.5 N m， 1.5kHz @ 17 N m 关节结构

模块化的关节电机，如下图。在这里插入图片描述

关节电机拆解后的机构。可以看到，为了增加扭矩，电机增加了行星齿轮组，并且电机驱动器也一并组装进电机盒。在这里插入图片描述另外搜集到一些3D打印资料已分享到群文件，可自行下载，Q 760101443

在这里插入图片描述

四足平台设计

猎豹机器狗的整体设计如下图，金属气息浓厚。在这里插入图片描述

腿部设计

腿部关节的设计。每条腿部有3个电机，3个电机全部位于上关节处，这是为了能够减轻下腿的重量，方便机器狗可以灵活跳动。在这里插入图片描述

下腿部使用皮带带动。在这里插入图片描述

身体设计

身体使用厚度为1.5mm的6061硬铝制作。在这里插入图片描述

身体内部装有总线驱动板和小电脑。在这里插入图片描述

脚部设计

脚部安装有橡胶球。在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

硬件设计

有2个总线通信板SPINE，每个SPINE负责与两条腿通信，每条腿有3个电机，每个电机都有一个关节驱动器。 SPINE与电脑连接，电脑中安装控制系统，原设计使用的是UP Board的小电脑，实际上我们可以使用树莓派4B或者Jetson Nano, Jetson TX2替代。在这里插入图片描述

关节驱动器

关节驱动器，使用FOC技术对电机进行控制。在这里插入图片描述

每个电机都需要1个驱动器，驱动器安装在每个电机的电机盒中。在这里插入图片描述

通信总线板

总线驱动板SPINE，总共需要2个SPINE，每个SPINE控制两条腿。在这里插入图片描述

供电系统

使用18650电池，组装成24V 5Ah的电池组。在这里插入图片描述

电源板，输出5V电压，供电给电机和控制板。在这里插入图片描述

MIT Mini 猎豹，相对于以前的版本和波士顿机器狗，成本都大幅下降，普通玩家基本可以接受。相关电路板，程序资料可以自行在群文件中下载 Q 760101443 在这里插入图片描述

控制系统

下载最新的控制系统源代码。

编译代码。

mkdir build cd build cmake .. ./../scripts/make_types.sh make -j4

安装并运行控制系统。

1. 创建文件夹 $ mkdir mc-build 2. 创建可执行程序 $ cd mc-build; cmake -DMINI_CHEETAH_BUILD=TRUE ..; make -j 3.接入网络，并且可以使用ssh进入机器狗的嵌入式系统电脑。 3. 把编译好的系统传输到机器狗 $ ../scripts/send_to_mini_cheetah.sh 4. 使用ssh登录机器狗 5. 进入系统文件夹 $ cd robot-software-.... 6. 运行控制程序 $ ./run_mc.sh 人工智能

以上，已经可以控制机器狗进行任何动作，不过如果想要机器狗能下楼梯，走不平的路，更加流畅的运动，就需要机器狗可以自我学习，不断进化。这就需要训练模型，给机器狗按上人工智能的大脑。首先，下载源代码。安装 pytorch 1.10 和 cuda-11.3

pip3 install torch==1.10.0+cu113 torchvision==0.11.1+cu113 torchaudio==0.10.0+cu113 -f https://download.pytorch.org/whl/cu113/torch_stable.html

安装 Isaac Gym

1. 下载并安装Isaac Gym Preview 3 地址 https://developer.nvidia.com/isaac-gym $ tar -xf IsaacGym_Preview_3_Package.tar.gz 2. 安装python包 $ cd isaacgym_lib/python && pip install -e .

安装系统

$ pip install -e .

训练模型

python scripts/train.py

评估模型

python scripts/play.py

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