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2021年01月27日 | 买不起波士顿动力的Spot机器狗，不如打造属于自己的机械狗！
2021-01-27 来源：金翅创客
自从波士顿动力宣布开启Spot四足机器狗零售以来，很多机器人爱好者都经历了一些内心的波动。当看到开售新闻时，内心是这样的：我一定要买！但是当看到价格后，又是这样的：对不起，打扰了！
面对这款售价7．5万美元（折合人民币53万元）的机械狗，对于如此昂贵的机械狗，大多数热爱者都是望而却步，只有观望为数不多的买家晒的拆箱视频，心中羡慕之情肯定油然而生。But，不要灰心，不要气馁，一位外国小哥已经用树莓派纯手工打造了一只低配版的Spot机械狗，名为“Spot－micro”，这个机械狗采用廉价的元器件搭建出了具有相似风采的机械狗，其成本约为人民币4000元。是不是立刻想动手打造属于自己的机械狗了呢？现在跟着我一起动手吧！
Part 01
准备硬件材料
首先我们需要准备好搭建机械狗需要的所有硬件材料，经整理如下所示：
树莓派4B ×1
图1丨树莓派
机械结构3D打印件一套
图2丨3D打印件
SPT 5425LV舵机 ×12
图3丨舵机
F625ZZ轴承 ×8
图4丨轴承
舵机驱动板 ×2
图5丨舵机驱动板
MP2482 5V5A降压模块 ×1
图6丨降压模块
航模锂电池 ×2
图7丨 锂电池
螺丝螺母若干
…
除了以上这些硬件外，还需要配备装配硬件的工具，包括螺丝刀、热熔胶等等。以上硬件的之间的关系如下图所示：
图8丨硬件关系图
树莓派4B类似于机械狗的大脑，属于控制中枢，所有控制都由其发出，包括角度调整、舵机驱动信号等等；3D打印件就是整个机械狗的躯干，是搭建机械狗框架的基础，包括头部、尾部、身体、腿等部件；舵机属于机械狗的关节部位，利用舵机驱动板控制，通过轴承传递动力，驱动机械狗的腿部运动，从而完成行走运动；锂电池通过减压模块为树莓派和舵机等原器件供电。
Part 02
机械狗躯体搭建
下面和我一起完成机械狗的躯体搭建吧！
小腿组装
图9丨小腿部件
图10 安装小腿舵机
将舵机安装到小腿槽中，注意舵机的齿轮是与凹槽背面凸起的小圆柱相对，避免把舵机装反。安装完成后如图11所示，另外三条小腿按照同样方式安装。
图11丨完成小腿舵机安装
大腿组装
图12丨安装轴承
将轴承放入凹槽中，并在轴承与打印件的凹槽边缘涂上胶水，注意不要在轴承内部涂上胶水，否则轴承就无法使用了。
图13丨大腿组装
将图13中的打印件与之前组装好的小腿组装在一起。首先将大腿打印件连接到组装好的小腿部件上，确保舵机旋转的最大角度与大腿和小腿之间的最大弯曲相匹配，确保舵机的运动范围合理，同时需要注意舵机线需要穿过打印件内部的导线通道，避免外露。完成后如图14所示。
图14丨大小腿组装完成
接下来安装大腿的舵机，按照大腿上的凹槽安装即可，完成后如图15所示。
图15丨大腿舵机安装
完成后按照以上步骤安装另外三条腿，安装完毕后如图16所示。
图16丨 安装完毕四条腿
肩部组装
接下来安装肩部舵机臂，修剪原装的舵机臂使得满足3D打印件所留的凹槽，然后用热熔胶固定。
图17丨 肩部舵机臂的安装
安装完肩部舵机臂后，需要将其安装到之前安装好的大腿上，固定之前注意调整舵机的旋转角度。
图18丨 安装肩部舵机打印件
接下来安装肩部舵机，注意舵机的齿轮与打印件背面凸起的小圆柱对应。
图19丨 安装肩部舵机
对所有的腿部重复以上步骤，完成四条腿的肩部舵机的安装。
图20丨 完成四条腿肩部舵机安装
身体组装
完成以上腿部安装后，接下来安装机械狗的整个身体部件，其所有身体部件如图21所示。
图21丨 身体部件
对于机械狗身体的安装，按照图21所示顺序，依次安装，需要注意的是头部和尾部有些打印件十分相似，需要注意细微差别，不要用错零件。身体组装完成后如图22所示。
图22丨 组装完成的身体部件
组装身体部件时不要把每个孔位固定太紧，给组装四条腿留有拆卸的空间，注意四条腿安装的方向，不要安装反了。装上之前组装好的四条腿后基本大功告成，如图23所示。
图23丨 躯体组装完毕
电路组装
对于机械狗电路的搭建主要参照图24，首先电源处接入一个船型开关，便于开断电源，然后接入稳压模块给树莓派供电，另外无需降压直接给舵机驱动板供电，然后舵机驱动板连接机械狗的12个舵机。除此之外，树莓派的IIC接到舵机驱动板和液晶屏上（如果有的话）。
图 24丨 电路搭建图
Part 03
机械狗软件部分搭建
首先需要利用balenaEtcher烧录软件给树莓派的TF卡烧录系统，完成后给树莓派插上卡并开机，完成系统的烧录。注意：本次所烧录的非树莓派官方提供的系统镜像，而是一个基于Ubuntu 16．04搭建的机器人优化过的系统，里面很多环境都已经配置好了。
图25丨烧录软件
因为此项目开源（https：／／github．com／mike4192／spotMicro），所以接下来我们需要做的就是在树莓派上创建一个ROS工作空间，然后将源代码拷贝到工作空间的src文件夹中，然后退回到catkin＿ws文件夹目录下开始编译过程。编译完成后就可以按照项目里的提示进行每个舵机的校准，完成校准后就可以快乐的玩耍了。
基本命令有stand、walk、idle和angle＿cmd，输入stand机械狗会站立起来；输入walk后，小狗会原地踏步，使用wasd控制其前进后退左移右移，使用q和e控制其左转和右转；输入idle后小狗恢复初始伏地状态；输入angle＿cmd后可以利用w、s、a、d、q和e控制俯仰角、横滚角和偏航角。
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