基于OpenHarmony的仿生四足狗開發(fā)分享

說起人工智能機(jī)器人界的網(wǎng)紅，那就不得不提到——“機(jī)器狗”。此前，著名機(jī)器人公司波士頓動(dòng)力制造的“Spot”機(jī)器狗、國(guó)內(nèi)知名科技企業(yè)蔚藍(lán)科技自主設(shè)計(jì)研發(fā)的“阿爾法”機(jī)器狗、小米仿生四足機(jī)器人“CyberDog”都曾火爆全網(wǎng)。

機(jī)器狗的開發(fā)需要硬件、軟件及運(yùn)動(dòng)行為三者達(dá)到協(xié)調(diào)，并不是一件容易的事，而在傳智教育舉辦的《仿生機(jī)器狗訓(xùn)練營(yíng)》中，特等獎(jiǎng)獲得者劉瀟翔脫穎而出，他從0-1打造了一個(gè)基于OpenAtom OpenHarmony（以下簡(jiǎn)稱“OpenHarmony”）系統(tǒng)的機(jī)器狗，并將在本文中帶來一些開發(fā)過程中的心得體會(huì)分享。

個(gè)人介紹

大家好，我是劉瀟翔，現(xiàn)就讀于南方科技大學(xué)（Southern University of Science and Technology）研一，修讀的專業(yè)是智能制造與機(jī)器人。

開發(fā)項(xiàng)目簡(jiǎn)介

在這次訓(xùn)練營(yíng)中，我從機(jī)械結(jié)構(gòu)、電控硬件、控制算法、上位機(jī)等四個(gè)方面設(shè)計(jì)并制作了一款基于傳智教育Hi3861 IoT WiFi模組主控，擁有十二自由度的桌面級(jí)四足機(jī)器狗—Puppy。

已經(jīng)合倉的代碼鏈接：https://gitee.com/openharmony-sig/contest/tree/master/2022_itcast_LCEDA_OpenHarmony_camp/Harmony%20Puppy

OpenHarmony學(xué)習(xí)過程

我第一次接觸到嵌入式開發(fā)，還是在傳智教育舉辦的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)戰(zhàn)——智能開關(guān)訓(xùn)練營(yíng)中。在此之前我對(duì)OpenHarmony系統(tǒng)了解不是很多，以為僅是運(yùn)行在移動(dòng)端與PC端的系統(tǒng)，但我還是對(duì)其充滿好奇，畢竟這是為了打破技術(shù)封鎖自主研發(fā)的系統(tǒng)。所以我也想了解OpenHarmony嵌入式開發(fā)，與常見的單片機(jī)STM32、ESP32、ATmega328P這些MCU的開發(fā)有什么區(qū)別。

傳智教育旗下的Hi3861 IoT WiFi模組主芯片為海思Hi3861V100，擁有完整的WiFi功能，支持采用Micropython或C語言開發(fā)。由于OpenHarmony的生態(tài)相比其他一些主流單片機(jī)，還比較單薄，所以輔助開發(fā)的相關(guān)資料搜集起來相對(duì)費(fèi)力些。我總結(jié)了一下個(gè)人的學(xué)習(xí)流程，大致如下：

學(xué)習(xí)流程：

（1）搜尋并下載不熟悉芯片的硬件數(shù)據(jù)手冊(cè)；

（2）參考在Gitee上開源的有關(guān)嵌入式的項(xiàng)目代碼及文檔；

（3）參考OpenHarmony開發(fā)者社區(qū)交流帖；

（4）通過各種搜索引擎（百度、搜狗、Microsoft Bing等）查找相關(guān)文章；

（5）去Bilibili搜索相關(guān)內(nèi)容，碰碰運(yùn)氣；

（6）QQ群，碰碰運(yùn)氣；

（7）以上如果均未得到有效解決方案，根據(jù)已有資料，自己研究解決。

接觸OpenHarmony最大的驚喜和具體的收獲

要數(shù)接觸OpenHarmony最大的驚喜，我認(rèn)為應(yīng)該是在官方提供的如何采用C語言開發(fā)的教學(xué)中提供了一種通過SSH實(shí)現(xiàn)在WIN10系統(tǒng)內(nèi)編輯，在虛擬機(jī)Ubuntu系統(tǒng)里編譯的方法，這個(gè)方法對(duì)我提供了不小的幫助。

其他驚喜與收獲：

（1）傳智教育Hi3861 IoT WiFi物聯(lián)網(wǎng)模組的封裝十分精致小巧，該Hi3861模組支持FreeRTOS系統(tǒng)，且支持用Micropython、C語言開發(fā)；

（2）初步了解OpenHarmony嵌入式開發(fā)的基本流程，并實(shí)現(xiàn)了個(gè)人需求的相應(yīng)效果。

對(duì)于OpenHarmony系統(tǒng)的建議

（1）用來燒錄程序的Hiburn軟件無法保存偏好設(shè)置，UI設(shè)計(jì)及操作界面也有些不夠清晰。比如，每次打開都要手動(dòng)把燒錄程序波特率115200調(diào)到921600；

（2）用來開發(fā)傳智教育Hi3861物聯(lián)網(wǎng)模組的一些基本工具庫需要完善。比如，IIC通信、SPI通信、OLED屏幕、TFT屏幕、MPU6050傳感器等常用模塊的驅(qū)動(dòng)；

（3）傳智教育Hi3861模組在Linux環(huán)境下編譯調(diào)試時(shí)，不方便找到報(bào)錯(cuò)信息。

項(xiàng)目技術(shù)過程分享

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)部分采用SolidWorks 2020設(shè)計(jì)，通過FDM式3D打印制造。其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括軀體與單腿。單腿機(jī)構(gòu)采用平面四連桿構(gòu)成并聯(lián)腿，擁有3自由度，設(shè)計(jì)思路是盡量減輕腿部重量，并且使三個(gè)電機(jī)安裝的位置緊湊集中。軀體采用模塊分立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便維護(hù)更換及升級(jí)；

（2）電控硬件部分采用立創(chuàng)EDA專業(yè)版設(shè)計(jì)。關(guān)于12路舵機(jī)驅(qū)動(dòng)主要由PCA9685PW管理，Hi3861物聯(lián)網(wǎng)模組主控，供電部分采用了一個(gè)DC-DC BUCK型降路壓電路，支持最大電流6A，保證電機(jī)及控制電路供電充足；

（3）軟件部分采用Clion作為編輯器，linux環(huán)境下編譯。在實(shí)現(xiàn)主單腿正逆解、足端擺線軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了四足機(jī)器狗的Trot小跑步態(tài)運(yùn)動(dòng)，姿態(tài)逆解控制等；

（4）機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制App基于Android開發(fā)，與四足機(jī)器狗之間采用了UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線通信。

項(xiàng)目過程中遇到的困難&解決辦法

困難：

Hi3861模組焊接完成后，按EN復(fù)位，串口輸出為亂碼。

檢測(cè)結(jié)果：

（1）拆除WS2812B燈珠后，串口即能輸出正常信息；

（2）拔下MPU6050模塊后，串口即能輸出正常信息。

解決方案：

（1）拆去連接IO2引腳的WS2812B燈珠；

（2）拔下連接IO7、IO8引腳的MPU6050模塊。

疑似原因：

Hi3861模組燒錄時(shí)，特定引腳不能外接設(shè)備。

當(dāng)我一開始發(fā)現(xiàn)輸出亂碼，慣性上會(huì)首先思考MCU的焊接是否良好、串口通訊的電路是否正常、芯片供電是否正常、EN按鍵是否正常等問題。后來能順利解決問題也是在檢查上面所有問題后歪打正著，意外拆掉那顆WS2812燈珠后才發(fā)現(xiàn)復(fù)位正常了。

項(xiàng)目開發(fā)過程最重要或最值得分享的心得

（1）開發(fā)過程中卡殼，先檢查硬件問題，再檢查軟件問題。

硬件問題一般比軟件問題更麻煩一些，畢竟可能遇到需要重買材料、重新制板等時(shí)間成本較大的修補(bǔ)措施。

硬件問題檢查：一般采用控制變量法把所有的嫌疑因素逐個(gè)排除。比如，先考慮各器件的焊接是否正常（可采用萬用表蜂鳴檔檢測(cè)）。如果有MCU的電路先檢查MCU及其外圍電路，是否能夠燒錄程序。之后可通過寫各種Demo小程序來快速測(cè)試其他硬件資源是否正常。

檢查MCU及其外圍電路是否正常，可以先觀察焊接上是否有虛焊，連錫等情況。如果均無問題可接著測(cè)供電電壓是否正常。同時(shí)需注意，用電端燒毀一般是電壓?jiǎn)栴}，供電端燒毀一般是電流過大。

軟件問題調(diào)試：如果有報(bào)錯(cuò)信息，就去閱讀報(bào)錯(cuò)信息來調(diào)試代碼。如果是語法錯(cuò)誤就比較容易解決。如果遇到比如LED驅(qū)動(dòng)不亮，先檢查封裝或LED焊反沒，檢查原理圖上LED是引腳電平拉高還是拉低點(diǎn)亮。如果遇到采用IIC通訊的OLED屏幕無法點(diǎn)亮，先寫簡(jiǎn)單的程序從大到小逐步測(cè)通，比如先使屏幕點(diǎn)亮，再試著點(diǎn)亮一個(gè)點(diǎn)，再點(diǎn)亮一條線，畫出一個(gè)方塊，寫下一個(gè)字符。各種功能齊全后再組合調(diào)試出自己想要的效果。

而且單片機(jī)開發(fā)調(diào)試時(shí)不應(yīng)該光敲代碼，中間需要穿插燒錄到單片機(jī)看是否能夠?qū)崿F(xiàn)效果。問題多的話盡量分階段解決，而不是匯總到最后一起解決，不然很可能會(huì)出現(xiàn)找不到哪里出錯(cuò)的。

（2）優(yōu)質(zhì)的問題獲得優(yōu)質(zhì)的回答。

提問者要多思考，如何闡述清楚自己的問題，考慮是否方便回答者能簡(jiǎn)潔地回答自己的問題，比如對(duì)方只用回答是還是不是。

比如自己的代碼編譯報(bào)錯(cuò)，如果問為什么自己的代碼跑不起來，為什么自己的LED燈不亮了，這無疑很難獲得自己想要的答案。因?yàn)殚_發(fā)的時(shí)候碰到的Bug會(huì)有千萬種，但是正確的跑通道路卻只有一條。如果代碼報(bào)錯(cuò)，自己首先要去檢查所報(bào)錯(cuò)的代碼段，細(xì)化大概在哪一行出現(xiàn)了問題，個(gè)人先去通過搜索、調(diào)試等手段嘗試能否解決。

雖然有時(shí)太具體的問題也不太好回答，比如有人問自己想用Hi3861模組開發(fā)一款能夠監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度并實(shí)現(xiàn)澆水的智能澆花器。這類問題涉及的內(nèi)容就比較多，也不好獲得自己想要的回答。調(diào)整一下的話，比如可以在問題最后加上，哪款溫濕度傳感器比較推薦，澆水用哪款電機(jī)比較合適等之類細(xì)化一些的問題。

（3）做項(xiàng)目，要一邊開發(fā)一邊學(xué)習(xí)。

想做一個(gè)項(xiàng)目，不像之前我們所接觸的教育那樣，先把一個(gè)領(lǐng)域全方面熟悉摸透后再去做。畢竟想摸清某個(gè)領(lǐng)域都是很不容易的。要明確知道自己的需求，自己想要實(shí)現(xiàn)什么，大概可以怎么樣去實(shí)現(xiàn)，然后再去學(xué)習(xí)。需要用什么去學(xué)什么，需要用多少就學(xué)多少，除非自己對(duì)某方面非常感興趣。這樣才有可能快速地去完成自己的需求和實(shí)現(xiàn)想法。

做項(xiàng)目也是多做才可以更熟練，入門的話可以先跟著資料齊全，文檔清晰的優(yōu)秀開源作品復(fù)刻。做了幾個(gè)后，隨后就會(huì)慢慢摸索出自己如果想要實(shí)現(xiàn)新項(xiàng)目的開展思路。

接下來的開發(fā)計(jì)劃

（1）完善曾經(jīng)的項(xiàng)目

由于我對(duì)自己之前的一些作品感覺還有很多不滿意、可以完善的地方，因此我計(jì)劃去優(yōu)化完善曾經(jīng)一些老項(xiàng)目，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、項(xiàng)目文檔等；

（2）開發(fā)一款電機(jī)調(diào)試器

畢竟我以后的工作很大概率會(huì)和機(jī)器人相關(guān)，預(yù)想的功能包括串口調(diào)試、CAN調(diào)試、舵機(jī)調(diào)試、總線舵機(jī)調(diào)試、直流電機(jī)調(diào)試、功率測(cè)量、屏幕顯示、PC端上位機(jī)交互等。

機(jī)器人的發(fā)展前景是一片廣闊無垠的星辰大海，OpenHarmony也是一樣，期待劉同學(xué)能夠在這兩個(gè)領(lǐng)域同時(shí)不斷深耕，并把它們靈活結(jié)合起來，創(chuàng)作出更多具有生活意義的作品，切實(shí)地影響改善人們的日常生活。

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