前几天小米的铁蛋，又让四足机器人火了一把。9999一台，这个价钱还挺香的。众所周知，国内的大部分四足机器狗的涌出，都是因为2019年，MIT的猎豹开源，从硬件到软件。国内四足机器人的研发也就上了一个台阶，也包括小米的铁蛋也是基于mit的Cheetah Mini。

最近看了一下mit的机器狗开源的关节，看了一下12个关节到控制器的是如何通信的。
简单的画了个图：

模块通信

  1. 12个关节驱动器，只运行了FOC的算法，对于命令和信息上报使用了CAN通信
  2. 一条腿（三个关节）为一路CAN，与SPIne进行通信，一个SPIne模块负责两条腿的CAN通信，并使用SPI和电脑信息交换。
  3. IMU用的是串口通信。
  4. 每个STM32还有独立串口通信，用于模块的设置与debug。

模块通信速率：

  1. 每路CAN的通信配置是1M。SPIne用两个STM32是因为带宽不够, 每个STM32有两路CAN， 每一路负责三个电机的通讯才达到1000Hz, 若一路负责两条腿六个电机，就达不到。
  2. SPIne 和电脑SPI通信的时钟为12M，通信频率为1000hz

通信数据：

can格式每帧数据8个byte。
SPIne->关节 指令内容(8字节)：

  • 位置指令: 16bit
  • 速度指令: 12bit
  • kp: 12bit
  • kd: 12bit
  • 前馈转矩: 12bit

关节->SPIne 上报内容(5字节)：

  • 位置信息: 16bit
  • 速度信息: 12bit
  • 电流(力矩): 12bit

PC->SPIne 指令内容(132字节)：
一共是33个数据。6个关节的位置指令、速度指令、kp、kd、前馈转矩、两个flag和一个校验。

SPIne->PC 上报内容(60字节)：
一共是15个数据,6个关节的位置和速度,两个flag,和一个校验.

mbedOS

mit狗的硬件的代码量都很小，像SPIne模块，基本只有数据的交互的处理。对于硬件驱动代码等等的，全靠mbedOS。

mbedOS是ARM打造、主打IoT的一整套软件解决方案，是一个针对ARM CortexM系列处理器的嵌入式开源生态。
官网：https://os.mbed.com/mbed-os/

感觉国内使用的很少，网上搜了一下，可能是因为没有中文网站，在线编译服务器在美国，云服务在在国外，推广力度小等原因。不过MbedOS编写的应用程序和arduino 一样简单，使用的是c++的面向对象，去抽象软硬件。

比如在SPIne模块中初始化spi：

void init_spi(void){
    SPISlave *spi = new SPISlave(PA_7, PA_6, PA_5, PA_4);
    spi->format(16, 0);         //　16bit
    spi->frequency(12000000);　 // 12M
    spi->reply(0x0);
    cs.fall(&spi_isr);
    printf("done\n\r");
}

网上看见的一个CAN 总线的应用程序：

#include "mbed.h"
 
DigitalOut myled(D8);
CAN can1(PD_0, PD_1,500000);
int main() {
     CANMessage msg;
    while(1) {
   if(can1.read(msg)) {
            printf("Message received:id=%d,type=%d,%d\n", msg.id,msg.type,msg.data[0]);
            myled = !myled;
    }
    }
}

mit开源资料
电机控制器硬件：https://github.com/bgkatz/3phase_integrated
电机控制器软件：https://os.mbed.com/users/benkatz/code/Hobbyking_Cheetah_Compact_DRV8323/
SPIne硬件：https://github.com/bgkatz/SPIne
SPIne软件：https://os.mbed.com/users/benkatz/code/SPIne/

linux控制代码 Cheetah Mini：
https://github.com/mit-biomimetics/Cheetah-Software

参考
https://blog.csdn.net/yaojiawan/article/details/82789970
https://zhuanlan.zhihu.com/p/79391139

被抛弃的写随笔公众号改写技术文章了，感兴趣的可以关注公众号：王崇卫