FOC双轮腿平衡机器人是一个融合机械设计、电子硬件与智能算法的开源项目，旨在为机器人爱好者和开发者提供完整的轮腿机器人解决方案。通过该项目，你将深入理解动态平衡控制原理，掌握STM32无刷电机驱动、ESP32运动控制等核心技术，从零构建可实战的机器人系统。

【免费下载链接】foc-wheel-legged-robot Open source materials for a novel structured legged robot, including mechanical design, electronic design, algorithm simulation, and software development. | 一个新型结构的轮腿机器人开源资料，包含机械设计、电子设计、算法仿真、软件开发等材料 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/fo/foc-wheel-legged-robot

项目概述：重新定义轮腿机器人的开源范式

项目定位与价值

作为一款新型结构的轮腿机器人开源资料，该项目涵盖机械设计、电子设计、算法仿真及软件开发全流程，打破传统机器人开发的技术壁垒。无论是教育研究还是创新实践，都能为开发者提供从理论到硬件落地的完整路径。

核心功能特性

• 动态平衡控制：基于MPU6050传感器与LQR算法实现实时姿态调整
• 模块化设计：STM32驱动板与ESP32主控分离，降低维护复杂度
• 多模态交互：支持Android蓝牙遥控与Linux图传双模式
• 低成本实现：核心功能物料成本控制在500元内，适合个人开发者

图1：FOC双轮腿机器人机械结构渲染图，展示轮腿融合的创新设计

核心技术解析：从硬件到算法的深度解构

机械结构创新

SolidWorks设计的模块化组件实现了轮腿机构的完美融合：

• 轮腿一体化设计：小腿与车轮刚性连接，兼具行走与滚动特性
• 轻量化结构：3D打印件与亚克力底板结合，整机重量仅800g
• 缓冲机制：大腿关节内置弹簧结构，提升复杂地形适应性

关键部件设计文件：solidworks/总装.SLDASM

电子硬件方案

两大核心控制模块构成机器人的"神经中枢"：

STM32无刷电机驱动板

• 采用FOC（磁场定向控制）技术，支持4010无刷电机精准驱动
• 集成CAN通信接口，实现与主控模块的高速数据交互
• 硬件过流保护设计，提升系统安全性

硬件设计文件：stm32-foc/hardware/STM32FOC_LCEDA_PCB.json

ESP32运动控制模块

• 搭载MPU6050六轴传感器，实时采集姿态数据
• 集成Wi-Fi与蓝牙双模通信，支持远程调试与控制
• 低功耗设计，配合11.1V动力锂电池可实现2小时续航

核心算法实现：esp32-controller/software/src/leg_pos.c

动态平衡算法

MATLAB/Simulink仿真验证的控制策略：

• LQR状态反馈：基于系统动力学模型优化控制参数
• PID姿态校正：实时补偿传感器漂移与机械误差
• 运动学逆解：实现从笛卡尔空间到关节空间的坐标转换

仿真模型文件：matlab/sys_sim.slx

图2：Simscape Multibody环境下的机器人动态平衡仿真

快速上手指南：开源硬件项目的实践路径

开发环境准备

必备工具：

• STM32CubeIDE（或Keil MDK）：用于电机驱动板开发
• PlatformIO：ESP32代码编译与烧录
• SolidWorks（可选）：机械结构修改与3D打印
• MATLAB/Simulink（可选）：算法仿真与参数优化

项目获取与配置

git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/fo/foc-wheel-legged-robot
cd foc-wheel-legged-robot

核心模块部署

1. STM32驱动板烧录

1. 导入工程：stm32-foc/software/C6T6SimpleFoc.ioc
2. 配置CAN通信波特率（默认500kbps）
3. 使用ST-Link烧录hex文件至STM32F103C6T6

2. ESP32主控配置

1. 修改Wi-Fi配置：esp32-controller/software/src/main.cpp
2. 校准MPU6050传感器：执行calibrate_sensor()函数
3. 通过PlatformIO上传固件至ESP32-WROOM-32

3. 机械组装要点

• 关节电机零位校准：确保小腿与地面垂直
• 传感器安装方向：MPU6050芯片X轴指向机器人前方
• 电池固定：重心需位于两轮中轴线正上方

系统联调与测试

1. 供电顺序：先驱动板后主控板
2. 蓝牙配对：Android设备搜索"FOC-BalanceBot"
3. 姿态校准：在水平地面执行APP内"校准"功能
4. 安全测试：首次运行建议双手扶住机器人，防止侧翻

图3：支持姿态监控与参数调节的Android控制界面

应用场景探索：从教育到创新的多元实践

教育科研领域

• 高校机器人课程：作为教学案例演示控制理论与实践结合
• 毕业设计选题：可扩展视觉导航或路径规划功能
• 青少年创客教育：通过模块化组装培养工程思维

创新应用案例

• 巡检机器人：加装OpenCV视觉模块实现特定区域巡逻
• 快递配送原型：优化负载结构后可承载500g货物
• 竞技机器人：开发特定动作算法参与机器人竞赛

性能优化方向

• 电池续航提升：改用21700锂电池组可延长至3小时
• 控制算法优化：引入模糊PID减少姿态调整超调
• 环境适应性：增加 ultrasonic 避障传感器

生态扩展方向：开源项目的持续进化

软件生态集成

• ROS节点开发：通过ros_serial包实现与ROS系统的通信
• Python数据分析：利用pandas分析IMU传感器采集的运动数据
• Web监控界面：基于FastAPI构建实时状态监控平台

硬件扩展模块

• 视觉识别单元：集成OV5640摄像头与OpenMV H7
• 语音交互模块：添加离线语音识别芯片实现声控
• GPS定位系统：适用于室外大场景导航

社区贡献指南

1. Fork项目仓库并创建特性分支
2. 提交PR前确保通过所有模块测试
3. 文档更新需同步中英文版本（README.md与README_en.md）
4. 硬件修改建议提交至issues讨论

结语：开启你的轮腿机器人开发之旅

FOC双轮腿机器人项目不仅提供了一套可用的硬件解决方案，更传递了开源协作的开发理念。通过本文的机器人开发教程，你已掌握从算法仿真到硬件调试的全流程技能。无论你是机器人爱好者还是专业开发者，都能在此基础上创造更多可能性。

项目持续维护中，欢迎加入开发者社区共同进化这一开源硬件项目，让动态平衡技术惠及更多创新应用场景！

【免费下载链接】foc-wheel-legged-robot Open source materials for a novel structured legged robot, including mechanical design, electronic design, algorithm simulation, and software development. | 一个新型结构的轮腿机器人开源资料，包含机械设计、电子设计、算法仿真、软件开发等材料 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/fo/foc-wheel-legged-robot