一种可在球形和六足形态切换的可变形机器人设计与开发

本项目旨在尝试复刻项目MorpHex，同时作为本人本科毕业设计题目，原作者ZentaRobotics视频主页如下：[https://www.youtube.com/@ZentaRobotics](https://www.youtube.com/@ZentaRobotics)

PCB工程请转至嘉立创EDA球形六足双形态机器人 - 立创开源硬件平台

项目源码及3D模型请转至GitHub：ZGPS-666/ZGPS_01: 一种可在球形和六足形态切换的可变形机器人设计与开发

演示视频：本科毕设 一种可在球形和六足形态切换的可变形机器人设计与开发_哔哩哔哩_bilibili

项目现状

作为本人首个独立完成的完整机器人系统项目，在有限的开发周期内，项目重点聚焦于核心功能的复现与验证。当前版本已成功实现机器人的基本运动能力，包括六足步态行走、球形滚动和形态切换功能。

本设计是基于STM32F407ZGT6微控制器的多形态变形机器人系统：

• 六足行走模式：支持直线前进、侧向移动、原地旋转等多种运动方式，采用三角步态实现稳定行走；
• 球形滚动模式：通过12个切片的协调控制实现前进、后退、左转、右转等全方向滚动运动；
• 自动变形功能：实现两种形态间的平稳切换；
• 多种控制方式：支持遥控器控制和语音识别控制，提供灵活的人机交互方式；

项目参数

• 六足模式行走速度：≥0.2m/s，具备全向移动和精确转向能力；
• 球形模式滚动速度：≥0.5m/s，运动效率显著提升；
• 形态切换时间：<30秒，具有较高的成功率和可靠性；
• 球形结构直径：400mm，由6个环向分布的可控切片组成；
• 驱动系统：30个20kg·cm串口总线舵机 + 1个70kg·cm数字舵机；
• 工作电压：7.4V，续航能力：9000mAh大容量航模电池；
• 通信方式：2.4GHz无线遥控 + 离线语音识别；

原理解析（硬件说明）

• 本项目由以下核心部分组成：主控制系统、驱动系统、变形机构、通信系统和供电系统。

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• 主控制系统：采用STM32F407ZGT6微控制器，168MHz主频，1M Flash + 192K SRAM，提供6个UART接口满足多舵机通信需求。集成了运动学解算、步态控制、形态切换等核心算法。
• 驱动系统电路：使用AIP74HC126TA.TB四路三态缓冲器实现串口信号的电平转换和驱动增强。30个ZX20D总线舵机负责腿部运动和切片控制，1个S80舵机专门驱动变形机构，满足大扭矩变形需求。
• 变形机构设计：核心采用阿基米德螺旋原理设计的底盘展开机构，通过螺旋形切片在齿轮系统驱动下的轴向旋转，实现六条腿的同步展开和收缩，确保形态切换的稳定性和可靠性。
• 通信系统电路：集成Microzone 6C-MINI遥控器系统，通过MC7RB-V2接收机实现2.4GHz无线控制。SBUS信号经过硬件电平反转电路处理后接入主控。同时集成ASRPRO语音模块，支持离线语音识别控制。
• 供电系统：采用7.4V/9000mAh/10C大功率航模电池，满足六足行走模式下的高功率需求，通过PCB上的电源管理电路为各模块提供稳定供电。

软件代码

完整代码请参考：([https://github.com/ZGPS-666/ZGPS_01](https://github.com/ZGPS-666/ZGPS_01))

组装流程

待更新

实物图

图1：六足形态 - 机器人完全展开的六足行走状态

图2：球形态 - 机器人收缩后的球形滚动状态

图3：展示模式 - 从六足向球形转换的中间状态

注意事项

• 所有安装步骤前请先完成总线舵机编号并调至中位，工作模式选择模式一，开机模式选择模式三
• 所有安装步骤前请把中央舵机先设置至30°位置
• 遥控器使用前需要与接收机进行配对，注意SBUS信号的电平转换；

• 电池电压低于6.8V时应及时充电，避免影响大扭矩舵机性能；

   

声明：由于本人水平有限，初次独立完成完整项目，时间仓促，仅完成机器人的基本功能，代码已有堆史山的趋势，所以本项目只能保证机器人能动。