OpenCat — 开源四足机器人框架

OpenCat 是一个基于 Arduino 和 Raspberry Pi 的开源框架，用于构建和编程四足机器人。它由未来感十足的可编程机器人宠物制造商 Petoi 开发，为 Bittle 机器狗和 Nybble 机器猫两大平台提供支持。

该框架负责处理复杂的部分——步态协调、伺服电机控制、IMU 集成等——让您可以专注于在它之上构建自己的项目。

---

关于本项目

受波士顿动力公司 Spot 的启发，李荣中博士于 2016 年在维克森林大学的宿舍里启动了 OpenCat 项目。其目标很简单：让敏捷的四足机器人既经济实惠，又足够开放可 hack，以便研究人员、教育工作者和创客们都能使用——而不仅仅是资金充足的实验室。

如今，OpenCat 已应用于两款机器人平台，并在全球范围内的中小学、大学研究实验室、创客空间以及独立项目中得到广泛使用。

当前硬件

• 🐶 Bittle X — 带语音控制的机器狗 — 新一代，BiBoard/ESP32
• 🐱 Nybble Q — 机器猫 — 新一代

最初的 Bittle 和 Nybble（NyBoard/ATmega328P）已停产，但仍完全由本代码库支持。对于 NyBoard 用户而言，本仓库是正确选择；若使用 ESP32/BiBoard，请参阅 OpenCatESP32。

---

框架能为您提供什么

• 多语言支持： C/C++、Python、积木式编程
• 开放的硬件与软件： 可以 fork、修改、扩展——无厂商锁定
• 原生支持 Arduino + Raspberry Pi： 与您已使用的工具无缝兼容
• 传感器集成： 摄像头、触摸传感器、IMU、超声波传感器等——即插即用
• 从仿真到现实： 在一台经济实惠的机器人上试验强化学习模型
• 兼容 ROS： 社区已记录 SLAM、导航和感知流程

无论您是首次教授 机器人编程，还是开展研究生级别的 AI 实验，该平台都能很好地适应不同需求。

---

社区的成果

用户已在 AI、Raspberry Pi 和科研领域成功部署了多个实际 机器人项目，以下是其中的一些亮点：

• 自主移动与目标检测
• Raspberry Pi 机器人项目
• AI 和计算机视觉应用
• NVIDIA Isaac 仿真与强化学习
• 基于视觉和 LiDAR 的 ROS SLAM
• 使用 Tiny ML 模型进行模仿学习
• 利用 AWS 进行物联网机器人车队管理
• 3D 打印配件与定制化改造
• 基于 OpenCat 的 DIY 3D 打印机器人宠物

学术与科研应用场景：研究聚焦

---

硬件

本仓库针对的是 NyBoard——一款基于 ATmega328P 的定制化 Arduino 板。它可以协调多达 12 个 高性能伺服电机，实现行走、奔跑、跳跃甚至后空翻等动作。

您还可以通过以下方式扩展功能：

• 传感器套件
• 智能摄像头模块
• 通过有线或无线连接接入 Raspberry Pi、Nvidia Jetson Nano 或其他 AI 协处理器

如需使用 ESP32/BiBoard（最新一代硬件），请参阅 OpenCatESP32。

---

设置

完整文档：Petoi 文档中心
以下步骤提供简要的操作指南，但可能缺少详细的提示和示意图。

1. 克隆仓库

下载后，请移除文件夹名中的 -main（或分支名称）后缀。

2. 打开 OpenCat.ino — 选择你的机器人型号和开发板

#define BITTLE    // Petoi 9 自由度机器狗：头部1个 + 腿部8个
//#define NYBBLE  // Petoi 11 自由度机器猫：头部2个 + 尾部1个 + 腿部8个

//#define NyBoard_V0_1
//#define NyBoard_V0_2
#define NyBoard_V1_0
//#define NyBoard_V1_1

3. 进入配置模式

注释掉 #define MAIN_SKETCH，上传代码，并按照串口提示操作。

// #define MAIN_SKETCH

4. （可选）自动初始化

#define AUTO_INIT 可跳过提示并自动校准 IMU——对于频繁刷写固件非常方便。

5. 上传代码

将 USB 编程器插入 NyBoard 开发板，如有需要安装驱动程序，然后在 Arduino IDE 中点击上传按钮（→）。

6. 串口监视器

设置为“无换行符”和“115200 波特率”。

7. 重置关节偏移量

重置关节偏移量？(Y/n)
Y

8. IMU 校准

校准 IMU 吗？(Y/n):
Y

将机器人平放在桌面上。听到6声长鸣后，系统会读取传感器数据、保存偏移量，完成后再次鸣响。当出现“Ready!”时，关闭串口监视器。

9. 切换到主程序

#define MAIN_SKETCH

取消注释并重新上传。

10. 关节校准

让机器人一侧朝上启动以进入校准模式，或者直接通过串口监视器进行校准。

11. 可选：Petoi 应用程序

插入蓝牙适配器以获得更友好的校准界面：

• iOS：App Store
• 安卓：Google Play

请参考校准指南和应用指南。

12. 开始使用

可通过红外遥控器、Petoi 应用、Python 或串口监视器进行控制。完整玩法指南 →

---

教育应用

OpenCat 广泛应用于中小学机器人课程、社区学院、大学实验室及创客空间：

• 机器人教育展示
• STEM与机器人课程资源
• 机器人竞赛

---

社区与讨论

• r/OpenCat — 固件代码、框架改造、OpenCat 的扩展与移植
• r/Petoi — 硬件问答、自制项目、四足机器人编程、课程设计、3D打印零件及通用讨论

---

资源

• 社区提供的进阶教程
• 用户作品与创意改造
• 研究专题
• 机器人图库
• 常见问题解答

关注本项目：YouTube · Twitter · Instagram · Facebook · LinkedIn

---

旧版 OpenCat 仓库（GitHub 链接）已归档，不再维护。

OpenCat 四足机器人快速上手指南

OpenCat 是一个基于 Arduino 和 Raspberry Pi 的开源四足机器人框架，由 Petoi 开发。它屏蔽了步态协调、舵机控制和 IMU 集成等底层复杂性，让开发者能专注于上层应用（如 AI 视觉、强化学习、ROS 导航等）。本指南针对 NyBoard (ATmega328P) 硬件版本（适用于旧版 Bittle 和 Nybble），新版 ESP32/BiBoard 用户请参考 OpenCatESP32 仓库。

环境准备

在开始之前，请确保满足以下软硬件要求：

• 操作系统：Windows, macOS 或 Linux。
• 核心软件：Arduino IDE (建议最新版本)。
• 硬件设备：
  • Petoi NyBoard 主控板 (或兼容的 ATmega328P 开发板)。
  • USB 转 TTL 下载器 (若主板未集成 USB 接口)。
  • 组装好的四足机器人机身 (Bittle 或 Nybble) 及舵机组。
  • 9V 电池或稳压电源。
• 驱动程序：若使用 CH340/CP210x 等串口芯片，需提前安装对应驱动。
• 依赖库：本项目代码已包含必要逻辑，通常无需额外手动安装第三方库，但需确保 Arduino IDE 能识别 AVR 架构。

提示：国内用户若下载 Arduino IDE 或驱动较慢，可访问 Arduino 中文社区 获取加速资源。

安装步骤

1. 克隆项目代码

将代码库下载到本地，并移除文件夹名称中的 -main 后缀，以便 Arduino IDE 正确识别。

git clone https://github.com/PetoiCamp/OpenCat.git
# 重命名文件夹：将 "OpenCat-main" 改为 "OpenCat"

2. 配置机器人型号与主板

使用 Arduino IDE 打开 OpenCat/OpenCat.ino 文件。根据你拥有的机器人类型和主板版本，取消注释对应的宏定义：

// 选择机器人类型 (二选一)
#define BITTLE    // Petoi 9 自由度机器狗
//#define NYBBLE  // Petoi 11 自由度机器猫

// 选择主板版本 (根据实际硬件选择，此处以 V1.0 为例)
//#define NyBoard_V0_1
//#define NyBoard_V0_2
#define NyBoard_V1_0
//#define NyBoard_V1_1

3. 进入配置模式

为了进行初始校准，需要暂时注释掉主程序入口。找到以下行并添加 // 将其注释：

// #define MAIN_SKETCH

4. (可选) 启用自动初始化

若需反复烧录且跳过交互提示，可取消注释自动初始化选项：

#define AUTO_INIT

5. 编译与上传

1. 在 Arduino IDE 中选择正确的开发板：Tools > Board > Arduino Uno (NyBoard 基于 ATmega328P)。
2. 选择正确的端口：Tools > Port。
3. 点击 Upload (→) 按钮进行烧录。

基本使用

烧录完成后，需要通过串口监视器完成传感器校准和关节复位，之后即可控制机器人运动。

1. 串口校准流程

1. 打开 Arduino IDE 的 Serial Monitor (串口监视器)。
2. 设置波特率为 115200，行尾选择 No line ending (无行尾)。
3. 按以下步骤操作（若未开启 AUTO_INIT）：
   • 输入 Y 重置关节偏移量 (Reset joint offsets)。
   • 输入 Y 校准 IMU (Calibrate the IMU)。
   • 重要：将机器人平稳放置在水平桌面上。
   • 等待听到 6 声长鸣，表示传感器数据读取并保存完毕。
   • 当屏幕显示 Ready! 时，关闭串口监视器。

2. 切换回主程序

校准完成后，必须重新启用主程序才能正常控制机器人。

1. 回到代码编辑器，取消注释 MAIN_SKETCH：

   #define MAIN_SKETCH
   

2. 再次点击 Upload 烧录代码。

3. 关节微调 (可选)

重启机器人时，若某侧肢体朝上，会自动进入关节校准模式。也可通过串口发送指令微调，或使用官方 App 进行可视化校准。

4. 开始控制

现在机器人已准备就绪，你可以通过以下方式控制它：

• 红外遥控器：直接使用配套的红外遥控器发出行走、跳舞等指令。
• Petoi App：插入蓝牙模块，通过 iOS/Android App 连接控制。
• 串口指令：通过串口发送字符指令（如 kw 前进，kb 后退）。
• Python/上位机：通过 USB 或蓝牙连接，使用 Python 脚本发送指令进行二次开发。

示例：通过串口发送指令让机器狗站立

(在串口监视器中输入)
ks

(注：具体指令集请参考 Petoi 官方文档中的 Play Guide)

完成上述步骤后，你已成功搭建 OpenCat 基础环境，可以开始尝试集成摄像头、雷达或编写自定义步态算法。