HFUT_Firmament_EC
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sentry_chassis_hzz
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增加了平衡步兵的策略控制,修复了message_center的严重错误,务必同步此更新!

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NeoZng 2023-04-20 19:38:57 +08:00
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6
Src/freertos.c
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@ -70,8 +70,6 @@ void StartDAEMONTASK(void const *argument);
void StartROBOTTASK(void const *argument);
void StartROBOTTASK(void const *argument);
void StartUITASK(void const *argument);
/* USER CODE END FunctionPrototypes */
@ -175,7 +173,7 @@ void StartINSTASK(void const *argument)
while (1)
{
// 1kHz
// INS_Task();
INS_Task();
osDelay(1);
}
}
@ -206,7 +204,7 @@ void StartROBOTTASK(void const *argument)
{
// 200Hz
RobotTask();
osDelay(5); // syh此处暂时将时间改<E997B4>?10ms，原因在于未使用缓冲区发送，发<EFBC8C>?<3F>时延时5ms
osDelay(5);
}
}

121
application/balance_chassis/balance.c
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@ -7,11 +7,11 @@
#include "HT04.h"
#include "LK9025.h"
#include "bmi088.h"
#include "referee_task.h"
#include "super_cap.h"
#include "controller.h"
#include "can_comm.h"
#include "user_lib.h"
#include "rm_referee.h"
// standard
#include "stdint.h"
#include "arm_math.h" // 需要用到较多三角函数
@ -24,7 +24,8 @@ static float balance_dt;
static attitude_t *imu_data;
// static BMI088Instance *imu;
static SuperCapInstance *super_cap;
static referee_info_t *referee_data; // 裁判系统的数据会被不断更新
static referee_info_t *referee_data; // 裁判系统的数据会被不断更新
static Referee_Interactive_info_t my_uidata; // UI绘制数据,各种模式和状态/功率的显示
// 电机
static HTMotorInstance *lf, *rf, *lb, *rb;
static LKMotorInstance *l_driven, *r_driven;
@ -45,30 +46,32 @@ static PIDInstance roll_compensate_pid; // roll轴补偿,用于保持机体水
* @brief 将电机和imu的数据组装为LinkNPodParam结构体
* @note 由于两个连杆和轮子连接时,只有一个使用了轴承,另外一个直接和电机的定子连接,
* 所以轮子的转速和电机的转速不一致,因此和地面的速度应为电机转速减去杆的转速,得到的才是轮子的转速
* @note HT04电机上电的编码器位置为零,请看Link2Pod()的note,确定限位LIMIT_LINK_RAD的正负号
*
* @todo angle direction to be verified
*/
static void ParamAssemble()
{ // 电机的角度是逆时针为正,左侧全部取反
left_side.phi1 = PI2 - LIMIT_LINK_RAD - lb->measure.total_angle;
left_side.phi4 = -lf->measure.total_angle + LIMIT_LINK_RAD;
left_side.phi1_w = -lb->measure.speed_rads;
left_side.phi4_w = -lf->measure.speed_rads;
left_side.wheel_dist = -l_driven->measure.total_angle / 360 * WHEEL_RADIUS * PI;
left_side.wheel_w = -l_driven->measure.speed_rads;
right_side.phi1 = PI2 - LIMIT_LINK_RAD + rb->measure.total_angle;
right_side.phi4 = rf->measure.total_angle + LIMIT_LINK_RAD;
right_side.phi1_w = rb->measure.speed_rads;
right_side.phi4_w = rf->measure.speed_rads;
right_side.wheel_dist = r_driven->measure.total_angle / 360 * WHEEL_RADIUS * PI;
right_side.wheel_w = r_driven->measure.speed_rads;
if(chassis_cmd_recv.wz != 0) // 若有转向指令,则使用IMU积分得到的位置,否则左右轮位置相反会产生阻碍转向的力矩
{
left_side.phi1 = PI2 - LIMIT_LINK_RAD + lb->measure.total_angle;
left_side.phi4 = lf->measure.total_angle + LIMIT_LINK_RAD;
left_side.phi1_w = lb->measure.speed_rads;
left_side.phi4_w = lf->measure.speed_rads;
left_side.wheel_dist = l_driven->measure.total_angle / 360 * WHEEL_RADIUS * PI;
left_side.wheel_w = l_driven->measure.speed_rads;
// 电机的角度是逆时针为正,右侧全部取反
right_side.phi1 = PI2 - LIMIT_LINK_RAD - rb->measure.total_angle;
right_side.phi4 = -rf->measure.total_angle + LIMIT_LINK_RAD;
right_side.phi1_w = -rb->measure.speed_rads;
right_side.phi4_w = -rf->measure.speed_rads;
right_side.wheel_dist = -r_driven->measure.total_angle / 360 * WHEEL_RADIUS * PI;
right_side.wheel_w = -r_driven->measure.speed_rads;
// 若有转向指令,则使用IMU积分得到的速度,否则左右轮相反会产生阻碍转向的力矩
if (chassis_cmd_recv.wz != 0) // 此时相当于lqr的平衡环只对机体的速度响应
{
// left_side.wheel_dist = 0.5*imu_data->Accel[3];
// right_side.wheel_dist = 0.5*imu_data->Accel[3];
}
float vel_divide_R = imu_data->Accel[3] * balance_dt / WHEEL_RADIUS; // todo: 确定速度方向
left_side.wheel_w = vel_divide_R;
right_side.wheel_w = vel_divide_R;
} // 转向的时候不需要修正轮速
}
/**
@ -76,6 +79,13 @@ static void ParamAssemble()
* @todo 测试两种的效果,留下其中一种;
* 若差分的效果好则不需要VELOCITY_DIFF_VMC内的代码
*
* @note 右侧视图
* ___x anti-clockwise is positive for motor
* | _____
* |y / \
* \ /
* \ /
*
* @param p 5连杆和腿的参数
*/
static void Link2Pod(LinkNPodParam *p)
@ -88,15 +98,14 @@ static void Link2Pod(LinkNPodParam *p)
BD = powf(xD - xB, 2) + powf(yD - yB, 2);
A0 = 2 * CALF_LEN * (xD - xB);
B0 = 2 * CALF_LEN * (yD - yB);
phi2t = 2 * atan2f(B0 + Sqrt(powf(A0, 2) + powf(B0, 2) - powf(BD, 2)), A0 + BD);
xC = xB + CALF_LEN * arm_cos_f32(phi2t);
yC = yB + CALF_LEN * arm_sin_f32(phi2t);
p->phi2 = 2 * atan2f(B0 + Sqrt(powf(A0, 2) + powf(B0, 2) - powf(BD, 2)), A0 + BD);
xC = xB + CALF_LEN * arm_cos_f32(p->phi2);
yC = yB + CALF_LEN * arm_sin_f32(p->phi2);
p->phi2 = phi2t;
p->phi5 = atan2f(yC, xC - JOINT_DISTANCE / 2);
p->pod_len = Sqrt(powf(xC - JOINT_DISTANCE / 2, 2) + powf(yC, 2));
p->phi3 = atan2(yC - yD, xC - xD); // 稍后用于计算VMC
p->theta = p->phi5 - 0.5 * PI - imu_data->Pitch;
p->phi3 = atan2(yC - yD, xC - xD); // 稍后用于计算VMC
p->theta = p->phi5 - 0.5 * PI - imu_data->Pitch * DEGREE_2_RAD; // 确定方向
p->height = p->pod_len * arm_cos_f32(p->theta);
#ifdef VELOCITY_DIFF_VMC
@ -118,11 +127,12 @@ static void Link2Pod(LinkNPodParam *p)
p->phi2_w = (phi2t - p->phi2) / balance_dt; // 稍后用于修正轮速
p->pod_w = (phi5t - p->phi5) / balance_dt;
p->pod_v = (Sqrt(powf(xC - JOINT_DISTANCE / 2, 2) + powf(yC, 2)) - p->pod_len) / balance_dt;
p->theta_w = (phi5t - 0.5 * PI - imu_data->Pitch - p->theta) / balance_dt;
p->height_v = p->pod_v * arm_cos_f32(p->theta) - p->pod_len * arm_sin_f32(p->theta) * p->theta_w; // 这很酷!PDE!
p->theta_w = (phi5t - 0.5 * PI - imu_data->Pitch * DEGREE_2_RAD - balance_dt * imu_data->Gyro[3] - p->theta) / balance_dt; //@todo 确定c板安装方向(BMI088);
p->height_v = p->pod_v * arm_cos_f32(p->theta) - p->pod_len * arm_sin_f32(p->theta) * p->theta_w; // 这很酷!PDE!
#endif
p->wheel_w = (p->wheel_w - p->phi2_w + imu_data->Gyro[3]) * WHEEL_RADIUS; // 修正轮速
if (chassis_cmd_recv.wz == 0) // 没有转向控制指令,修正轮速. @todo 确定方向
p->wheel_w = (p->wheel_w - p->phi2_w + imu_data->Gyro[3]); // 注意此时单位仍然是rad/s, @todo 确定c板安装方向(BMI088);
// 此时使用的是电机编码器反馈的速度
}
/**
@ -143,11 +153,13 @@ static void CalcLQR(LinkNPodParam *p, float target_x)
{
T[i] = gain_list[i * 6 + 0] * -p->theta +
gain_list[i * 6 + 1] * -p->theta_w +
gain_list[i * 6 + 2] * (target_x - p->wheel_dist) +
gain_list[i * 6 + 3] * -p->wheel_w +
gain_list[i * 6 + 4] * -imu_data->Pitch +
gain_list[i * 6 + 5] * -imu_data->Gyro[3];
}
gain_list[i * 6 + 4] * -imu_data->Pitch * DEGREE_2_RAD +
gain_list[i * 6 + 5] * -imu_data->Gyro[1]; // @todo 待确定c板安装方向
if (chassis_cmd_recv.vx == 0 && chassis_cmd_recv.wz == 0) // 位置闭环仅在目标转向速度和水平速度都为零的情况下起作用
T[i] += gain_list[i * 6 + 2] * (target_x - p->wheel_dist); // 若速度为0,则加入位置闭环,以提供对外力更好的抵抗和复位
else
T[i] += gain_list[i * 6 + 3] * (chassis_cmd_recv.vx - p->wheel_w * WHEEL_RADIUS); // 若目标速度|角速度不为0,则只对速度闭环
} // 有转向指令的时候,轮速的来源是IMU,而不是编码器
p->T_wheel = T[0];
p->T_pod = T[1];
}
@ -170,6 +182,7 @@ static void SynthesizeMotion()
/**
* @brief 腿部控制:长度.用PD模拟弹簧的传递函数
*
* @note 实际使用的是机体当前的高度,若使用腿长计算则会导致加速和减速时因腿倾斜故而机体高度变化
*/
static void LegControl(LinkNPodParam *p, float target_length)
{
@ -212,17 +225,21 @@ static void FlyDetect()
}
/**
* @brief 功率限制,一般不需要
* @brief 功率限制,一般不需要;限制完成之后设定电机输出
*
*/
static void WattLimit()
static void WattLimitSet()
{
HTMotorSetRef(&lf, left_side.T_front);
HTMotorSetRef(&lb, left_side.T_back);
HTMotorSetRef(&rf, right_side.T_front);
HTMotorSetRef(&rb, right_side.T_back);
LKMotorSetRef(&l_driven, left_side.T_wheel);
LKMotorSetRef(&r_driven, right_side.T_wheel);
// code to limit 9025's output
// ...
// 设定电机电流
HTMotorSetRef(lf, left_side.T_front);
HTMotorSetRef(lb, left_side.T_back);
HTMotorSetRef(rf, right_side.T_front);
HTMotorSetRef(rb, right_side.T_back);
LKMotorSetRef(l_driven, left_side.T_wheel);
LKMotorSetRef(r_driven, right_side.T_wheel);
}
void BalanceInit()
@ -315,7 +332,7 @@ void BalanceInit()
};
chassis_comm = CANCommInit(&chassis_comm_conf);
// referee_data = RefereeInit(&huart6); // 裁判系统串口
referee_data = Referee_Interactive_init(&huart6, &my_uidata); // 裁判系统串口
// ↓↓↓---------------综合运动控制----------------↓↓↓
PID_Init_Config_s swerving_pid_conf = {
@ -393,19 +410,19 @@ void BalanceTask()
// 腿长控制
LegControl(&left_side, 0);
LegControl(&right_side, 0);
SynthesizeMotion(); // 综合运动控制,转向+抗劈叉
RollCompensate(); // 俯仰角补偿,保持机体水平
// 综合运动控制,转向+抗劈叉
SynthesizeMotion(); // 两边要一起
// 俯仰角补偿,保持机体水平
RollCompensate(); // 两边也要一起
// VMC映射成关节输出
VMCProject(&left_side);
VMCProject(&right_side);
FlyDetect(); // 滞空检测
FlyDetect(); // 滞空检测,尝试使用加速度计自由落体时量测值小?
WattLimit(); // 电机输出限幅
WattLimitSet(); // 电机输出限幅
// code to go here... 裁判系统,UI,多机通信
CANCommSend(chassis_comm, (uint8_t *)&chassis_feed_send);
}
}

12
application/balance_chassis/balance.h
View File

@ -1,11 +1,11 @@
#pragma once
// 底盘参数
#define CALF_LEN 0.25f // 小腿
#define THIGH_LEN 0.15f // 大腿
#define JOINT_DISTANCE 0.108f // 关节间距
#define WHEEL_RADIUS 0.032f // 轮子半径
#define LIMIT_LINK_RAD 0.358 //
#define CALF_LEN 0.245f // 小腿
#define THIGH_LEN 0.14f // 大腿
#define JOINT_DISTANCE 0.108f // 关节间距
#define WHEEL_RADIUS 0.069f // 轮子半径
#define LIMIT_LINK_RAD 0.15149458 // 初始限位角度,见ParamAssemble
// 计算速度的方式(五连杆到单杆的映射)
#define VELOCITY_DIFF_VMC // 通过速度计算增量,然后通过差分计算腿长变化率和腿角速度
@ -25,7 +25,7 @@ typedef struct
// pod
float theta, theta_w; // 杆和垂直方向的夹角,为控制状态之一
float pod_len;
float height,height_v;
float height, height_v;
float pod_v, pod_w;
float F_pod, T_pod;
} LinkNPodParam;

10
application/balance_chassis/balance.md
View File

@ -6,7 +6,7 @@
## 工作流程
1. 获取控制信息
1. 获取控制信息和状态信息，组装到linkparam
2. 根据控制模式将控制指令转化为实际的参考输入
3. 使用lqr得出的反馈增益,计算二阶倒立摆模型的控制输出;需要根据当前腿长查gain table,或预先拟合K=f(Leg)的函数
4. 计算二阶倒立摆$[L0 phi0]$和轮腿[phi1 phi4]间的雅可比,根据VMC将lqr的输出[F Tp]映射成[T1 T2] ; 驱动轮不需要映射
@ -22,3 +22,11 @@
如果功率可能超限,需要判定降低功率输出后受影响最小的执行单元,并给予其较大的功率输出衰减(一般不会超功率)
另外, 选择平衡底盘有枪口冷却增益, 注意将这一部分改变反馈给cmd, 以使得shoot有更好的表现
## 优化环节
为了控制系统有更好的效果，对工程上的细节有一些微小的优化如下：
1. 腿长控制实际上对机体高度计算腿长闭环，使得云台能够保持恒定高度
2. 静止时开启位置反馈，若有速度输入则不使用位置反馈，从而避免底盘打滑的情况
3. 没有转向输入时使用轮式里程计计算位置x，有转向输入时使用imu的二重积分，从而避免平衡控制器和转向控制器冲突

2
modules/message_center/message_center.c
View File

@ -62,7 +62,7 @@ Subscriber_t *SubRegister(char *name, uint8_t data_len)
ret->data_len = data_len; // 设定数据长度
for (size_t i = 0; i < QUEUE_SIZE; ++i)
{ // 给消息队列的每一个元素分配空间,queue里保存的实际上是数据执指针,这样可以兼容不同的数据长度
ret->queue[i] = malloc(sizeof(data_len));
ret->queue[i] = malloc(data_len);
}
// 如果是第一个订阅者,特殊处理一下,将first_subs指针指向新建的订阅者(详见文档)
if (pub->first_subs == NULL)