两个大学生在Kevin Harrington编写的框架代码下设计和制作的四足机器猫平台

介绍

SmallKat是伍斯特理工学院的两位学生（Keion Bisland和Xavier Little）在Kevin Harrington编写的框架代码下设计和制作的四足机器猫平台，它采用3D打印，是一种低成本、开源的16自由度运动平台。该平台的目的是为了教育/研究提供一个完全开源的四足运动平台，它同时面向高端玩具市场。和竞争对手的产品相比，该平台使用业余的伺服系统和普通的电子器件，可以使得它的整体价格维持在一个非常低的水平上。SmallKat有三种尺寸：微型、小型和XL。其中，微型尺寸最小，重约一磅，和一只小猫咪的大小相当，重量相近。小型版本是目前提供的产品，它有两种不同的实现方案。XL版本则是一个研究性的平台，它是伍斯特理工学院MQP项目的产物。

详细信息

在简单版本的解决方案中，该电子平台构建在单个ESP32系统级芯片上，搭载了16个伺服驱动器、三个开关模式的去电池电路和一个BNO055惯性测量单元。

该平台使用了现成的零部件和印刷组件，所以很容易组装。它使用EPS32芯片内置的WiFi模块上传传感器数据并下传伺服位置信息。这种在线配置方式使得它非常容易开发，因为可以从附近的PC上运行运动学/步行步态编码。它的运动学模式可以即时切换，步行步态/身体的控制也很容易灵活控制，无需重新启动SmallKats上的控制器，从而支持快速开发。

一旦算法最终确定了，我们将把它发布到Git上，它就可以加载第二种离线方式的配置，从而在其硬件的强实时循环中运行。该简单版本平台的缺点是，它要求房间里的WiFi信号必须保持稳定。

第二种高级解决方案使用与Wifi版本相同的控制代码，除此之外，它还会加载一个内核，并在机器人板载的树莓派上运行它。

该配置使用STM32连接到BNO055惯性测量单元和伺服驱动器上，并通过HID将它们直接桥接到板载树莓派上。这种解决方案的第一个版本使用了Teensy，但是我们希望可以提供完全开源的软件栈，所以切换到了自己开发的STM32板子上。

相比于上文的简单版解决方案，第二种方案更加昂贵，在整个开发循环中，需要将代码推送到git服务器上，并重新启动机器人控制软件栈以加载新的代码。这些权衡表明，研究人员可能同时需要这两种解决方案，所以我们提供了两种版本。此外，玩具市场只对完全独立的电子产品感兴趣，因为它不需要附近的PC机来启动就能运行。

这个机器猫有个有趣的防摔倒功能。惯性测量单元会生成一个重力矢量，可以用它进行计算，以判断SmallKat是否翻倒。当它偏离轴线到了一定程度，平台上的运动学控制器将旋转头部和尾部以施加反科里奥利力，从而预防它摔倒。