四足机器人设计

这节课，我们学习一个 ESP32 单片机驱动 SG90 舵机的四足机器人。

1. SG90 舵机 - 参数化建模

如果我们使用 Fusion 360 不使用 参数化建模 的话，那我们在后面设计产品的时候呢，就会很麻烦，因为有很多数值，我们需要自己去记忆，但是，使用参数化建模的方式，就可以让我们省去很多记忆的过程，以及快速的调整模型的大小。

如果你想要从头开始设计一个新的东西，参数化建模对你来说就非常有用了，机械零件通常必须与其他零件完美配合。甚至有时候，你希望零件合适不同的尺寸的设计。比如在 DIY 领域很常用的 SG90 舵机，也是我们后面设计简单的四足机器人，要用到的核心零件。

由于不同厂家生产的尺寸有略微差异，在网上你可以找到各种尺寸的图纸，所以，如果你设计的舵机零件与你买到的舵机尺寸有差别，你就可以通过参数化建模的方式，把他修改一下，而不是重新画一个新的零件出来。而我们需要做的呢，就是打开 更改参数，并修改对应的值就可以了。如果你有任何的编程基础，你就明白，这些存储值的东西，其实就是变量，变量就是存储值的容器。你可以在定义尺寸时使用这些变量。

从上图中，我们可以看出来舵机的尺寸有很多，但是我们没有必要把所有的尺寸都参数化，只需要给那些与其他零部件产生关联的尺寸设置参数即可，比如舵机的长和宽，两个螺孔之间的距离。

画好之后就是下面这个样子，具体操作可以查看视频教程

2. 机身

接着我们就该画机架了,舵机我们绘制的时候,还能找找工程图，绘制机身、肩件、足件的时候，我们就没有任何参考了。这个四足机器人使用的主控芯片是 ESP32 单片机，并且会使用扩展板与电池来驱动舵机，所以我们绘制的时候，需要明白我们的需求，我们首先需要把 ESP32 拓展板、电池盒，以及把 4 个舵机固定在机身上。

我们可以根据下面这张 ESP32 扩展板的背面图，绘制出边框轮廓，以及螺孔的位置。

画好之后就是下面这个样子：

我们也可以再画一个电池盒，并且把舵机零件复制几份，使用装配体命令将他们固定在一起：

这样，我们的机身部分就画好了。

3. 足件

接着我们来画机器人的腿部，我们这个腿部零件的作用就是与地面接触，并且还要通过舵机来控制移动，因此，我们的足件需要有一个安装舵机的凹槽。最后，我们把这个零件通过镜像命令，就可以获得另一侧腿的零件了。

把他们两个复制一份，并且与舵机装配在一起，我们的足部零件就绘制完成了。

4. 肩件

最后就是来绘制肩件了，该零件最大的作用就是连接机身与足件，并且还要保证每个舵机只控制一个自由度，也就是只能在一个平面上移动，这样的话，我们的四足机器人每个腿部就能实现 2 个自由度方向的移动，而整体就有了 8 个自由度。

什么是自由度

在工程学中，自由度表示系统中可以独立变化的参数数量。例如，在机械系统中，一个物体的自由度可以表示它在空间中的位置和方向。

肩部零件设计的时候，有很多需要考虑的部分，比如：在旋转的时候，肩件不能与机身出现干涉；打印的时候尽量避免支撑；机身上固定的舵机与足件上的舵机相互垂直，肩件与舵机要紧密固定。综合以上 4 个因素，我们设计了这样的连接件。

最后，我们把这些零件组装起来，并且限制一下舵机的转动角度，简单的四足机器人就完成了。