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前言
一、设计目的：
1.1 设计背景
1.2 设计意义
1.3 设计功能
二、硬件部分
2.1 sg90舵机（8个）
2.2 stm32f103c8t6（1个）
2.3 OLED显示屏（1个）
2.4 HC-05蓝牙模块（1个）
2.5 3D打印
三、软件部分
四、电路接线设计
4.1 电源输入：
4.2 舵机电源：
4.3 控制信号接线
4.4 数据传输接线：
4.5HC-05蓝牙模块：
4.6原理图
五、设计实现
5.1 设计效果
5.2 实现功能：
5.3 设计优化
五、 尾言
附件详细说明：
总文件夹：
源代码：
原理图：
功能介绍报告：
资源链接：DIY&课设&项目&萌宠-基于stm32四足跳舞机器人设计.zip_cursor官网资源-CSDN文库
基于stm32四足跳舞机器人设计
前言
这个项目听起来很有趣！在基于STM32的蓝牙控制四足机器人中，你需要关注多个方面。首先是了解STM32的GPIO配置，以控制机器人的电机。在Keil5中使用标准库函数，可以帮助你快速设置外围设备。接下来是蓝牙模块的配置和通信协议的处理，以确保机器人能够接收移动、转向和舞蹈的指令。定时器的使用也很关键，它用于产生精确的PWM信号来驱动电机。此外，合理的电源管理和电流控制是保证机器人稳定运行的重要部分。通过这个项目，你将能更深入地理解嵌入式系统中的硬件控制和软件编程。希望这个总结项目能够增强你的动手能力和逻辑思维，为更深入的学习打下坚实的基础！
一、设计目的：
1.1 设计背景
四足机器人项目是初学者学习嵌入式系统和STM32的理想选择，因为它涵盖了机械结构设计、编程和控制算法等多个领域。STM32系列单片机因其高性能、丰富的外设接口和强大的处理能力，使得它在四足机器人的控制系统中广受欢迎。四足机器人具有出色的机动性和适应性，成为机器人研究的热点之一，尤其在复杂环境侦查和搜索救援等领域有着巨大的潜在应用价值。设计和实现四足机器人涉及多个关键方面，首先是机械结构的设计，需要确保机器人的稳定性和灵活性，其次是编程，通过利用STM32的外设接口实现多种传感器数据的采集和电机控制。控制算法则是其中的核心，通常包括步态规划、平衡控制和路径规划等，确保机器人的平稳运动和环境适应能力。作为开源项目，开发四足机器人不仅能够帮助学习者掌握嵌入式系统的基本原理，还能探索其在实际应用场景中的可能性。通过不断的实验和优化，四足机器人可以在更复杂的环境中完成侦查和救援任务，其研究与开发具有重要的现实意义和应用前景。
1.2 设计意义
STM32四足机器人作为STM32微控制器技术能力的展示，通过桌宠的动态表现，能直观地体现STM32的实时处理能力和控制精度。这种机器人不仅是展示技术的工具，还可以用作学习和教育的利器，帮助学生或初学者深入理解STM32的编程和硬件接口，从而提高学习的兴趣。机器人桌宠的设计激发创意思维，通过编程实现多种动作和表情，增加互动性和趣味性，并将艺术设计与科技结合，创造出兼具观赏性和科技感的作品。此外，STM32四足机器人桌宠可以扮演情感陪伴的角色，通过互动为用户提供愉悦和放松的体验。在市场推广方面，STM32四足机器人桌宠有助于吸引潜在客户的关注，成为STM32及相关产品的推广工具。其开发还推动了机器人学、人工智能、传感器技术等领域的研究，探索新的应用场景。用户可以根据个人喜好定制桌宠的外观和行为，实现个性化体验。这种桌宠的设计和制作促进了技术社区的交流和分享，形成良好的技术氛围。同时，STM32四足机器人桌宠作为一种新型电子产品，具有潜在商业价值，具备开发成商品进行销售的潜力。
1.3 设计功能
这个四足桌宠机器人项目的核心在于STM32F103C6T6微控制器，它是整个系统的中枢，负责所有控制和数据处理任务。通过编程，微控制器能精准地协调机器人各部分的动作与信息传递。为了实现四足机器人的运动，项目中使用了SG90舵机，这些舵机安装在每条腿的关节处，能够精确地控制腿部的弯曲与伸展动作，从而实现机器人灵活的行走、跳跃和转向。显示部分则通过一个0.96英寸的OLED屏幕来完成，它用于展示机器人的状态信息和互动界面，使得用户可以更直观地了解机器人的运行状况及与其互动。这个屏幕不仅显示文字和图形，还能呈现机器人的各种表情，增加了趣味性。为了方便用户控制设备的电源状态，系统还设计了一个拨动开关，用户可以方便地通过此开关快速开启或关闭整个系统。所有这些组件共同工作，使得四足桌宠机器人能够提供丰富多样的互动功能，为用户带来有趣的体验。
二、硬件部分
2.1 sg90舵机（8个）
在这个系统中，控制信号通过接收机的通道进入信号调制芯片，从而获得直流偏置电压。该调制芯片内部包含一个基准电路，能够生成一个周期为20ms、脉宽为1.5ms的基准信号。此基准信号用于与电位器的电压进行比较，以获得电压差输出。电压差的正负通过电机驱动芯片来决定电机的正反转方向。当电机达到稳定转速时，级联减速齿轮会带动电位器旋转，直到电压差为0，此时电机停止转动。该系统通过八路PWM输出来控制八个SG90舵机，实现不同的动作。PWM信号的周期和脉宽可以调整，以精确控制每个舵机的位置和动作，确保系统的高效性和灵活性。
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舵机是机械动作的核心，它们能够精确控制机器人的移动。通过编程，我们可以让它们执行各种动作，如前进、后退、转向等，为机器人增添生动的互动性。舵机通常由一个电机和一个反馈控制系统组成，它们能够根据输入信号调整位置和速度，从而实现精确的运动控制。这种精确性使得舵机在机器人、多足行走器、机械臂等应用中至关重要。通过结合传感器和编程，舵机可以进行复杂动作的协调，从而使机器人在各种环境下自如运作，增强其实用性和灵活性。
2.2 stm32f103c8t6（1个）
使用STM32F103C8T6可实现灵活的嵌入式系统开发。首先，处理器基于Cortex-M3内核，最高可达72MHz的工作频率，提供充足的计算能力。该芯片拥有64KB闪存和20KB SRAM，适合中小型项目使用。丰富的外设接口，如USART、SPI、I2C、CAN和USB，使其在通信方面表现突出。多达37个GPIO引脚，灵活配置为数字输入、输出、模拟输入或PWM输出，方便各类传感器和执行器的连接。内部集成的12位ADC和DAC，支持高精度模拟信号处理。另外，芯片支持多种低功耗模式，适合电池供电的应用场景。同时，支持JTAG/SWD调试接口，便于开发和测试。结合强大的STM32开发生态，包括库和工具链，开发者可以快速上手并实现项目需求。
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STM32F103C8T6核心板在整个项目中扮演着关键角色，它是处理所有逻辑和控制任务的“大脑”。该核心板以其亲民的价格和卓越的性能而闻名，能够为机器人项目提供足够的计算能力和灵活性。这使得各种创意功能的实现成为可能，并确保机器人的稳定运行。STM32F103C8T6具备丰富的外设接口和低功耗特性，进一步提升了其在复杂电子项目中的应用价值。无论是用于简单的传感器数据处理还是复杂的运动控制，这块核心板都能以高效、稳定的方式完成任务，从而成为项目开发中不可或缺的部分。
2.3 OLED显示屏（1个）
使用0.96寸OLED模块和蓝牙遥控器，你可以实现一个非常有趣的项目。当机器人执行不同动作时，OLED可以显示相应表情。首先，确保你的OLED模块与单片机正确连接并能够正常显示。接下来，配置蓝牙模块，以便通过手机或其他设备发送指令。编写程序时，可以设置不同的蓝牙指令来触发机器人的不同动作，并对应在OLED上显示预设的表情图案。这些表情可以预先存储在单片机的内存中，并根据动作的变化进行切换。例如，当机器人前进时，显示微笑表情；后退时显示困惑表情；转弯时可显示惊讶表情。通过这样的设计，不仅让机器人更加生动有趣，还可以通过简单的手机操控，轻松实现丰富的交互体验。
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OLED模块作为机器人的脸部显示屏，可以展示丰富多样的表情，从而增强与观众的互动性。机器人的表情变化能够传达情感和意图，使观众更容易理解机器人的状态和反应。通过微笑、眨眼、疑惑等表情，机器人可以模拟人类的情感交流，这不仅增加了机器人的亲和力，还能使观众产生情感共鸣，从而缩短人与机器之间的心理距离。这一互动性有助于在人机交互中建立信任和亲密感，使机器人在教育、娱乐、服务等领域的应用更加自然和有效。此外，OLED显示屏以其高对比度和丰富色彩，能够精准地呈现细腻的表情变化，大大提升了机器人的表现力和吸引力。
2.4 HC-05蓝牙模块（1个）
要配置HC-05蓝牙模块，首先需要让其进入配置模式。具体步骤是：按住模块上的小按钮，然后给模块上电。此时，模块上的LED会慢速闪烁，指示已进入配置模式。在该模式下，默认波特率为38400。
接下来，用USB转TTL连接HC-05，使用串口调试助手发送AT指令进行配置。例如，可以使用“AT”检查连接状态，返回“OK”表示正常连接。使用“AT+NAME?”查询设备名，“AT+NAME=NewName”可以更改设备名。“AT+PIN?”查询当前配对码，“AT+PIN=1234”可以更改配对码。
完成AT指令配置后，你可以利用软件连接HC-05模块。连接成功后，可以对设备进行控制和操作。例如，通过蓝牙连接机器人，实现移动、转向等功能。注意：选择合适的软件和确保设备在有效连接范围内以确保通信稳定。
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HC-05蓝牙模块是控制四足桌宠机器人的核心组件它通过蓝牙连接实现与外部设备的通信从而发送控制信号给舵机HC-05模块的主要功能是接收来自蓝牙操控软件的指令这些指令将转换为具体的动作指令传递给舵机驱动电路进而实现机器人腿部动作的精准控制通过蓝牙模块用户可以在一定范围内无线操控机器人不仅方便还提升了交互性和趣味性HC-05模块的使用使得四足桌宠机器人具备了智能化和远程控制的可能性
2.5 3D打印
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三、软件部分
在使用Keil5 MDK进行编写时，我们通常会涉及到多个方面的控制和状态管理。对于舵机的控制，我们可以使用两个定时器来输出8路PWM波，这样能够精确地控制舵机的旋转角度和速度。对于状态切换，我们通常在while循环内通过对串口接收寄存器的不断扫描进行处理，并使用switch语句进行选择。这种方法可以高效地实现不同状态下的功能扩展和响应。通过这种组织方式，我们可以在嵌入式系统中实现灵活的功能控制。
while(1){if(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx_2,USART_FLAG_RXNE) != RESET){state = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx_2);Usart_SendByte(DEBUG_USARTx_1, state);}//机器人的动作通过扫描串口的值进行选择进入//蓝牙主机设置为：按下发送01、02、03...，松手发送00switch(state){case 0://暂停状态break;case 1://前进Servo_Advance();break;case 2://右转Servo_RightTurn();break;case 3://左转Servo_LeftTurn();break;case 4://后退Servo_Retreat();break;case 5://特殊姿势1，左右摆动Servo_Pose_1();break;case 6://站立Servo_Stand();break;case 7://趴下Servo_Fall();break;case 8://复位姿态Servo_Reset();break;default:printf("无任何状态指示！\r\n");break;}在这个步态算法中，使用第三个定时器进行计时，每次选择当前动作时，有一个变量负责计数，将一个动作拆解成几个时间段分开执行。以“前进”动作为例：
时间段1~250毫秒：机械脚右上和机械脚左下抬起并向前移动，而机械脚右下和机械脚左上首次保持不动，但实际上是在进行向后的准备动作。
时间段250~350毫秒：机械脚右上和机械脚左下落地，此时机械脚右下和机械脚左上保持不动。
时间段350~600毫秒：机械脚右上和机械脚左下开始向后移动，而机械脚右下和机械脚左上抬起并向前移动准备下一步动作。
时间段600~700毫秒：机械脚右下和机械脚左上落地，机械脚右上和机械脚左下保持不动。
时间段大于700毫秒时：计时变量被清零，准备重新开始循环这个动作。若继续选择前进动作（按住不放），则动作会持续循环，确保步态的连续性和稳定性。
这样设计的步态保证了每个机械脚在不同时间段内执行协调的动作，从而实现平滑的运动。
| 时间段 (ms) | 机械脚_右上 | 机械脚_右下 | 机械脚_左下 | 机械脚_左上 |
|---|---|---|---|---|
| 1~250 | 抬起并向前 | 向后（首次不动） | 抬起并向前 | 向后（首次不动） |
| 250~350 | 落地 | - | 落地 | - |
| 350~600 | 向后 | 抬起并向前 | 向后 | 抬起并向前 |
| 600~700 | - | 落地 | - | 落地 |
| >700 | 计时变量清零 | - | - | - |
/*** @brief 前进状态函数，通过扫描当前计数值进行每一个动作，数字代表多少毫秒* @param 无* @retval 无*/void Servo_Advance(void){if(State_1_Time >= 1 && State_1_Time < 250){TIM_SetCompare1(GENERAL_TIM_2, TIME_DIRECTION_ADVANCE_1);if(TIM_GetCapture2(GENERAL_TIM_2) == TIME_DIRECTION_ADVANCE_2){TIM_SetCompare2(GENERAL_TIM_2, TIME_DIRECTION_RETREAT_2);}TIM_SetCompare3(GENERAL_TIM_2, TIME_DIRECTION_ADVANCE_3);if(TIM_GetCapture4(GENERAL_TIM_2) == TIME_DIRECTION_ADVANCE_4){TIM_SetCompare4(GENERAL_TIM_2, TIME_DIRECTION_RETREAT_4);}TIM_SetCompare1(GENERAL_TIM_1, TIME_HEIGHT_RAISE_1);TIM_SetCompare3(GENERAL_TIM_1, TIME_HEIGHT_RAISE_3);}else if(State_1_Time >= 250 && State_1_Time < 350){TIM_SetCompare1(GENERAL_TIM_1, TIME_HEIGHT_RESET_1);TIM_SetCompare3(GENERAL_TIM_1, TIME_HEIGHT_RESET_3);}else if(State_1_Time >= 350 && State_1_Time < 600){TIM_SetCompare1(GENERAL_TIM_2, TIME_DIRECTION_RETREAT_1);TIM_SetCompare2(GENERAL_TIM_2, TIME_DIRECTION_ADVANCE_2);TIM_SetCompare3(GENERAL_TIM_2, TIME_DIRECTION_RETREAT_3);TIM_SetCompare4(GENERAL_TIM_2, TIME_DIRECTION_ADVANCE_4);TIM_SetCompare2(GENERAL_TIM_1, TIME_HEIGHT_RAISE_2);TIM_SetCompare4(GENERAL_TIM_1, TIME_HEIGHT_RAISE_4);}else if(State_1_Time >= 600 && State_1_Time < 700){TIM_SetCompare2(GENERAL_TIM_1, TIME_HEIGHT_RESET_2);TIM_SetCompare4(GENERAL_TIM_1, TIME_HEIGHT_RESET_4);}else if(State_1_Time >= 700){State_1_Time = 0;}}
其他动作例如左右转向，后退等动作思路都很类似，这里不过多赘述
四、电路接线设计
4.1 电源输入：
使用外部5V电源适配器，通过电源插座连接到电路板上。
电源正极（VCC）连接到电路板的5V引脚。
电源负极（GND）连接到电路板的GND引脚。
4.2 舵机电源：
舵机的电源线（红色线）连接到电路板的5V引脚。
舵机的地线（棕色线）连接到电路板的GND引脚。
4.3 控制信号接线
舵机控制信号（背对电源开关方向，从左下角的腿部分开始，以逆时针方向）：
第一个SG90舵机的信号线（橙色线）连接到STM32F103C8T6的TIM2_CH1（PA0）引脚
第二个SG90舵机的信号线（橙色线）连接到STM32F103C8T6的TIM2_CH2（PA1）引脚。
第三个SG90舵机的信号线（橙色线）连接到STM32F103C8T6的TIM2_CH3（PA2）引脚
第四个SG90舵机的信号线（橙色线）连接到STM32F103C8T6的TIM2_CH4（PA3）引脚。
舵机控制信号（背对电源开关方向，从左下角固定在身体上开始，以逆时针方向）：
第一个SG90舵机的信号线（橙色线）连接到STM32F103C8T6的TIM3_CH1（PA6）引脚
第二个SG90舵机的信号线（橙色线）连接到STM32F103C8T6的TIM3_CH2（PA7）引脚。
第三个SG90舵机的信号线（橙色线）连接到STM32F103C8T6的TIM3_CH3（PB0）引脚
第四个SG90舵机的信号线（橙色线）连接到STM32F103C8T6的TIM3_CH4（PB1）引脚。
4.4 数据传输接线：
OLED屏幕：
OLED屏幕的VCC引脚连接到电路板的5V引脚。
OLED屏幕的GND引脚连接到电路板的GND引脚。
OLED屏幕的SCL引脚连接到STM32F103C6T6的I2C1_SCL（PB8）引脚。
OLED屏幕的SDA引脚连接到STM32F103C6T6的I2C1_SDA（PB9）引脚。
4.5HC-05蓝牙模块：
HC-05屏幕的VCC引脚连接到电路板的5V引脚。
HC-05屏幕的GND引脚连接到电路板的GND引脚。
HC-05屏幕的RX引脚连接到STM32F103C8T6的I2C1_SCL（PB10）引脚。
HC-05屏幕的TX引脚连接到STM32F103C8T6的I2C1_SDA（PB11）引脚。
4.6原理图
五、设计实现
（实际效果图如上所示，视频可观看）
这个基于STM32的四组桌宠机器人设计通过使用STM32F103C6T6微控制器、SG90舵机、0.96英寸OLED屏幕、hc-05蓝牙模块等组件，实现了多种有趣的互动功能。主要功能包括：通过蓝牙模块输入不同指令（‘1’-’7’）控制舵机进行不同的机械动作，如控制机器人前进，后退，跳舞等。利用OLED屏幕显示表情，增加互动性和视觉效果。设计了七种不同的机器人动作，尤其增设了跳舞和躺地上摆烂的动作，为用户带来多样化的娱乐体验。此外，增加的18650锂电池对环境无污染，也可以无限充电，确保了机器人的可持续性和节约环保性，节省能源。整体设计注重互动性和趣味性，同时考虑了设备的稳定性和耐用性。
5.1 设计效果
（实际效果图如上所示，视频可观看）
5.2 实现功能：
这个基于STM32的四组桌宠机器人设计通过使用STM32F103C6T6微控制器，SG90舵机，0.96英寸OLED屏幕，HC-05蓝牙模块等组件，实现了多种有趣的互动功能。STM32F103C6T6微控制器作为核心控制单元，负责处理数据和控制其他组件；SG90舵机用于实现机器人肢体的灵活运动；0.96英寸OLED屏幕显示表情和状态信息，为机器人增添个性；HC-05蓝牙模块使得机器人能够与智能手机等设备进行无线通信，实现远程控制和互动功能。通过这些组件的组合，机器人可以执行多种预设动作、显示不同状态，并与用户进行简单且有趣的互动。
主要功能包括：
通过蓝牙模块输入不同指令（‘1’-’7’）可以控制舵机实现不同的机械动作，如控制机器人前进、后退、跳舞等。为增加互动性和视觉效果，利用OLED屏幕可以显示各种表情。设计了七种不同的机器人动作，尤其增设了跳舞和躺地上摆烂的动作，为用户提供多样化的娱乐体验。增加的18650锂电池具有对环境无污染、可无限充电的特点，确保了机器人的可持续性和节约环保性，节省能源。整体设计强调互动性和趣味性，同时充分考虑了设备的稳定性和耐用性。
机械动作控制：
利用SG90舵机来控制机器人的机械动作，例如行走和后退。
显示界面：
当机器人走出不同动作时，使用0.96英寸OLED屏幕显示表情。表情的内容与机械动作相呼应。
电源和模式控制：
通过拨动开关，可以控制整个设备的电源。
多种走路姿势：
我设计了七种不同的走路姿势（输入不同的指令’1’到’7’），每种模式都有独特的动作和屏幕显示
例如：
1（站立（初始状态））： 机器人开始站立。
2（直走（前进））： 机器人开始向前行走。
3（后退）： 机器人开始向后后退。
4（左转）： 机器人开始左转。
5（右转）： 机器人开始右转。
6（躺下）： 机器人开始躺下，四肢伸直。
7（跳舞）： 机器人开始左右跳舞。
蓝牙遥控：
将手机与HC-05蓝牙模块连接，下载蓝牙模块器软件，在这个软件中通过蓝牙模块控制舵机从而控制机器人进行不同的动作。
5.3 设计优化
四足桌宠机器人的设计主要集中在娱乐和交互上，但如果想提升其实用性，可以考虑多个方面的优化。首先，通过更好的算法提升机器人在复杂环境中的稳定性及适应性，利用先进的传感器系统，如立体视觉或激光雷达，从而增强其在搜索救援、勘探以及军事等领域的应用潜力。此外，采用粒子群优化算法（PSO）对步态参数进行优化，可以有效提升机器人的运动速度、稳定性以及能量效率，同时提高其避障能力。为了让机器人在未知地形中表现更出色，引入探索性步态，让机器人通过IMU传感器和足端力传感器直接感知地形，增强其适应地形的能力。这些改进有助于提高四足机器人的适应性、稳定性和效率，拓宽其在各领域的应用前景。至于现有的四足桌宠机器人，可以通过添加ASR-PRO语音模块来增强交互性，实现对用户指令的语音识别和响应，提升用户体验。
五、 尾言
在本项目报告的总结中，我们深刻认识到了四足机器人设计和开发的全过程。从概念设计到实际制造，以及通过一系列测试验证其性能的阶段，我们的团队在这一过程中积累了宝贵的经验。我们成功地将控制算法和传感器技术集成到四足机器人平台，使其能够充当桌宠的角色。在项目过程中，我们认识到了在设计过程中不断迭代和测试的必要性。我们也意识到，尽管取得了一定的进展，仍有许多方面需要进一步改进。展望未来，我们计划开发更先进的人工智能算法，以提升机器人的自主性和学习能力。同时，我们将探索新材料和制造技术，以减轻机器人的重量并提高其耐用性。我们还计划扩大机器人的应用范围，包括灾难响应、环境监测和工业自动化。最后，随着技术的不断进步，我们相信四足机器人将在未来的机器人技术领域中扮演越来越重要的角色。我们期待着继续在这一激动人心的领域内进行探索和贡献。
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