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基于 RT-Thread 的 RoboMaster 电控框架(一)

RTThread物联网操作系统 来源:未知 2023-09-19 19:55 次阅读
由于 RT-Thread 稳定高效的内核,丰富的文档教程,积极活跃的社区氛围,以及设备驱动框架、Kconfig、Scons、日志系统、海量的软件包……很难不选择 RT-Thread 进行项目开发。但也正是因为这些优点的覆盖面较广,很多初学者会觉得无从下手,但只要步入 RT-Thread 的大门,你就发现她的美好。这系列文档将作为本人基于 RT-Thread 开发 RoboMaster 电控框架的记录与分享,希望能帮助到更多初识 RT-Thread 的小伙伴,也欢迎大家交流分享,指正不足,共同进步。

背景

Robomaster 机器人比赛包含多个兵种,为了提高研发效率,模块化尤为重要,使用 RT-Thread 有助于面对对象思想开发;通过配备的 Kconfig,Scons 等工具可以实现工程的灵活配置;软件定时器可用作各电机等模块监控,RingBuffer 可以实现传感器信息的高效处理 …….使用的开发板为大疆的 RoboMaster-C 型开发板,基础工程为 rt-thread>bsp>stm32f407-robomaster-c

电机模块开发

使用电机和电调均为大疆官方出品,如 2006,3508,6020 等,采用 CAN 通讯方式。

构建对象

首先我们根据使用的电机特性,构建一个通用的电机对象

 1/**
 2*@briefDJIintelligentmotortypedef
 3*/
 4typedefstructdji_motor_object
 5{
 6rt_device_tcan_dev;//电机CAN实例
 7dji_motor_measure_tmeasure;//电机测量值
 8uint32_ttx_id;//发送id(主发)
 9uint32_trx_id;//接收id(主收)
10/*分组发送设置*/
11uint8_tsend_group;//同一帧报文分组
12uint8_tmessage_num;//一帧报文中位置
13motor_type_emotor_type;//电机类型
14motor_working_type_estop_flag;//启停标志
15/*监控线程相关*/
16rt_timer_ttimer;//电机监控定时器
17/*电机控制相关*/
18void*controller;//电机控制器
19int16_t(*control)(dji_motor_measure_tmeasure);//控制电机的接口用户可以自定义,返回值为16位的电压或电流
20}dji_motor_object_t;

因为这些电机我们均使用 CAN 方式进行驱动,是 CAN 设备的延申,于是将 rt_device_t can_dev 父类结构体对象内嵌。

dji_motor_measure_t 结构体中为,电机控制时需要用到的一些反馈值,包括电调直接反馈的数据以及进一步解算的得出的:

 1/**
 2*@briefDJImotorfeedback
 3*/
 4typedefstruct
 5{
 6/*以下是处理得出的数据*/
 7floatangle_single_round;//单圈角度
 8floatspeed_aps;//角速度,单位为:度/秒
 9floattotal_angle;//总角度,注意方向
10int32_ttotal_round;//总圈数,注意方向
11floattarget;//目标值(输出轴扭矩矩/速度/角度(单位度))
12/*以下是电调直接回传的数据*/
13uint16_tecd;//0-8191
14uint16_tlast_ecd;//上一次读取的编码器
15int16_tspeed_rpm;//电机的转速值
16int16_treal_current;//实际转矩电流
17uint8_ttemperature;//Celsius
18}dji_motor_measure_t;

注册实例

通过 dji_motor_object_t *dji_motor_register(motor_config_t *config, void *controller) 注册对应的电机实例,用户通过 motor_config_t *config 对实例进行灵活配置:

 1/**
 2*@brief电机初始化,返回一个电机实例
 3*@paramconfig电机配置
 4*@returndji_motor_object_t*电机实例指针
 5*/
 6dji_motor_object_t*dji_motor_register(motor_config_t*config,void*controller)
 7{
 8dji_motor_object_t*object=(dji_motor_object_t*)rt_malloc(sizeof(dji_motor_object_t));
 9rt_memset(object,0,sizeof(dji_motor_object_t));
10//对接用户配置的motor_config
11object->motor_type=config->motor_type;//6020or2006or3508
12object->rx_id=config->rx_id;//电机接收报文的ID
13object->control=controller;//电机控制器
14/*查找CAN设备*/
15object->can_dev=rt_device_find(config->can_name);
16//电机分组,因为至多4个电机可以共用一帧CAN控制报文
17motor_send_grouping(object,config);
18//电机离线检测定时器相关
19object->timer=rt_timer_create("motor1",
20motor_lost_callback,
21object,20,
22RT_TIMER_FLAG_PERIODIC);
23rt_timer_start(object->timer);
24dji_motor_enable(object);
25dji_motor_obj[idx++]=object;
26returnobject;
27}
28/*电机配置结构体*/
29typedefstruct
30{
31motor_type_emotor_type;
32constchar*can_name;
33uint32_ttx_id;//发送id(主发)
34uint32_trx_id;//接收id(主收)
35void*controller;//电机控制器
36}motor_config_t;
motor_config_t 结构体中的 void *controller 为电机所使用到的控制器集合,是一个控制器类型为其成员的结构体变量,如下:
1staticstructchassis_controller_t{
2pid_object_t*speed_pid;
3}chassis_controller;
4staticstructgimbal_controller_t{
5pid_object_t*speed_pid;
6pid_object_t*angle_pid;
7}gimbal_controlelr;

调用 dji_motor_object_t *dji_motor_register 时传入的 void *controller 为电机对应的控制器具体实现,如进行 pid 计算,滤波等,会赋值给电机对象对应的函数指针,在进行电机控制计算时被执行,如下:

1rt_int16_tchassis_control(dji_motor_measure_tmeasure){
2staticrt_int16_tset=0;
3set=pid_calculate(chassis_controller.speed_pid,measure.speed_rpm,1000);
4returnset;
5}

数据处理

电机对象离不开对数据稳定快速的收发和解析计算,接下来展开讨论使用 RT-Thread 的 CAN 设备驱动收发数据的思路。

首先是数据的接收,stm32f4 拥有 2 个 CAN 外设,所有电机和使用 CAN 总线的设备都挂载在这两条总线上,但 RT-Thread 的每个 CAN 总线只能通过 rt_device_set_rx_indicate(can_dev, can_rx_call); 注册一个对应的接收回调函数。但不同类型电机,不同 CAN 设备的数据解析处理都是不一样的,我这里的解决思路是:首先创建了一个 usr_callback 文件,用于统一管理 CAN、串口等设备可能用到的用户接收对调函数;将一个大的设备类型回调函数注册到对应 CAN 设备,其中再细分各挂载设备的数据解析,实现如下:

 1#ifdefBSP_USING_CAN
 2rt_err_tcan_rx_call(rt_device_tdev,rt_size_tsize)
 3{
 4structrt_can_msgrxmsg={0};
 5uint8_t*rxbuff=rxmsg.data;
 6/*从CAN读取一帧数据*/
 7rt_device_read(dev,0,&rxmsg,sizeof(rxmsg));
 8/*CAN接收到数据后产生中断,调用此回调函数,然后发送接收信号量*/
 9#ifdefBSP_USING_DJI_MOTOR
10dji_motot_rx_callback(rxmsg.id,rxbuff);
11#endif/*BSP_USING_DJI_MOTOR*/
12returnRT_EOK;
13}
14#endif/*BSP_USING_CAN*/
但是这其中也有一点问题,rt_err_t can_rx_call(rt_device_t dev, rt_size_t size) 传入的参数无法判断具体的 CAN 设备来源,因此所有使用到的 CAN 外设数据处理函数都会被调用,但目前问题不大,因为同一条总线上不会挂载相同 ID 的设备,这也是一开始就应该避免的错误。接下来是 CAN 报文的发送,调用 rt_device_write 发送填充好的 CAN 报文帧即可。离线检测这里使用 RT-Thread 的软件定时器对电机进行离线检测,当超过定时间没有接收到对应电机反馈报文,则进入超时回调,并输出警告日志:
 1/**
 2*@brief电机定时器超时回调函数
 3*@parammotor_ptr
 4*/
 5staticvoidmotor_lost_callback(void*motor_ptr)
 6{
 7dji_motor_object_t*motor=(dji_motor_object_t*)motor_ptr;
 8//dji_motor_stop(motor);
 9LOG_W("[dji_motor]Motorlost,canbus[%s],id0x[%x]",motor->can_dev->parent.name,motor->rx_id);
10}

使用实例

封装完成的电机模块使用示例如下:

 1staticstructchassis_controller_t{
 2pid_object_t*speed_pid;
 3}chassis_controller;
 4staticstructgimbal_controller_t{
 5pid_object_t*speed_pid;
 6pid_object_t*angle_pid;
 7}gimbal_controlelr;
 8staticdji_motor_object_t*chassis_motor;
 9staticdji_motor_object_t*gimbal_motor;
10rt_int16_tchassis_control(dji_motor_measure_tmeasure){
11staticrt_int16_tset=0;
12set=pid_calculate(chassis_controller.speed_pid,measure.speed_rpm,1000);
13returnset;
14}
15rt_int16_tgimbal_control(dji_motor_measure_tmeasure){
16staticrt_int16_tset=0;
17set=pid_calculate(gimbal_controlelr.speed_pid,measure.speed_rpm,0);
18returnset;
19}
20staticvoidexample_init()
21{
22pid_config_tchassis_speed_config={
23.Kp=10,//4.5
24.Ki=0,//0
25.Kd=0,//0
26.IntegralLimit=3000,
27.Improve=PID_Trapezoid_Intergral|PID_Integral_Limit|PID_Derivative_On_Measurement,
28.MaxOut=12000,
29};
30pid_config_tgimbal_speed_config={
31.Kp=50,//50
32.Ki=200,//200
33.Kd=0,
34.Improve=PID_Trapezoid_Intergral|PID_Integral_Limit|PID_Derivative_On_Measurement,
35.IntegralLimit=3000,
36.MaxOut=20000,
37};
38chassis_controller.speed_pid=pid_register(&chassis_speed_config);
39gimbal_controlelr.speed_pid=pid_register(&gimbal_speed_config);
40motor_config_tchassis_motor_config={
41.motor_type=M3508,
42.can_name=CAN_CHASSIS,
43.rx_id=0x201,
44.controller=&chassis_controller,
45};
46motor_config_tgimbal_motor_config={
47.motor_type=GM6020,
48.can_name=CAN_GIMBAL,
49.rx_id=0x206,
50.controller=&gimbal_controlelr,
51};
52chassis_motor=dji_motor_register(&chassis_motor_config,chassis_control);
53gimbal_motor=dji_motor_register(&gimbal_motor_config,gimbal_control);
54}

到此就可以方便且灵活的配置和使用电机模块啦

仓库地址放这里了 HNU_RM_SHARK_C ,觉得不错可以点个 Star !

存在问题及优化方向

  1. 目前 rt-thread 下 stm32 can驱动似乎仅支持 FIFO0 ,但 stm32f4 系列 can 具备两个 FIFO,如能同时使能所有 FIFO,应该能有效提高性能和稳定性。

  2. 电机的离线回调可以增加相应的声光报警。

  3. 后续考虑能不能也优化为,read,write,control 等形式。

————————————————

版权声明:本文为RT-Thread论坛用户「螺丝松掉的人」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。

原文链接:https://club.rt-thread.org/ask/article/0a655bcf83494c87.html

———————End——————

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原文标题:基于 RT-Thread 的 RoboMaster 电控框架(一)

文章出处:【微信公众号:RTThread物联网操作系统】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。


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