OpenHarmony 项目实战:基于全志 XR806 实现的简易四足行走机器狗

2023/05/04 10:55
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本文整理自:https://bbs.aw-ol.com/topic/932/

作者 @ 堇花还没开吗

小米在2021年发布的自研四足仿生机器人——CyberDog,使得“仿生机器人”这个话题 再次站在风口之上 ,伴随芯片、舵机、减速器等核心部件的发展,也期待更多更“生动”的“仿生机器人”出现 ,全志XR806是一款支持WiFi和BLE的芯片可满足智能机器人等领域的无线连接需求,今天就先带大家看一款基于全志XR806开源鸿蒙开发板做的四足行走机器狗。

一、机器狗外观图

2097905114-61d872ef014d5.jpg

二、PCA9685开发流程

狗子身上有12个舵机,一条腿接3个舵机,连接到一个pca9685舵机驱动上,舵机驱动通过I2C与XR806通信,XR806有两个I2C接口,我主要是用第1个(B14, B15),通过控制PCA9685上的寄存器来简介控制舵机。

pca9685参数:

  • I2C接口,支持高达16路PWM输出,每路12位分辨率(4096级);
  • 内置25MHz晶振,可不连接外部晶振,也可以连接外部晶振,最大50MHz;
  • 支持2.3V-5.5V电压,最大耐压值5.5V,逻辑电平3.3V;
  • 具有上电复位,以及软件复位等功能。

引脚图示:
772656491-61d8730b90511.jpg
3600335544-61d8737330422.jpg

1. pca初始化

首先要进行i2c初始化:

i2c_init(i2c_id);

导入相关库:

#include "driver/chip/hal_i2c.h"
#define i2c_id 1 # 使用第1个i2c

i2c初始化函数:

void i2c_init(unsigned int id){
        I2C_InitParam initParam;
        initParam.addrMode = I2C_ADDR_MODE_7BIT;
        initParam.clockFreq = 40000;
        if (HAL_I2C_Init(id, &initParam) != HAL_OK) {
                printf("i2c init fail!\n");
                while(1);
        } else {
                printf("i2c init success!\n");
        }
}

主要是调用HAL_I2C_Init函数对第1个i2c接口进行初始化。

初始化pca9685:

pca9685_init(60);

pca9685_init函数:

void pca9685_init(float hz) {
        pca_write(pca_mode1, 0x0);
        pca_setfreq(hz);
        OS_MSleep(500);
}

2. pca操作

1. pca9685写寄存器

void pca_write(uint8_t reg_addr, uint8_t data) {
        uint8_t buf[1];
        buf[0] = data;
    HAL_I2C_Master_Transmit_Mem_IT(i2c_id, pca_adrr, reg_addr, I2C_MEMADDR_SIZE_8BIT, buf, 1);
}

2. pca9685读寄存器

uint8_t pca_read(uint8_t reg_addr) {
        uint8_t buf[1];
    HAL_I2C_Master_Receive_Mem_IT(i2c_id, pca_adrr, reg_addr, I2C_MEMADDR_SIZE_8BIT, buf, 1);
    return buf[0];
}

3. pca9685设置频率

void pca_setfreq(float freq) {
        uint8_t prescale,old_mode,new_mode;
        double prescaleval;
        freq *= 0.92;
        prescaleval = 25000000;
        prescaleval /= 4096;
        prescaleval /= freq;
        prescaleval -= 1;
        prescale =(uint8_t)(prescaleval + 0.5f);
        old_mode = pca_read(pca_mode1);
        new_mode = (old_mode & 0x7F) | 0x10;
        pca_write(pca_mode1, new_mode);
        pca_write(pca_pre, prescale);
        pca_write(pca_mode1, old_mode);
        OS_MSleep(2);
        pca_write(pca_mode1, old_mode | 0xa1);
}

这里的代码不像读函数和写函数一样好理解,主要是一般情况下,在用pca9685内置晶振,为25MHZ,通过配置PRE_SCALE寄存器进行配置。如果在舵机控制中,采用内置晶振,取osc_clock=25000000,update_rate=50(舵机控制频率50Hz)。

而且在写PRESCALE寄存器的时候,要先设置为Sleep模式,也就是将mode1寄存器的SLEEP标志位设置为1,具体可参考我上面写的代码。

3601331443-61d873a4685d2.jpg

3. pca设置pwm

void pca_setpwm(uint8_t num, uint32_t on, uint32_t off) {
        pca_write(LED0_ON_L+4*num,on);
        pca_write(LED0_ON_H+4*num,on>>8);
        pca_write(LED0_OFF_L+4*num,off);
        pca_write(LED0_OFF_H+4*num,off>>8);
}

pwm通道寄存器如下图:
2805468644-61d873b3717df.jpg
由图可知,对于每一个通道,有4个寄存器,在设置PWM占空比的时候,首先配置舵机的示例如下图所示(ON < OFF的情况):
1767587282-61d873cf4d1f6.jpg

狗子运行图:
3028832161-61d873f195054.gif
3982454042-61d873dedddbd.gif

核心代码:

#include <stdio.h>
#include "ohos_init.h"
#include "kernel/os/os.h"

// #include "iot_i2c.h"
#include "driver/chip/hal_i2c.h"
#include "iot_errno.h"
#include "math.h"

#define i2c_id 1
#define pca_adrr 0x40 // pca9685设备地址

#define pca_mode1 0x0
#define pca_pre 0xFE

#define LED0_ON_L 0x6
#define LED0_ON_H 0x7
#define LED0_OFF_L 0x8
#define LED0_OFF_H 0x9

static OS_Thread_t g_main_thread;

void pca_write(uint8_t reg_addr, uint8_t data) {
        uint8_t buf[1];
        buf[0] = data;
    HAL_I2C_Master_Transmit_Mem_IT(i2c_id, pca_adrr, reg_addr, I2C_MEMADDR_SIZE_8BIT, buf, 1);
}

uint8_t pca_read(uint8_t reg_addr) {
        uint8_t buf[1];
    HAL_I2C_Master_Receive_Mem_IT(i2c_id, pca_adrr, reg_addr, I2C_MEMADDR_SIZE_8BIT, buf, 1);
    return buf[0];
}

void pca_setfreq(float freq) {
        uint8_t prescale,old_mode,new_mode;
        double prescaleval;
        freq *= 0.92;
        prescaleval = 25000000;
        prescaleval /= 4096;
        prescaleval /= freq;
        prescaleval -= 1;
        prescale =(uint8_t)(prescaleval + 0.5f);
        old_mode = pca_read(pca_mode1);
        new_mode = (old_mode & 0x7F) | 0x10;
        pca_write(pca_mode1, new_mode);
        pca_write(pca_pre, prescale);
        pca_write(pca_mode1, old_mode);
        OS_MSleep(2);
        pca_write(pca_mode1, old_mode | 0xa1);
}

void pca_setpwm(uint8_t num, uint32_t on, uint32_t off) {
        pca_write(LED0_ON_L+4*num,on);
        pca_write(LED0_ON_H+4*num,on>>8);
        pca_write(LED0_OFF_L+4*num,off);
        pca_write(LED0_OFF_H+4*num,off>>8);
}

void pca9685_init(float hz) {
        pca_write(pca_mode1, 0x0);
        pca_setfreq(hz);
        OS_MSleep(500);
}

void pca_rotate(uint8_t num,uint8_t angle) {
        uint32_t off=0;
        off=floor(angle * 2 + angle / 5 + 158);
        pca_setpwm(num, 0, off);
}

void i2c_init(unsigned int id){
        I2C_InitParam initParam;
        initParam.addrMode = I2C_ADDR_MODE_7BIT;
        initParam.clockFreq = 40000;
        if (HAL_I2C_Init(id, &initParam) != HAL_OK) {
                printf("i2c init fail!\n");
                while(1);
        } else {
                printf("i2c init success!\n");
        }
}

static void MainThread(void *arg) {

        uint8_t i = 0;

        i2c_init(i2c_id);
        pca9685_init(60);
        printf("i2c and pca9685 init done.\n");

        while(1){
                pca_rotate(0, 0);
                OS_MSleep(1000);
                pca_rotate(0, 180);
                OS_MSleep(1000);
        }
}

void PCAMain(void) {
        printf("PCA9685 Motor Start.\n");

        if (OS_ThreadCreate(&g_main_thread, "MainThread", MainThread, NULL,
                            OS_THREAD_PRIO_APP, 10 * 1024) != OS_OK) {
                printf("[ERR] Create MainThread Failed\n");
        }
}

SYS_RUN(PCAMain);

狗子的相关步态算法还在调试,使用的舵机是MG90S,走得还不是很流畅,狗腿子会抖,后面需要继续调试,而且供电也是个大问题,不过已经焊了个供电模块稍微解决了,后面还要给狗子加个壳。

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