在2025年機(jī)器狗行業(yè)政策的大力推動下，四足仿生機(jī)器狗的研究與應(yīng)用迎來新的發(fā)展機(jī)遇。隨著科技的進(jìn)步和市場需求的增長，對四足仿生機(jī)器狗的運(yùn)動控制精度、穩(wěn)定性和適應(yīng)性提出了更高要求。本文聚焦于基于 STM32 的四足仿生機(jī)器狗行走步姿控制技術(shù)，深入探討其運(yùn)動結(jié)構(gòu)、控制電路及步姿控制方法，為該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供參考。

  一、四足仿生機(jī)器狗的運(yùn)動結(jié)構(gòu)設(shè)計

  《2025-2030年全球及中國機(jī)器狗行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，四足仿生機(jī)器狗采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，整體由 4 條腿和 1 個頭部構(gòu)成。每條腿包含 2 個關(guān)節(jié)，分別由 2 個伺服電機(jī)配合法蘭盤等結(jié)構(gòu)件連接組成，加上頭部，全體共配備 9 個伺服舵機(jī)。機(jī)器人的左右腿呈對稱結(jié)構(gòu)，前腿分布較后腿更寬，這種設(shè)計能夠增大腳掌爬行時與運(yùn)動平面的接觸面積，進(jìn)而增強(qiáng)抓地力，顯著提升機(jī)器狗整體的平衡性。在運(yùn)動過程中，各條腿的 2 號舵機(jī)協(xié)同工作，實現(xiàn)機(jī)器狗在整體上的移動;1 號舵機(jī)則負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)各動作時的姿勢，確保機(jī)器狗穩(wěn)定運(yùn)作。通過控制器協(xié)調(diào)各個舵機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動特定角度，并停定在預(yù)設(shè)位置，或者利用事先設(shè)置好的相應(yīng)姿勢，借助各姿勢的時間差將其兩兩相連，可形成一連串逼真的仿生動作。該四足機(jī)器狗的結(jié)構(gòu)能夠滿足自然界中大部分四足生物的各種爬行動作和姿態(tài)，為其在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

  二、四足仿生機(jī)器狗的控制電路架構(gòu)

  控制系統(tǒng)主要由主控電路、通信電路和電源電路三大核心部分組成。主控電路以 STM32F103VET6 為核心，它通過響應(yīng) PC 端和遙控端的信號，精準(zhǔn)控制機(jī)器人上的 9 個舵機(jī)工作。PC 端通過 USB 線連接到主控制器中的 USBRT 接口，進(jìn)行上位機(jī)操作產(chǎn)生代碼數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸至與 USBRT 相連接的 RS232 總線驅(qū)動和接收器 MAX3232 上，由其將 STM32 異步通信口的 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS232 電平，實現(xiàn) PC 端與主控制器之間的通訊。遙控端采用 2.4GHz 頻段的無線通信方式與控制板連接，用戶可通過上位機(jī)自定義遙控手柄按鍵的功能，從而實現(xiàn)對機(jī)器狗的靈活控制。電源部分為機(jī)器狗各部分運(yùn)作提供所需能量，考慮到電流波動可能導(dǎo)致機(jī)器狗運(yùn)行不穩(wěn)定，控制系統(tǒng)和舵機(jī)驅(qū)動采用分立供電方式。機(jī)器狗使用的舵機(jī)是 ToWerPro MG996R 大扭力舵機(jī)，工作電壓范圍在 4.8~6.6V;STM32 芯片工作電壓范圍在 2.0~3.6V。外電路部分使用 AMS1117-3.3 降壓穩(wěn)壓器模塊，為芯片工作提供 3.3V 的穩(wěn)定電源，整個機(jī)器人由一個 7.4V 的航模電池作為供電電源。

  三、四足仿生機(jī)器狗的行走步姿控制策略

  機(jī)器狗的步姿控制分為單步姿設(shè)計和多步姿組合兩個關(guān)鍵步驟。利用 STM32 上位機(jī)可對機(jī)器狗的 9 個舵機(jī)進(jìn)行分別控制，該上位機(jī)最多可對 32 個舵機(jī)進(jìn)行控制，完全滿足本文中 9 個舵機(jī)的控制需求。上位機(jī)模擬舵機(jī)分布圖，每個舵機(jī)控制面板內(nèi)設(shè)有拉條，每一個拉條控制對應(yīng)輸出端上的舵機(jī)在 120 度內(nèi)轉(zhuǎn)動，往左拉舵機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)，往右拉舵機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)，每拉動一格舵機(jī)拉條，舵機(jī)便轉(zhuǎn)動一個固定角度，也可通過輸入值來精確控制舵機(jī)角度。以五號舵機(jī)為例，利用軟件的儲存功能，可對機(jī)器狗一個動作中每一個姿態(tài)的九個舵機(jī)的不同角度進(jìn)行存儲，從而完成機(jī)器狗單步姿的設(shè)計。再將每個不同姿態(tài)的舵機(jī)位串聯(lián)在一起，就能實現(xiàn)機(jī)器狗的多步姿組合，使其能夠按照預(yù)設(shè)的動作序列完成一系列連貫的運(yùn)動。

  綜上所述，在2025年機(jī)器狗行業(yè)政策的引導(dǎo)下，本文所研究的基于 STM32 的四足仿生機(jī)器狗，能夠在地面正常爬行并按照自編排的姿態(tài)完成一系列連貫動作，運(yùn)動過程中穩(wěn)定性較好，芯片對各舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的控制也較為精準(zhǔn)。該四足仿生機(jī)器狗具有外設(shè)擴(kuò)展功能強(qiáng)大、體積小等優(yōu)點。未來，可進(jìn)一步改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，優(yōu)化程序設(shè)計，以提升機(jī)器狗在更多復(fù)雜場景中的適應(yīng)性和工作性能，推動四足仿生機(jī)器狗在工業(yè)、服務(wù)、科研等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

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