EDA-Robot-Pro智能机器狗软件设计💻 | 嘉立创EDA教育与开源文档中心

软件开发

开发环境

软件环境：VSCode + ESP-IDF
开发语言：C / C++
框架：ESP-IDF Framework

查看ESPIDF快速入门指南

项目依赖

本项目借助以下开源仓库协助开发：

xiaozhi-esp32：An MCP-based Chatbot

感谢 Xiaoxia 及社区贡献者对该项目的开源贡献。

BSP 模块

本项目采用 BSP（Board Support Package）板级适配架构，基于 xiaozhi-esp32 框架，专门为EDA-Robot Pro硬件平台定制，实现了AI语音控制的四足机器狗功能。

eda_robot_pro.cc： 主板支持包，硬件抽象层实现
eda_dog_controller.cc： 机器狗MCP控制器，实现动作队列和工具注册
eda_dog_movements_clean.cc： 步态运动算法实现
eda_dog_movements.h： 步态运动类定义和接口声明
oscillator.cc / .h： 舵机振荡器实现，提供平滑运动控制
config.h： 硬件引脚定义和系统参数配置
config.json： ESP-IDF构建配置，定义目标平台和编译选项

核心模块

eda_robot_pro.cc

EDARobotPro 硬件抽象层

硬件抽象层，负责硬件初始化和设备管理，包括I2C总线、OLED显示屏、按键、音频编解码器及机器狗控制器。


class EDARobotPro {
private:
    i2c_master_bus_handle_t display_i2c_bus_;  // I2C总线句柄
    Display* display_;                         // 显示屏实例
    Button boot_button_;                       // Boot按键
    void InitializeDisplayI2c();               // 初始化显示I2C
    void InitializeSsd1306Display();           // 初始化SSD1306显示屏
    void InitializeButtons();                  // 初始化按键
    void InitializeEDARobotDogController();    // 初始化机器狗控制器
public:
    virtual Led* GetLed() override;            // 获取LED（此板无LED）
    virtual AudioCodec* GetAudioCodec() override; // 获取音频编解码器
    virtual Display* GetDisplay() override;     // 获取显示屏
};

eda_dog_movements_clean.cc

EDARobotDog 动作控制

机器狗动作控制模块，实现各种运动模式和动作序列，包括行走、转向、坐下、站立等基本动作。


class EDARobotDog {
private:
    Oscillator servo_[SERVO_COUNT];
    int servo_pins_[SERVO_COUNT];
    int servo_trim_[SERVO_COUNT];
    bool is_dog_resting_;
public:
    void Init(int left_front_leg, int left_rear_leg, int right_front_leg, int right_rear_leg);
    void Home();
    void SetTrims(int left_front_leg, int left_rear_leg, int right_front_leg, int right_rear_leg);
    void Walk(float steps, int period, int dir);
    void Turn(float steps, int period, int dir);
    void Sit(int period);
    void Stand(int period);
    void Sleep();
    void Stretch(int period);
    void Shake(int period);
    void LiftLeftFrontLeg(int period, int height);
    void LiftLeftRearLeg(int period, int height);
    void LiftRightFrontLeg(int period, int height);
    void LiftRightRearLeg(int period, int height);
};

oscillator.h

Oscillator 振荡控制器

舵机振荡控制器，提供平滑的舵机运动控制，实现各种动作的精确执行。


class Oscillator {
private:
    int pos_;
    int amplitude_;
    int offset_;
    double phase_;
    double phase0_;
    int trim_;
public:
    void SetA(unsigned int amplitude);
    void SetO(int offset);
    void SetPh(double Ph);
    void SetTrim(int trim);
    void Refresh();
    int GetPosition();
};

config.json

config.json 配置文件

项目构建配置文件，定义目标平台、分区表和编译选项。


{
  "target": "esp32s3",
  "builds": [
    {
      "name": "EDA-robot-pro",
      "sdkconfig_append": [
        "CONFIG_PARTITION_TABLE_CUSTOM_FILENAME=\"partitions/v1/16m.csv\"",
        "CONFIG_OLED_SSD1306_128X64=y"
      ]
    }
  ]
}

实现原理

硬件抽象层架构

EDARobotPro 板级支持包

基于 xiaozhi-esp32 框架的 BSP 架构，实现硬件抽象层，统一管理 I2C 总线、OLED 显示、音频编解码器等外设。


class EDARobotPro : public WifiBoard {
private:
    i2c_master_bus_handle_t display_i2c_bus_;
    esp_lcd_panel_handle_t panel_ = nullptr;
    Display* display_ = nullptr;
    Button boot_button_;
    Button touch_button_;
    void InitializeDisplayI2c();           // 初始化I2C总线
    void InitializeSsd1306Display();       // 初始化SSD1306显示屏
    void InitializeEDARobotDogController(); // 初始化机器狗控制器
    void InitializeButtons();              // 初始化按键
public:
    virtual AudioCodec* GetAudioCodec() override;
    virtual Display* GetDisplay() override;
};

舵机振荡控制系统

Oscillator 振荡器实现

基于 LEDC PWM 的舵机控制器，通过正弦波振荡实现平滑的舵机运动，支持幅度、偏移、相位和周期控制。


void Oscillator::Refresh() {
    if (NextSample()) {
        if (!stop_) {
            // 正弦波振荡计算
            int pos = std::round(amplitude_ * std::sin(phase_ + phase0_) + offset_);
            if (rev_) pos = -pos;
            Write(pos + 90);  // 写入舵机位置
        }
        phase_ = phase_ + inc_;  // 更新相位
    }
}
void Oscillator::Write(int position) {
int angle = pos* + trim*; // 应用微调
angle = std::min(std::max(angle, 0), 180); // 限制角度范围
    // 转换为LEDC占空比
    uint32_t duty = (uint32_t)(((angle / 180.0) * 2.0 + 0.5) * 8191 / 20.0);
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_set_duty(ledc_speed_mode_, ledc_channel_, duty));
    ESP_ERROR_CHECK(ledc_update_duty(ledc_speed_mode_, ledc_channel_));
}

步态运动算法

Walk 行走算法实现

采用分步式步态控制，通过精确的舵机位置序列实现四足机器狗的前进和后退运动。


void EDARobotDog::Walk(float steps, int period, int dir) {
    for (int step = 0; step < (int)steps; step++) {
        if (dir == FORWARD) {
            // 前进步态序列
            int current_pos[SERVO_COUNT];
            // 第1步：左前腿和右后腿抬起
            current_pos[LEFT_FRONT_LEG] = 110;
            current_pos[RIGHT_REAR_LEG] = 70;
            current_pos[LEFT_REAR_LEG] = 90;
            current_pos[RIGHT_FRONT_LEG] = 90;
            MoveServos(100, current_pos);
            // 第2步：对角线腿组协调运动
            current_pos[LEFT_REAR_LEG] = 70;
            current_pos[RIGHT_FRONT_LEG] = 110;
            MoveServos(100, current_pos);
            // 第3步：回到中性位置
            current_pos[LEFT_FRONT_LEG] = 90;
            current_pos[RIGHT_REAR_LEG] = 90;
            MoveServos(100, current_pos);
            // 继续其他步态序列...
        }
    }
}

MCP 协议集成

MCP 工具注册机制

通过 MCP 协议向 AI 大语言模型暴露机器狗控制接口，支持参数验证和回调函数执行。


void EDARobotDogController::RegisterMcpTools() {
    auto &mcp_server = McpServer::GetInstance();
    // 注册行走工具
    mcp_server.AddTool(
        "self.dog.walk",
        "行走。steps: 行走步数(1-100); speed: 行走速度(500-2000); direction: 方向(-1=后退, 1=前进)",
        PropertyList({
            Property("steps", kPropertyTypeInteger, 4, 1, 100),
            Property("speed", kPropertyTypeInteger, 1000, 500, 2000),
            Property("direction", kPropertyTypeInteger, 1, -1, 1)
        }),
        [this](const PropertyList &properties) -> ReturnValue {
            int steps = properties["steps"].value();
            int speed = properties["speed"].value();
            int direction = properties["direction"].value();
            QueueAction(ACTION_WALK, steps, speed, direction, 0);
            return true;
        }
    );
}

FreeRTOS 任务调度

异步动作执行系统

基于 FreeRTOS 队列的异步任务调度，确保动作执行不阻塞 AI 对话和其他系统功能。


static void ActionTask(void *arg) {
    EDARobotDogController *controller = static_cast(arg);
    DogActionParams params;
    controller->dog_.AttachServos();  // 初始化舵机
    while (true) {
        // 从队列接收动作指令
        if (xQueueReceive(controller->action_queue_, ¶ms, pdMS_TO_TICKS(1000)) == pdTRUE) {
            controller->is_action_in_progress_ = true;
            // 根据动作类型执行相应动作
            switch (params.action_type) {
                case ACTION_WALK:
                    controller->dog_.Walk(params.steps, params.speed, params.direction);
                    break;
                case ACTION_TURN:
                    controller->dog_.Turn(params.steps, params.speed, params.direction);
                    break;
                case ACTION_SIT:
                    controller->dog_.Sit(params.speed);
                    break;
            }
            // 动作完成后回到初始位置
            if (params.action_type != ACTION_HOME && params.action_type != ACTION_SIT) {
                controller->dog_.Home();
            }
            controller->is_action_in_progress_ = false;
        }
    }
}

​

软件开发 ​

核心模块 ​

eda_robot_pro.cc ​

eda_dog_movements_clean.cc ​

oscillator.h ​

config.json ​

实现原理 ​

硬件抽象层架构 ​

舵机振荡控制系统 ​

步态运动算法 ​

MCP 协议集成 ​

FreeRTOS 任务调度 ​