Signed-off-by: myperworld <myperworld@126.com>

This commit is contained in:
myperworld committed 2025-10-06 12:34:26 +08:00
1 parent 0986832fd1
commit aacd052c06
3403 files changed
+597376 -12

No files matched your search

+472
View File
@@ -0,0 +1,472 @@
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
<title>legged wheel robot web ctrl</title>
<style>
*{box-sizing:border-box;margin:0;padding:0}
body{display:flex;flex-direction:column;align-items:center;min-height:100vh;background-color:#fff;font-family:'Segoe UI',Arial,sans-serif;padding:15px;overflow:hidden;width:100vw}
.page-title{color:#333;margin-bottom:15px;text-align:center;font-weight:600;font-size:1.3rem;width:100%}
.connection-status{margin-bottom:15px;padding:6px 12px;border-radius:4px;font-weight:500;font-size:14px}
.status-connected{background-color:#e8f5e9;color:#2e7d32}
.status-disconnected{background-color:#ffebee;color:#c62828}
.btn{display:inline-block;font-size:15px;width:100px;height:60px;text-align:center;border-radius:12px;background-color:#fff;color:#6495ed;border:3px solid #6495ed;padding:0;transition:all .3s;margin:10px 0}
.row{display:flex;width:100%;justify-content:space-between;align-items:center;gap:10px}
.columnLateral{flex:1;min-width:0;text-align:center}
#joy1Div,#joy2Div{width:100%;max-width:200px;height:200px;margin:10px auto}
@media (max-width:360px){.page-title{font-size:1.1rem}
#joy1Div,#joy2Div{height:160px}
.btn{width:80px;height:50px;font-size:14px}
}
</style>
</head>
<!-- onload 事件在页面载入完成后立即触发 -->
<body onload="javascript:socket_init()">
<h1 class="page-title">WLROBOT WiFi遥控模式</h1>
<div class="connection-status status-disconnected" id="connectionStatus">未连接</div>
<center>
<div class="row">
<div class="columnLateral">
<div id="joy2Div" style="width:200px;height:200px;margin:10px"></div>
<div id="joy2Info">
<span>高度: <span id="joy2YValue">30</span></span>
<br>
<span>倾角: <span id="joy2XValue">0</span></span>
</div>
</div>
<div class="columnLateral">
<div id="joy1Div" style="width:200px;height:200px;margin:10px"></div>
<div id="joy1Info">
<span>前后: <span id="joy1YValue">0</span></span>
<br>
<span>左右: <span id="joy1XValue">0</span></span>
</div>
</div>
</div>
<div class="buttons">
<button class="btn" id="jump">Jump</button>
</div>
</center>
<script>
var socket; // socket通信
var isConnected = false; // 连接状态
var g_roll = 0;
var g_h = 30;
var g_stable = 0;
var joyX = 0;
var joyY = 0;
// 更新连接状态显示
function updateConnectionStatus(connected) {
isConnected = connected;
const statusElement = document.getElementById('connectionStatus');
if (connected) {
statusElement.textContent = '已连接';
statusElement.className = 'connection-status status-connected';
} else {
statusElement.textContent = '未连接';
statusElement.className = 'connection-status status-disconnected';
}
}
function socket_init() {
try {
// 根据环境选择合适的连接方式
const wsProtocol = window.location.protocol === 'https:' ? 'wss:' : 'ws:';
socket = new WebSocket(wsProtocol + '//' + window.location.hostname + ':81/');
// 连接成功事件
socket.onopen = function() {
// console.log('WebSocket连接已建立');
updateConnectionStatus(true);
};
// 接收消息事件
socket.onmessage = function(event) {
console.log('收到消息:', event.data);
// 可以在这里处理从服务器返回的消息
};
// 连接关闭事件
socket.onclose = function() {
console.log('WebSocket连接已关闭');
updateConnectionStatus(false);
// 尝试重连
setTimeout(socket_init, 3000);
};
// 错误事件
socket.onerror = function(error) {
console.error('WebSocket错误:', error);
updateConnectionStatus(false);
};
} catch (e) {
console.error('WebSocket初始化失败:', e);
updateConnectionStatus(false);
// 重试连接
setTimeout(socket_init, 3000);
}
}
function send_data() {
var data = {
'roll': g_roll,
'height': g_h,
'stable': g_stable,
'mode': 'basic',
'dir': "stop",
'joy_y': joyY,
'joy_x': joyX,
};
// console.log(data);
socket.send(JSON.stringify(data));
}
function is_stable() {
var obj = document.getElementById("stable");
if(obj.checked) {
// alert("is_stable checked");
g_stable = 1;
} else {
// alert("is_stable unchecked");
g_stable = 0;
}
send_data();
}
// 绑定按钮
var buttons = document.getElementsByClassName("btn");
for(i=0;i<buttons.length;i++) {
buttons[i].addEventListener("mousedown",btn_down,true);
buttons[i].addEventListener("mouseup",btn_up,true);
buttons[i].addEventListener("touchstart",btn_down,true);
buttons[i].addEventListener("touchend",btn_up,true);
}
function btn_down() {
this.style = "background-color: cornflowerblue; color: white;";
dir = (this.id == 'jump') ? 'jump' : 'stop';
var data = {
'dir': this.id,
'mode': 'basic',
'roll': g_roll,
'height': g_h,
'stable': g_stable,
'joy_x': joyX,
'joy_y': joyY,
};
// console.log(data);
socket.send(JSON.stringify(data));
}
function btn_up() {
this.style = "background-color: white; color: cornflowerblue;";
dir = (this.id == 'jump') ? 'stop' : 'jump';
var data = {
'dir': "stop",
'mode': 'basic',
'roll': g_roll,
'height': g_h,
'stable': g_stable,
'joy_x': joyX,
'joy_y': joyY,
};
// console.log(data); // 打印测试
socket.send(JSON.stringify(data));
}
/*摇杆内容*/
var JoyStick = (function(container, parameters) {
parameters = parameters || {};
var title = (typeof parameters.title === "undefined" ? "joystick" : parameters.title),
width = (typeof parameters.width === "undefined" ? 0 : parameters.width),
height = (typeof parameters.height === "undefined" ? 0 : parameters.height),
internalFillColor = (typeof parameters.internalFillColor === "undefined" ? "#4a90e2" : parameters.internalFillColor),
internalLineWidth = (typeof parameters.internalLineWidth === "undefined" ? 2 : parameters.internalLineWidth),
internalStrokeColor = (typeof parameters.internalStrokeColor === "undefined" ? "#4a90e2" : parameters.internalStrokeColor),
externalLineWidth = (typeof parameters.externalLineWidth === "undefined" ? 2 : parameters.externalLineWidth),
externalStrokeColor = (typeof parameters.externalStrokeColor === "undefined" ? "#4a90e2" : parameters.externalStrokeColor),
autoReturnToCenter = (typeof parameters.autoReturnToCenter === "undefined" ? true : parameters.autoReturnToCenter);
// Create Canvas element and add it in the Container object
var objContainer = document.getElementById(container);
var canvas = document.createElement("canvas");
canvas.id = title;
if(width === 0) { width = objContainer.clientWidth; }
if(height === 0) { height = objContainer.clientHeight; }
canvas.width = width;
canvas.height = height;
objContainer.appendChild(canvas);
var context = canvas.getContext("2d");
var isPressing = 0;
var isMoving = 0;
var isRelease = 0;
var circumference = 2 * Math.PI;
var internalRadius = (canvas.width - ((canvas.width / 2) + 10)) / 2;
var maxMoveStick = internalRadius + 5;
var externalRadius = internalRadius + 30;
var centerX = canvas.width / 2;
var centerY = canvas.height / 2;
var directionHorizontalLimitPos = canvas.width / 10;
var directionHorizontalLimitNeg = directionHorizontalLimitPos * -1;
var directionVerticalLimitPos = canvas.height / 10;
var directionVerticalLimitNeg = directionVerticalLimitPos * -1;
// Used to save current position of stick
var movedX = centerX;
var movedY = centerY;
// Check if the device support the touch or not
if("ontouchstart" in document.documentElement) {
canvas.addEventListener("touchstart", onTouchStart, true);
canvas.addEventListener("touchmove", onTouchMove, true);
document.addEventListener("touchend", onTouchEnd, true);
} else {
canvas.addEventListener("mousedown", onMouseDown, true);
canvas.addEventListener("mousemove", onMouseMove, true);
document.addEventListener("mouseup", onMouseUp, true);
}
// Draw the object
drawExternal();
drawInternal();
/**
* @desc Draw the external circle used as reference position
*/
function drawExternal() {
context.beginPath();
context.arc(centerX, centerY, externalRadius, 0, circumference, false);
context.lineWidth = externalLineWidth;
context.strokeStyle = externalStrokeColor;
context.stroke();
}
/**
* @desc Draw the internal stick in the current position the user have moved it
*/
function drawInternal() {
context.beginPath();
if(movedX < internalRadius) { movedX = maxMoveStick; }
if((movedX + internalRadius) > canvas.width) { movedX = canvas.width - (maxMoveStick); }
if(movedY < internalRadius) { movedY = maxMoveStick; }
if((movedY + internalRadius) > canvas.height) { movedY = canvas.height - (maxMoveStick); }
context.arc(movedX, movedY, internalRadius, 0, circumference, false);
// create radial gradient
var grd = context.createRadialGradient(centerX, centerY, 5, centerX, centerY, 200);
// Light color
grd.addColorStop(0, internalFillColor);
// Dark color
grd.addColorStop(1, internalStrokeColor);
context.fillStyle = grd;
context.fill();
context.lineWidth = internalLineWidth;
context.strokeStyle = internalStrokeColor;
context.stroke();
}
function postCoordinate(containerId) {
var xValue = (100 * ((movedX - centerX) / maxMoveStick)).toFixed();
var yValue = ((100 * ((movedY - centerY) / maxMoveStick)) * -1).toFixed();
if(containerId === 'joy1Div') {
joyX = xValue;
joyY = yValue;
// 更新 joy1 的显示信息
document.getElementById('joy1XValue').textContent = xValue;
document.getElementById('joy1YValue').textContent = yValue;
} else if(containerId === 'joy2Div') {
// 限定 x 轴 roll 取值范围
let rollValue = parseInt((xValue * 30 / 100).toFixed());
if (rollValue < -30) {
rollValue = -30;
} else if (rollValue > 30) {
rollValue = 30;
}
g_roll = rollValue;
// 限定 y 轴 小车高度 取值范围为 15 到 85
let heightValue = parseInt(yValue) ;
if (heightValue < 0) {
heightValue = 0;
} else if (heightValue > 60) {
heightValue = 60;
}
g_h = heightValue;
// 更新 joy2 的显示信息,显示实际限制后的值
document.getElementById('joy2XValue').textContent = g_roll;
document.getElementById('joy2YValue').textContent = g_h;
}
send_data();
}
function releaseControl() {
joyX = 0;
joyY = 0;
g_roll = 0;
g_h = 30;
// 重置显示信息
document.getElementById('joy1XValue').textContent = '0';
document.getElementById('joy1YValue').textContent = '0';
document.getElementById('joy2XValue').textContent = '0';
document.getElementById('joy2YValue').textContent = g_h;
send_data();
}
/**
* @desc Events for manage touch
*/
function noTouch(event) {
isPressing = 0;
isMoving = 0;
isRelease = 0;
}
function onTouchStart(event) {
isPressing = 1;
isMoving = 0;
isRelease = 0;
}
function onTouchMove(event) {
// Prevent the browser from doing its default thing (scroll, zoom)
event.preventDefault();
if(isPressing === 1 && event.targetTouches[0].target === canvas) {
isMoving = 1;
isRelease = 0;
movedX = event.targetTouches[0].pageX;
movedY = event.targetTouches[0].pageY;
// Manage offset
if(canvas.offsetParent.tagName.toUpperCase() === "BODY") {
movedX -= canvas.offsetLeft;
movedY -= canvas.offsetTop;
} else {
movedX -= canvas.offsetParent.offsetLeft;
movedY -= canvas.offsetParent.offsetTop;
}
// Delete canvas
context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
// Redraw object
drawExternal();
drawInternal();
postCoordinate(canvas.parentNode.id);
}
}
function onTouchEnd(event) {
//event.preventDefault();
isPressing = 0;
isMoving = 0;
isRelease = 1;
// If required reset position store variable
if(autoReturnToCenter) {
movedX = centerX;
movedY = centerY;
}
// Delete canvas
context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
// Redraw object
drawExternal();
drawInternal();
releaseControl();
}
/**
* @desc Events for manage mouse
*/
function noMouse(event) {
isPressing = 0;
isMoving = 0;
isRelease = 0;
}
function onMouseDown(event) {
isPressing = 1;
isMoving = 0;
isRelease = 0;
}
function onMouseMove(event) {
if(isPressing === 1) {
isMoving = 1;
isRelease = 0;
movedX = event.pageX;
movedY = event.pageY;
// Manage offset
if(canvas.offsetParent.tagName.toUpperCase() === "BODY") {
movedX -= canvas.offsetLeft;
movedY -= canvas.offsetTop;
} else {
movedX -= canvas.offsetParent.offsetLeft;
movedY -= canvas.offsetParent.offsetTop;
}
// Delete canvas
context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
// Redraw object
drawExternal();
drawInternal();
postCoordinate(canvas.parentNode.id);
}
}
function onMouseUp(event) {
isPressing = 0;
isMoving = 0;
isRelease = 1;
// If required reset position store variable
if(autoReturnToCenter) {
movedX = centerX;
movedY = centerY;
}
// Delete canvas
context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
// Redraw object
drawExternal();
drawInternal();
releaseControl();
}
this.GetX = function () {
return (100 * ((movedX - centerX) / maxMoveStick)).toFixed();
};
/**
* @desc Normalizzed value of Y move of stick
* @return Integer from -100 to +100
*/
this.GetY = function () {
return ((100 * ((movedY - centerY) / maxMoveStick)) * -1).toFixed();
};
});
var joy1Param = { "title": "1" };
var Joy1 = new JoyStick('joy1Div', joy1Param);
var joy2Param = { "title": "2" };
var Joy2 = new JoyStick('joy2Div', joy2Param);
</script>
</body>
</html>
@@ -0,0 +1,549 @@
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>控制器</title>
<style>
*{box-sizing:border-box;margin:0;padding:0}
body{display:flex;flex-direction:column;align-items:center;justify-content:center;min-height:100vh;background-color:#fff;font-family:'Segoe UI',Arial,sans-serif;padding:20px}
.page-title{color:#333;margin-bottom:20px;text-align:center;font-weight:600;font-size:1.5rem}
/* 摇杆容器 - 关键修改:使用flex-wrap并设置固定间距 */
.joysticks-container{
display:flex;
gap:15px; /* 摇杆之间的间距 */
align-items:center;
justify-content:center;
flex-wrap:wrap; /* 允许换行 */
width:100%;
max-width:1200px;
padding:10px 0;
}
/* 滚动条美化 */
.joysticks-container::-webkit-scrollbar{height:6px;}
.joysticks-container::-webkit-scrollbar-thumb{background-color:#4a90e2;border-radius:3px;}
.joysticks-container::-webkit-scrollbar-track{background-color:#f1f1f1;border-radius:3px;}
/* 摇杆项 - 关键修改:固定为50%宽度(减去间距) */
.joystick-item{
display:flex;
flex-direction:column;
align-items:center;
gap:10px;
width:calc(50% - 10px); /* 50%宽度减去一半间距 */
min-width:unset; /* 移除最小宽度限制 */
padding:0 5px;
}
.joystick-label{
color:#333;
font-weight:500;
font-size:14px;
text-align:center;
padding:3px 8px;
border-radius:4px;
background-color:rgba(255,255,255,.8);
white-space:nowrap;
}
.joystick-wrapper{
display:flex;
position:relative;
width:100%; /* 占满父容器宽度 */
justify-content:center;
}
.joystick-wrapper.vertical{flex-direction:column;align-items:center;}
.joystick-wrapper.horizontal{flex-direction:row;align-items:center;}
.joystick-track{
position:relative;
border:2px solid #4a90e2;
border-radius:30px;
overflow:hidden;
}
.joystick-track:hover{box-shadow:0 6px 16px rgba(0,0,0,.15);}
/* 轨道尺寸 - 水平轨道占满50%屏幕宽度,垂直轨道固定宽度 */
.joystick-track.vertical{width:60px;height:300px;}
.joystick-track.horizontal{width:100%;max-width:300px;height:60px;}
.joystick-handle{
position:absolute;
width:50px;
height:50px;
background-color:#4a90e2;
border-radius:50%;
cursor:grab;
transition:transform .1s ease-out,background-color .2s ease;
user-select:none;
-webkit-user-select:none;
border:2px solid rgba(255,255,255,.7);
display:flex;
align-items:center;
justify-content:center;
color:white;
font-weight:600;
font-size:14px;
}
.joystick-handle:active{
cursor:grabbing;
background-color:#357abd;
transform:scale(.95);
}
.joystick-wrapper.vertical .joystick-handle{left:5px;top:125px;}
.joystick-wrapper.horizontal .joystick-handle{left:calc(50% - 25px);top:5px;} /* 水平居中 */
.usage-info{
margin-top:30px;
color:#666;
font-size:14px;
text-align:center;
max-width:600px;
line-height:1.5;
}
/* 平板设备适配 */
@media (max-width:1024px){
.joystick-track.vertical{width:50px;height:250px;}
.joystick-track.horizontal{height:50px;}
.joystick-handle{width:40px;height:40px;font-size:12px;}
.joystick-wrapper.vertical .joystick-handle{left:5px;top:105px;}
.joystick-wrapper.horizontal .joystick-handle{left:calc(50% - 20px);top:5px;}
}
/* 手机设备适配 - 确保2个一行 */
@media (max-width:768px){
body{padding:10px 5px;}
.page-title{margin-bottom:15px;font-size:1.2rem;}
.joysticks-container{gap:10px;}
.joystick-item{width:calc(50% - 5px);} /* 调整间距计算 */
.joystick-track.vertical{width:45px;height:200px;}
.joystick-handle{width:35px;height:35px;font-size:12px;}
.joystick-wrapper.vertical .joystick-handle{left:5px;top:82.5px;}
.joystick-wrapper.horizontal .joystick-handle{left:calc(50% - 17.5px);top:5px;}
}
/* 小屏手机额外适配 */
@media (max-width:375px){
.joystick-track.vertical{width:40px;height:180px;}
.joystick-handle{width:30px;height:30px;font-size:11px;}
.joystick-wrapper.vertical .joystick-handle{left:5px;top:75px;}
.joystick-wrapper.horizontal .joystick-handle{left:calc(50% - 15px);top:5px;}
.joystick-label{font-size:12px;}
}
.button-container {
display: flex;
gap: 50px;
margin-bottom: 20px;
width: 100%;
justify-content: center;
}
.control-btn {
padding: 12px 24px;
background: #fff;
color: #2196F3;
border: 2px solid #2196F3;
border-radius: 6px;
cursor: pointer;
transition: all 0.3s;
}
.control-btn:active {
background-color: #2196F3;
color: white;
}
.connection-status {
margin-bottom: 15px;
padding: 6px 12px;
border-radius: 4px;
font-weight: 500;
font-size: 14px;
}
.status-connected {
background-color: #e8f5e9;
color: #2e7d32;
}
.status-disconnected {
background-color: #ffebee;
color: #c62828;
}
</style>
</head>
<body onload="socket_init()">
<h1 class="page-title">控制器</h1>
<div class="connection-status status-disconnected" id="connectionStatus">未连接</div>
<div class="button-container">
<button class="control-btn" id="blink">blink</button>
<button class="control-btn" id="dir">jump</button>
</div>
<div class="joysticks-container">
<!-- 第一行第一个:水平摇杆 -->
<div class="joystick-item">
<div class="joystick-label">摇摆</div>
<div id="roll" class="joystick-wrapper horizontal"></div>
</div>
<!-- 第一行第二个:水平摇杆 -->
<div class="joystick-item">
<div class="joystick-label">左右</div>
<div id="joy_x" class="joystick-wrapper horizontal"></div>
</div>
<!-- 第二行第一个:垂直摇杆 -->
<div class="joystick-item">
<div class="joystick-label">高度</div>
<div id="height" class="joystick-wrapper vertical"></div>
</div>
<!-- 第二行第二个:垂直摇杆 -->
<div class="joystick-item">
<div class="joystick-label">前后</div>
<div id="joy_y" class="joystick-wrapper vertical"></div>
</div>
</div>
<script>
var socket; // WebSocket实例
var isConnected = false; // 连接状态
// 更新连接状态显示
function updateConnectionStatus(connected) {
isConnected = connected;
const statusElement = document.getElementById('connectionStatus');
if (connected) {
statusElement.textContent = '已连接';
statusElement.className = 'connection-status status-connected';
} else {
statusElement.textContent = '未连接';
statusElement.className = 'connection-status status-disconnected';
}
}
// 初始化WebSocket连接
function socket_init() {
try {
// 根据环境选择合适的连接方式
const wsProtocol = window.location.protocol === 'https:' ? 'wss:' : 'ws:';
socket = new WebSocket(wsProtocol + '//' + window.location.hostname + ':81/');
// 连接成功事件
socket.onopen = function() {
console.log('WebSocket连接已建立');
updateConnectionStatus(true);
};
// 接收消息事件
socket.onmessage = function(event) {
console.log('收到消息:', event.data);
// 可以在这里处理从服务器返回的消息
};
// 连接关闭事件
socket.onclose = function() {
console.log('WebSocket连接已关闭');
updateConnectionStatus(false);
// 尝试重连
setTimeout(socket_init, 3000);
};
// 错误事件
socket.onerror = function(error) {
console.error('WebSocket错误:', error);
updateConnectionStatus(false);
};
} catch (e) {
console.error('WebSocket初始化失败:', e);
updateConnectionStatus(false);
// 重试连接
setTimeout(socket_init, 3000);
}
}
// 摇杆控制器类
class Joystick {
constructor(containerId, direction = 'vertical', min = -100, max = 100) {
this.container = document.getElementById(containerId);
this.direction = direction;
this.id = containerId;
this.isDragging = false;
this.startPos = 0;
this.currentPos = 0;
this.centerPos = 0;
this.min = min;
this.max = max;
this.range = max - min;
this.createElements();
this.handle = this.container.querySelector('.joystick-handle');
this.track = this.container.querySelector('.joystick-track');
this.initDimensions();
this.bindEvents();
this.setHandlePosition(this.centerPos);
}
createElements() {
const track = document.createElement('div');
track.className = `joystick-track ${this.direction}`;
const handle = document.createElement('div');
handle.className = 'joystick-handle';
handle.textContent = '0';
track.appendChild(handle);
this.container.appendChild(track);
}
initDimensions() {
if (this.direction === 'vertical') {
this.trackSize = this.track.offsetHeight;
this.handleSize = this.handle.offsetHeight;
this.centerPos = (this.trackSize - this.handleSize) / 2;
} else {
this.trackSize = this.track.offsetWidth;
this.handleSize = this.handle.offsetWidth;
this.centerPos = (this.trackSize - this.handleSize) / 2;
}
}
clamp(value, min, max) {
return Math.min(Math.max(value, min), max);
}
updateValue(position) {
const offset = this.direction === 'vertical'
? this.centerPos - position
: position - this.centerPos;
const rawPercentage = (offset / this.centerPos) * 100;
const rawValue = this.clamp(Math.round(rawPercentage), -100, 100);
const mappedValue = Math.round(
((rawValue + 100) / 200) * this.range + this.min
);
this.handle.textContent = mappedValue;
this.dispatchValueChange({raw: rawValue, mapped: mappedValue});
}
dispatchValueChange({raw, mapped}) {
const event = new CustomEvent('valuechange', {
detail: {
rawValue: raw,
mappedValue: mapped,
id: this.id,
joystick: this
},
bubbles: true
});
this.container.dispatchEvent(event);
}
setHandlePosition(pos) {
const minPos = 0;
const maxPos = this.trackSize - this.handleSize;
const constrainedPos = this.clamp(pos, minPos, maxPos);
if (this.direction === 'vertical') {
this.handle.style.top = `${constrainedPos}px`;
} else {
this.handle.style.left = `${constrainedPos}px`;
}
this.updateValue(constrainedPos);
}
returnToCenter() {
if (!this.isDragging) {
const currentPosition = parseFloat(
this.direction === 'vertical'
? this.handle.style.top
: this.handle.style.left
) || this.centerPos;
const distance = this.centerPos - currentPosition;
if (Math.abs(distance) < 1) {
this.setHandlePosition(this.centerPos);
return;
}
const step = distance * 0.5;
this.setHandlePosition(currentPosition + step);
requestAnimationFrame(() => this.returnToCenter());
}
}
bindEvents() {
this.handle.addEventListener('mousedown', (e) => {
this.isDragging = true;
this.startPos = this.direction === 'vertical' ? e.clientY : e.clientX;
this.currentPos = parseFloat(
this.direction === 'vertical'
? this.handle.style.top
: this.handle.style.left
) || this.centerPos;
e.preventDefault();
});
document.addEventListener('mousemove', (e) => {
if (this.isDragging) {
const delta = (this.direction === 'vertical' ? e.clientY : e.clientX) - this.startPos;
this.setHandlePosition(this.currentPos + delta);
}
});
document.addEventListener('mouseup', () => {
if (this.isDragging) {
this.isDragging = false;
this.returnToCenter();
}
});
this.handle.addEventListener('touchstart', (e) => {
this.isDragging = true;
this.startPos = this.direction === 'vertical'
? e.touches[0].clientY
: e.touches[0].clientX;
this.currentPos = parseFloat(
this.direction === 'vertical'
? this.handle.style.top
: this.handle.style.left
) || this.centerPos;
e.preventDefault();
});
document.addEventListener('touchmove', (e) => {
if (this.isDragging) {
const delta = (this.direction === 'vertical'
? e.touches[0].clientY
: e.touches[0].clientX) - this.startPos;
this.setHandlePosition(this.currentPos + delta);
e.preventDefault();
}
}, { passive: false });
document.addEventListener('touchend', () => {
if (this.isDragging) {
this.isDragging = false;
this.returnToCenter();
}
});
window.addEventListener('resize', () => {
this.initDimensions();
if (!this.isDragging) {
this.setHandlePosition(this.centerPos);
}
});
}
}
// 控制状态对象
const controlState = {
blink: 0,
dir: "stop",
roll: 0,
height: 30,
joy_y: 0,
joy_x: 0
};
// 统一发送函数
function sendAllData() {
if (!isConnected) {
console.log('未连接,无法发送数据');
return;
}
const data = {
dir: controlState.dir,
roll: controlState.roll,
height: controlState.height,
joy_y: controlState.joy_y,
joy_x: controlState.joy_x,
blink: controlState.blink,
stable: 1,
'mode': 'basic',
};
try {
socket.send(JSON.stringify(data));
console.log('发送数据:', data);
} catch (e) {
console.error('发送数据失败:', e);
updateConnectionStatus(false);
}
if (controlState.blink === 1) controlState.blink = 0;
if (controlState.dir === "jump") controlState.dir = "stop";
}
// 初始化摇杆实例
document.addEventListener('DOMContentLoaded', () => {
const joysticks = [
new Joystick('roll', 'horizontal', -30, 30),
new Joystick('height', 'vertical', 0, 60),
new Joystick('joy_y', 'vertical'),
new Joystick('joy_x', 'horizontal')
];
document.querySelectorAll('.joystick-wrapper').forEach(wrapper => {
wrapper.addEventListener('valuechange', (e) => {
controlState[e.detail.id] = e.detail.mappedValue;
sendAllData();
});
});
document.querySelectorAll('.control-btn').forEach(btn => {
btn.addEventListener('mousedown', (e) => {
btn.style.backgroundColor = '#2196F3';
btn.style.color = 'white';
switch(e.target.id) {
case 'blink': controlState.blink = 1; break;
case 'dir': controlState.dir = "jump"; break;
}
sendAllData();
});
btn.addEventListener('mouseup', () => {
btn.style.backgroundColor = '';
btn.style.color = '';
});
btn.addEventListener('touchstart', (e) => {
btn.style.backgroundColor = '#2196F3';
btn.style.color = 'white';
switch(e.target.id) {
case 'blink': controlState.blink = 1; break;
case 'dir': controlState.dir = "jump"; break;
}
sendAllData();
e.preventDefault();
});
btn.addEventListener('touchend', (e) => {
btn.style.backgroundColor = '';
btn.style.color = '';
e.preventDefault();
});
});
});
</script>
</body>
</html>
@@ -0,0 +1,977 @@
/* -----------------------------------------------------------------------------
Copyright (c) 2024 Mu Shibo
Modify by Tommy 2025.8.11
2025-08-16 优化了原世博开源轮足平衡逻辑,代码增加了较多备注。
2025-08-11 增加开机自平衡站立,简化控制,通过 esp32 遥控器直接控制,无需配网。
2025-08-16 对几种运动中倒地的极限状态进行优化,实现自平衡起身。
2025-09-14 增加坐下和起立功能。
2025-09-16 修复舵机发热问题。
2025-09-19 实现向前跳跃,运动中跳跃,落地平衡功能。
世博开源轮足优化版-TOMMY版本项目地址: https://gitee.com/myperworld/wrobot
----------------------------------------------------------------------------- */
#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
#include "esp_wifi.h"
#include "main.h"
/************实例定义*************/
// 电机实例
BLDCMotor motor1 = BLDCMotor(7);
BLDCMotor motor2 = BLDCMotor(7);
BLDCDriver3PWM driver1 = BLDCDriver3PWM(32, 33, 25, 22);
BLDCDriver3PWM driver2 = BLDCDriver3PWM(26, 27, 14, 12);
// 编码器实例
TwoWire I2Cone = TwoWire(0);
TwoWire I2Ctwo = TwoWire(1);
MagneticSensorI2C sensor1 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
MagneticSensorI2C sensor2 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
// PID控制器实例
PIDController pid_angle(1, 0, 0, 100000, 8); // pitch角度PID使其趋于零点
PIDController pid_gyro(0.06, 0, 0, 100000, 8); // 角速度PID使其趋于零点
PIDController pid_distance(0.5, 0, 0, 100000, 8);// 位移PID使其趋于零点
PIDController pid_speed(0.7, 0, 0, 100000, 8);// 速度PID使其趋于目标速度
PIDController pid_yaw_angle(1.0, 0, 0, 100000, 8);
PIDController pid_yaw_gyro(0.04, 0, 0, 100000, 8);
PIDController pid_lqr_u(1, 15, 0, 100000, 8);
PIDController pid_zeropoint(0.002, 0, 0, 100000, 4);
PIDController pid_roll_angle(8, 0, 0, 100000, 450);
// 低通滤波器实例
LowPassFilter lpf_joyy(0.2);
LowPassFilter lpf_zeropoint(0.1);
LowPassFilter lpf_roll(0.3);
// WebServer实例
WebServer webserver; // server服务器
WebSocketsServer websocket = WebSocketsServer(81); // 定义一个webSocket服务器来处理客户发送的消息
RobotProtocol rp(20);
// STS舵机实例
SMS_STS sms_sts;
// MPU6050实例
MPU6050 mpu6050(I2Ctwo);
/************参数定义*************/
#define pi 3.1415927
// 舵机位置限制参数
#define LEG_HEIGHT_BASE 20 // 腿部默认高度基准值,根据公式值越小,机身越高, 实测范围 0(最高),52(最低)
#define SERVO1_MIN (2048 + 12 + 8.4 * (35 - 52)) // 舵机1最低 从小车正面看右手
#define SERVO2_MIN (2048 - 12 - 8.4 * (35 - 52)) // 舵机2最低 从小车正面看左手
#define SERVO1_MAX (2048 + 12 + 8.4 * (35 - 0)) // 舵机1最高
#define SERVO2_MAX (2048 - 12 - 8.4 * (35 - 0)) // 舵机2最高
// 腿部舵机全局变量
int lastPosition0 = 2048;
int lastPosition1 = 2048;
#define SERVO_DEAD_ZONE 5 // 设置死区阈值 最小更新间隔(ms)
// LQR自平衡控制器参数
float LQR_angle = 0;
float LQR_gyro = 0;
float LQR_gyroZ = 0;
float LQR_speed = 0;
float LQR_distance = 0;
float angle_control = 0;
float gyro_control = 0;
float speed_control = 0;
float distance_control = 0;
float LQR_u = 0;
float angle_zeropoint = 5; // 5 设定默认俯仰角度,向前到正,向后倒负
float original_angle_zeropoint = 5; // 保存原始的角度零点
float distance_zeropoint = 0.5f; // 轮部位移零点偏置
// YAW轴控制数据
float YAW_gyro = 0;
float YAW_angle = 0;
float YAW_angle_last = 0;
float YAW_angle_total = 0;
float YAW_angle_zero_point = -10;
float YAW_output = 0;
// 腿部舵机控制数据
byte ID[2];
s16 Position[2];
u16 Speed[2];
byte ACC[2];
// 逻辑处理标志位
float robot_speed = 0; // 记录当前轮部转速
float robot_speed_last = 0; // 记录上一时刻的轮部转速
int wrobot_move_stop_flag = 0; // 记录摇杆停止的标识
int jump_flag = 0; // 跳跃时段标识
float leg_position_add = 0; // roll轴平衡控制量
// 电压检测
uint16_t bat_check_num = 0;
int BAT_PIN = 35; // select the input pin for the ADC
static esp_adc_cal_characteristics_t adc_chars;
static const adc1_channel_t channel = ADC1_CHANNEL_7;
static const adc_bits_width_t width = ADC_WIDTH_BIT_12;
static const adc_atten_t atten = ADC_ATTEN_DB_11;
static const adc_unit_t unit = ADC_UNIT_1;
int loopCounter = 0; // loop函数执行计数
int resetToDefaultCounter = 0; // resetToDefault执行计数
// 电量显示LED
#define LED_BAT 13
// 定义摇杆数值死区参数
const int deadZone = 15;
// 小车状态控制
bool robot_enabled = true; // 小车使能状态,true为起立状态,false为坐下状态
bool last_robot_enabled = true; // 记录上一次的小车状态
bool sitting_down = false; // 标记是否正在执行坐下动作
// 向前跳跃控制变量
int forward_jump_flag = 0; // 向前跳跃状态标志
typedef struct {
byte j1PotX; // 左摇杆X (0-255)
byte j1PotY; // 左摇杆Y (0-255)
byte j2PotX; // 右摇杆X (0-255)
byte j2PotY; // 右摇杆Y (0-255)
bool buttonR1; //底部右按键 1:true (默认),0:false
bool buttonR2; //底部左按键 1:true (默认),0:false
bool j1Button; //左摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool j2Button; //右摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool buttonLB; //顶部左按键 1:true (默认),0:false
bool buttonRB; //顶部右按键 1:true (默认),0:false
bool tSwitch1; //拨动开关 1:true (默认),0:false
byte roll; // 默认 127
byte pitch; // 默认 127
bool buttonR3; // 默认 1
} JoystickData;
JoystickData remoteData;
// 蓝灯爆闪
bool lastbuttonLB = false;
// ESP-NOW接收回调函数
void OnDataRecv(const uint8_t *mac, const uint8_t *incomingData, int len) {
memcpy(&remoteData, incomingData, sizeof(remoteData));
// 取反按钮值,使得默认显示 0 false,按下显示 1 true
int convertedbuttonLB = !remoteData.buttonLB; // 顶部左
int convertedbuttonRB = !remoteData.buttonRB; // 顶部右
int convertedbuttonR1 = !remoteData.buttonR1; // 底部右按键(取反:默认0,按下1)
int convertedbuttonR2 = !remoteData.buttonR2; // 底部左按键(取反:默认0,按下1)
// 处理坐下/起立指令
if (convertedbuttonR2 && robot_enabled) { // 底部左按键按下,坐下
robot_enabled = false;
sitting_down = true; // 标记开始坐下动作
original_angle_zeropoint = angle_zeropoint; // 保存当前的角度零点
}
if (convertedbuttonR1 && !robot_enabled) { // 底部右按键按下,起立
robot_enabled = true;
sitting_down = false; // 清除坐下动作标记
resetToDefault(); // 重置参数准备起立
}
// 如果小车处于坐下状态或正在执行坐下动作,不处理其他指令
if (!robot_enabled || sitting_down) {
wrobot.dir = 4; // 强制设为"不跳跃"
wrobot.joyx = 0; // 清空左右转向指令
wrobot.joyy = 0; // 清空前后移动指令
wrobot.roll = 0; // 清空左右摇摆指令
wrobot.height = 0; // 清空高度指令
return;
}
// 跳跃状态不接受指令
if( jump_flag > 0){
wrobot.dir = 4; // 强制设为“不跳跃”
wrobot.joyx = 0; // 清空左右转向指令
wrobot.joyy = 0; // 清空前后移动指令
wrobot.roll = 0; // 清空左右摇摆指令
return;
}
// 摇杆输出范围0-255,转换到 -100 到 100
// roll 左右摇摆
int convertedJ1PotX = (remoteData.j1PotX - 127.5) * (30.0 / 127.5); // 转到 -30 到 30
// 上下高度
int convertedJ1PotY = static_cast<int>((1 - remoteData.j1PotY / 255.0) * (60 - 0) + 0); // 转到 60 到 0 y轴取反,这样可以使机身下降
// 左右旋转
int convertedJ2PotX = (remoteData.j2PotX - 127.5) * (100.0 / 127.5); // 转到 -100 到 100
// 前后速度
int convertedJ2PotY = (remoteData.j2PotY - 127.5) * (100.0 / 127.5) * -1 * 1.4; // 转到 -100 到 100 y轴取反,并且放大洗漱
// 跳跃
if (convertedbuttonRB) { // 1=true,0=false
wrobot.dir = 5; // 跳跃
}else{
wrobot.dir = 4; // 不跳跃
}
// 向前跳跃
if (lastbuttonLB && !convertedbuttonLB && robot_enabled) {
forward_jump_flag = 1;
}
// 更新上次 lastbuttonRB 的值
lastbuttonLB = convertedbuttonLB;
if(abs(convertedJ1PotY) > deadZone) { // 上下高度 15 ~ 75
wrobot.height = convertedJ1PotY;
}else{
wrobot.height = 0;
}
if(abs(convertedJ1PotX) > deadZone) { // 左右摇摆 -30 ~ 30
wrobot.roll = convertedJ1PotX;
}else{
wrobot.roll = 0;
}
if(abs(convertedJ2PotY) > deadZone) { // 前后运动 -100 到 100
wrobot.joyy = convertedJ2PotY;
}else{
wrobot.joyy = 0;
}
if(abs(convertedJ2PotX) > deadZone) { // 左右运动 -100 到 100
wrobot.joyx = convertedJ2PotX;
} else {
wrobot.joyx = 0;
}
}
void setup()
{
Serial.begin(115200); // 通讯串口
Serial2.begin(1000000); // 腿部sts舵机
// 模式1:适配遥控器模式,设置WiFi通道为6
// WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置为STA模式
// 设置WiFi通道为6,为了适配遥控器模式
// esp_wifi_set_channel(6, WIFI_SECOND_CHAN_NONE);
// 模式2:适配小车wifi热点模式
WiFi_SetAP(); // 打开这行注释就能开启热点模式
webserver.begin();
webserver.on("/", HTTP_GET, basicWebCallback);
websocket.begin();
websocket.onEvent(webSocketEventCallback);
// 初始化ESP-NOW
if (esp_now_init() != ESP_OK) {
Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
return;
}
esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
// Serial.print("WIFI channel:");
// Serial.println(WiFi.channel());
// 舵机初始化
sms_sts.pSerial = &Serial2;
ID[0] = 1;
ID[1] = 2;
ACC[0] = 30;
ACC[1] = 30;
Speed[0] = 400;
Speed[1] = 400;
Position[0] = 2048;
Position[1] = 2048;
// Position[0] = SERVO1_MIN;
// Position[1] = SERVO2_MIN;
// 舵机(ID1/ID2)以最高速度V=2400步/秒,加速度A=50(50*100步/秒^2),运行至各自的Position位置
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
// 电压检测
adc_calibration_init();
adc1_config_width(width);
adc1_config_channel_atten(channel, atten);
esp_adc_cal_characterize(unit, atten, width, 0, &adc_chars);
// 电量显示LED
pinMode(LED_BAT, OUTPUT);
// 编码器设置
I2Cone.begin(19, 18, 400000UL);
I2Ctwo.begin(23, 5, 400000UL);
sensor1.init(&I2Cone);
sensor2.init(&I2Ctwo);
// mpu6050设置
mpu6050.begin();
mpu6050.calcGyroOffsets(true);
// 连接motor对象与编码器对象
motor1.linkSensor(&sensor1);
motor2.linkSensor(&sensor2);
// 速度环PID参数
motor1.PID_velocity.P = 0.05;
motor1.PID_velocity.I = 1;
motor1.PID_velocity.D = 0;
motor2.PID_velocity.P = 0.05;
motor2.PID_velocity.I = 1;
motor2.PID_velocity.D = 0;
// 驱动器设置
motor1.voltage_sensor_align = 6;
motor2.voltage_sensor_align = 6;
driver1.voltage_power_supply = 8;
driver2.voltage_power_supply = 8;
driver1.init();
driver2.init();
// 连接motor对象与驱动器对象
motor1.linkDriver(&driver1);
motor2.linkDriver(&driver2);
motor1.torque_controller = TorqueControlType::voltage; // 扭矩控制器类型为 "电压模式"
motor2.torque_controller = TorqueControlType::voltage;
motor1.controller = MotionControlType::torque; // 运动控制器类型为 "扭矩模式"
motor2.controller = MotionControlType::torque;
// monitor相关设置
motor1.useMonitoring(Serial);
motor2.useMonitoring(Serial);
// 电机初始化
motor1.init();
motor1.initFOC();
motor2.init();
motor2.initFOC();
resetToDefault(); // 重置到默认参数状态
delay(500);
}
void loop()
{
// 检测小车状态变化 坐 -> 站
if (robot_enabled && !last_robot_enabled) {
// 从坐下状态变为起立状态,重置参数
resetToDefault();
}
last_robot_enabled = robot_enabled;
// 如果小车处于坐下状态,只执行必要的功能
if (!robot_enabled) {
bat_check(); // 电压检测
web_loop(); // Web数据更新
mpu6050.update(); // IMU数据更新
// 如果正在执行坐下动作,逐步调整角度零点让小车向后倒
if (sitting_down) {
// 缓慢调整角度零点,使小车向后倒
static int sit_counter = 0;
sit_counter++;
// 先给个向后退脉冲
if (sit_counter < 30) {
// 阶段1:设置电机目标为负数,使小车向后运动
motor1.target = -1.0; // 负数小车向后,正数向前
motor2.target = -1.0;
} else {
// 阶段2:停止电机,让小车自然向后倒
motor1.target = 0;
motor2.target = 0;
}
motor1.loopFOC();
motor2.loopFOC();
motor1.move();
motor2.move();
// 当sit_counter为0时,设置舵机到最低位置
if (sit_counter == 0) {
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
ACC[0] = 5;
ACC[1] = 5;
Speed[0] = 100;
Speed[1] = 100;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
}
if (sit_counter < 100) { // 分100步完成坐下动作
// 逐步将平衡零点变成负数,小车抬头(向后倒)
angle_zeropoint -- ;
} else {
// 坐下动作完成,设置到最低位置和最终角度零点
sit_counter = 0;
sitting_down = false;
angle_zeropoint = -20; // 最终的角度零点,确保小车向后倒
}
} else {
// 已经坐下,保持最低位置和向后倒的角度零点
angle_zeropoint = -15; // 保持向后倒的角度零点
}
return; // 跳过其他控制
}
bat_check(); // 电压检测 <1ms
web_loop(); // Web数据更新 <2ms
mpu6050.update(); // IMU数据更新 <1ms
lqr_balance_loop(); // lqr自平衡控制,更新LQR_u ★ 关键实时控制 2-3ms
yaw_loop(); // yaw轴转向控制,更新YAW_output ★ 关键实时控制 1-2ms
leg_loop(); // 腿部动作控制,控制舵机SyncWritePosEx,包括判断jump_loop 舵机控制 1ms
// 记录上一次的遥控数据数据
wrobot.dir_last = wrobot.dir;
wrobot.joyx_last = wrobot.joyx;
wrobot.joyy_last = wrobot.joyy;
/* 将自平衡计算输出转矩赋给电机
motor.target 负数小车向前转,正数小车向后转,
LQR_u 越大,电机输出的转矩越大,电机向后转,默认0-8V
LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control
angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint) //LQR_u与实际LQR_angle正相关
= pid_angle( mpu6050.getAngleY() - angle_zeropoint) //LQR_u与实际pitch正相关
gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro) //LQR_u与实际LQR_gyro正相关
= pid_gyro( mpu6050.getGyroY() ) //LQR_u与实际pitch 角速度 正相关
所以这里LQR_distance和LQR_speed的计算乘以-0.5,不能单看负号
distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint) //LQR_u与电LQR_distance正相关
= pid_distance( (-0.5)*(motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle) - distance_zeropoint)
//在平衡车中,通常设定电机向后转(使车前进)为负,所以LQR_u与电机实际shaft_angle角度正相关,和负号没关系
speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy)) // 实际速度-目标速度
//LQR_speed代表实际速度,LQR_u与实际LQR_speed速度正相关
= pid_speed( (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity) - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy))
//LQR_u与实际shaft_velocity速度正相关
*/
motor1.target = (-0.5) * (LQR_u + YAW_output); // 负数小车向前,正数小车向后,取负号是因为电机是反的
motor2.target = (-0.5) * (LQR_u - YAW_output);
// 查看角度信息, 屁股向后倒 -33~-34度,舵机2048的时候-42度,头向前到底 75度,完全垂直88度
// Serial.println(LQR_angle);
// 检测小车是否向后马上要倒地了,在中间过程重置所有参数
loopCounter++;
// loopCounter作用:在期初的800次循环内视为电源开通后第一次自平衡,不能进入resetToDefault()函数重置参数
// resetToDefaultCounterz作用:防止小车倒地后某个角度,陷入循环,motor.target一直=0
if ((LQR_angle < -35.0f || LQR_angle > 70.0f ) && loopCounter > 800 && resetToDefaultCounter < 130) {
resetToDefault();
resetToDefaultCounter++;
motor1.target = 0;
motor2.target = 0;
}
if( abs(LQR_angle) < 25.0f){
resetToDefaultCounter = 0;
}
// target目标电压 0~8V, 0为不转, 8为最大转速
// Serial.print("LQR_angle:");
// Serial.println(LQR_angle);
// // Serial.print(",loopCounter:");
// // Serial.print(loopCounter);
// Serial.print(",resetToDefaultCounter:");
// Serial.print(resetToDefaultCounter);
// // Serial.print(",motor1.target:");
// // Serial.print(motor1.target);
// Serial.print(",motor2.target:");
// Serial.println(motor2.target);
// 监测速度变化
// int speed_delta = robot_speed - robot_speed_last;
// if(speed_delta > 0){
// Serial.print("speed_delta:");
// Serial.print(speed_delta);
// Serial.print(",robot_speed:");
// Serial.println(robot_speed);
// }
// 处理向前跳跃
if (forward_jump_flag) {
forward_jump_flag++;
if (forward_jump_flag < 25) {
// 保持向前脉冲
motor1.target = 1.8;
motor2.target = 1.8;
} else {
// 跳跃结束,重置状态
forward_jump_flag = 0;
wrobot.dir = 5; // 跳跃
}
}
// 迭代计算FOC相电压
motor1.loopFOC();
motor2.loopFOC();
// 设置轮部电机输出
motor1.move();
motor2.move();
} // loop()
// lqr自平衡控制
void lqr_balance_loop()
{
// LQR_distance,LQR_speed,LQR_angle,LQR_gyro 通过编码器或者mpu实际测得
// angle_zeropoint,distance_zeropoint 角度零点和位置零点(在理想平衡状态下俯仰角度和位移目标值),用于和实际值做差,得到控制
// lqr 控制参数: angle_control , gyro_control , distance_control , speed_control
// LQR平衡算式,实际使用中为便于调参,讲算式分解为4个P控制,采用PIDController方法在commander中实时调试
// LQR_u = LQR_k1*(LQR_angle - angle_zeropoint)
// + LQR_k2*LQR_gyro
// + LQR_k3*(LQR_distance - distance_zeropoint)
// + LQR_k4*LQR_speed;
// 给负值是因为按照当前的电机接线,正转矩驱动小车电机向后转
// 编码器反馈shaft_angle角度,shaft_velocity速度
// 不操作前后移动,譬如刚开机,车轮不动的,shaft_angle和shaft_velocity 都是零
// 所以,不操作前后移动,LQR_distance 和 LQR_speed趋近于0,只有角度控制和角速度控制
// 在平衡车中,通常设定电机向后转(使车前进)为负,所以这里LQR_distance和LQR_speed的计算乘以-0.5
LQR_distance = (-0.5) * (motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle); // 两个电机的旋转角度(shaft_angle)(是位置量)的平均值
LQR_speed = (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity); // 两个电机角速度(shaft_velocity)的平均值,并取反
LQR_angle = (float)mpu6050.getAngleY(); // mpu6050 pitch 角度,向前倒正数,向后倒负数
LQR_gyro = (float)mpu6050.getGyroY(); // pitch Y轴角速度
// 计算pitch的角度和角速度的pid控制值
// 实际pitch角度与零点的差值,目标值是零
// 计算角度误差,并通过 PID 控制器得到角度控制量
angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint);
// 实际pitch 角速度与目标值的差值,目标值是零
// 通过 PID 控制器对角速度进行处理,得到角速度控制量
gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro);
// 运动细节优化处理
if (wrobot.joyy != 0) // 有前后方向运动指令时的处理
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
// joyy=0,没有输出前后运动,但是小车可能被推动,运动指令复零时的原地停车处理
if ((wrobot.joyx_last != 0 && wrobot.joyx == 0) || (wrobot.joyy_last != 0 && wrobot.joyy == 0))
{
wrobot_move_stop_flag = 1;
}
if ((wrobot_move_stop_flag == 1) && (abs(LQR_speed) < 0.5))
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
wrobot_move_stop_flag = 0;
}
if (abs(LQR_speed) > 15) // 被快速推动时的原地停车处理
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
}
// 轮足离地,重置位移零点
if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag > 0 ))
{
distance_zeropoint = LQR_distance;
}
// 计算pitch的角度和角速度的pid控制值
// 电机转轴角度平均数(上面计算)-位移零点=实际位移与零点的差值, 目标值是零
// 计算位移误差,并通过位移 PID 控制器得到位移控制量
distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint);
// 电机转速平均数(上面计算)-速度目标值=实际转速与目标值的差值, 目标值是零
// 计算速度误差(实际速度减去经过低通滤波和缩放后的遥控器期望速度),并通过速度 PID 控制器得到速度控制量
speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy));
// 轮部离地检测, 连续记录两次的轮部转速
robot_speed_last = robot_speed; // 记录连续两次的轮部转速
robot_speed = LQR_speed;
// 若轮部角速度、角加速度"过大"( > 10或> 50),或处于跳跃后的恢复时期(jump_flag != 0),认为出现轮部离地现象,需要特殊处理
// 轮部离地情况下 LQR_u计算:2个参数,角度控制量+角速度控制量,对轮位移(distance)和速度(speed)控制分量不输出;反之,正常状态下完整输出平衡转矩
// if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag != 0))
if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag > 0 and jump_flag < 100))
{
// distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
LQR_u = angle_control + gyro_control; // 位移和速度控制分量被忽略
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
else // 当轮部未离地时,LQR_u:4个参数
{
// 当轮部未离地时,LQR_u 包含:角度控制量、角速度控制量、位移控制量和速度控制量,以实现完整的自平衡控制
LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control;
// 计算得到LQR_u在loop()函数中在几个子loop执行完,被motor1和motor2执行
}
// 小车没有控制的时候自稳定状态
// 控制量lqr_u<5,控制量小, 遥控器无信号输入joyy=0,轮部位移控制正常介入distance_control<4,不处于跳跃后的恢复时期jump_flag=0
if (abs(LQR_u) < 5 && wrobot.joyy == 0 && abs(distance_control) < 4 && (jump_flag == 0))
{
LQR_u = pid_lqr_u(LQR_u); // 小转矩非线性补偿
// Serial.println(LQR_u);
// lpf_zeropoint 是一个低通滤波器,对 distance_control 进行滤波处理,减少高频噪声的影响。
// 然后,将滤波后的 distance_control 作为输入,通过 pid_zeropoint 控制器进行进一步处理。
// angle_zeropoint -= ...:将计算得到的调整量从 angle_zeropoint 中减去,实现重心自适应调整。
// angle_zeropoint 是预设的角度零点,调整它可以让小车更好地适应不同的重心位置。
angle_zeropoint -= pid_zeropoint(lpf_zeropoint(distance_control)); // 重心自适应
}
else
{
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
// 平衡控制参数自适应
if (wrobot.height < 50)
{
pid_speed.P = 0.7;
}
else if (wrobot.height < 64)
{
pid_speed.P = 0.6;
}
else
{
pid_speed.P = 0.5;
}
}
// 腿部动作控制(舵机)
void leg_loop()
{
// 倒地时强制腿部收缩
if (LQR_angle < -30.0f || LQR_angle > 45.0f)
{
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
safeSyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
return; // 跳过后续控制
}
jump_loop();
if (jump_flag == 0) // 不处于跳跃状态
{
// 舵机加速度
ACC[0] = 150; // max 230
ACC[1] = 150;
// 舵机速度
Speed[0] = 500;
Speed[1] = 500;
float roll_angle = (float)mpu6050.getAngleX() + 2.0;
leg_position_add = pid_roll_angle(lpf_roll(roll_angle));
int roll_offset = wrobot.roll;
int left_height, right_height;
// Serial.print("roll_offset: ");
// Serial.println(roll_offset);
// 如果控制了 roll 角度,则调整左右脚的高度
// 计算三角函数值
float angleRad = abs(roll_offset) * (pi / 180.0); // 将角度转换为弧度
float heightAdjust = 30 * sin(angleRad); // 小车宽度的一半是30毫米,抬高的高度是30毫米*sin(弧度)
float RollOffset = 18; // 所以水平高度需要加上调整高度,否则向下倾斜无法向下了
if (roll_offset > 10) {
// 正数,左脚高度 60,右脚高度 40
// 因为车身高度最小32,所以水平高度需要加上调整高度15,否则线下倾斜无法向下了
left_height = wrobot.height + RollOffset + heightAdjust;
right_height = wrobot.height + RollOffset - heightAdjust;
leg_position_add = 0; // 不使用roll角度 pid计算
} else if (roll_offset < -10) {
// 负数,左脚高度 40,右脚高度 60
left_height = wrobot.height + RollOffset - heightAdjust;
right_height = wrobot.height + RollOffset + heightAdjust;
leg_position_add = 0;
} else { // 未控制 roll 角度
// roll 为 0,左右恢复到同一高度
left_height = wrobot.height;
right_height = wrobot.height;
// 没有人为控制roll角度,leg_position_add根据mpu6050 roll值 进行pid计算得到,以保持小车机身平稳
// 但如果小车倒地,则不需要keep roll角度,否则小车倒在地上,1个脚长,1个脚短,很难看
if (abs(LQR_angle) > 25.0f)
{
leg_position_add = 0;
}
}
// 根据新的高度计算舵机位置
// id 1 [0] 正面看右手,id 2 正面看左手 [1]
// 2048是舵机中间位置,12是微调偏移量,8.4是系数,32是默认高度,最高80,最低32
// const int LEG_HEIGHT_BASE = 32; // 这值越小,机身越高,实测范围 0(最高),52(最低)
Position[0] = 2048 + 12 + 8.4 * (left_height - LEG_HEIGHT_BASE) - leg_position_add;
Position[1] = 2048 - 12 - 8.4 * (right_height - LEG_HEIGHT_BASE) - leg_position_add;
// 限制舵机位置范围
if (Position[0] < SERVO1_MIN) // 舵机1最低
Position[0] = SERVO1_MIN;
else if (Position[0] > SERVO1_MAX) // 舵机1最高
Position[0] = SERVO1_MAX;
if (Position[1] > SERVO2_MIN) // 舵机2最低(和舵机1方向是反的)
Position[1] = SERVO2_MIN;
else if (Position[1] < SERVO2_MAX) // 舵机2最高
Position[1] = SERVO2_MAX;
safeSyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
}
}
// 跳跃控制
void jump_loop()
{ // dir: 4 = STOP, 5 = jump 上次动作是跳跃5,本次是停止4,才开始跳,因为可能连续发送了很多5跳跃指令,只执行最后一次
// 跳跃,腿部以最快速度伸到最长
// if ((wrobot.dir_last == 5) && (wrobot.dir == 4) && (jump_flag == 0))
// 缩到最低,开启jump_flag计数
if ((wrobot.dir == 5) && (jump_flag == 0))
{
ACC[0] = 150;
ACC[1] = 150;
Speed[0] = 300;
Speed[1] = 300;
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
jump_flag = 1;
}
if (jump_flag > 0) // 跳跃计数;
{
jump_flag ++;
}
// 跳跃开始
if(jump_flag == 20)
{
ACC[0] = 0;
ACC[1] = 0;
Speed[0] = 0;
Speed[1] = 0;
Position[0] = SERVO1_MAX;
Position[1] = SERVO2_MAX;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
}
// 跳跃中,腿部缩起来
if ((jump_flag > 35) && (jump_flag < 40))
{
ACC[0] = 0;
ACC[1] = 0;
Speed[0] = 0;
Speed[1] = 0;
Position[0] = (2048 + 12 + 8.4 * (35 - 32)); // 降低腿部高度,车重心
Position[1] = (2048 - 12 - 8.4 * (35 - 32));
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
jump_flag = 45;
}
// jump_flag归零
if (jump_flag > 350) // 2000=6s ,1s=2000/6=333.33
{
jump_flag = 0; // 跳跃过程结束
}
}
// yaw轴转向控制 (转向控制)
void yaw_loop()
{
// YAW_output = 0.03*(YAW_Kp*YAW_angle_total + YAW_Kd*YAW_gyro);
yaw_angle_addup();
YAW_angle_total += wrobot.joyx * 0.01; // 0.002
float yaw_angle_control = pid_yaw_angle(YAW_angle_total);
float yaw_gyro_control = pid_yaw_gyro(YAW_gyro);
// yaw 轴的角度和角速度数据进行了 PID 控制,得到 yaw_angle_control 和 yaw_gyro_control。
// 然后,将这两个控制量相加,得到最终的 YAW_output。
YAW_output = yaw_angle_control + yaw_gyro_control;
}
// Web数据更新
void web_loop()
{
webserver.handleClient();
websocket.loop();
rp.spinOnce(); // 更新web端回传的控制信息
}
// yaw轴角度累加函数
void yaw_angle_addup()
{
YAW_angle = (float)mpu6050.getAngleZ();// 左右偏航角度
YAW_gyro = (float)mpu6050.getGyroZ(); // 左右偏航角速度(转速),用于纠正小车前后走直线时的角度偏差
if (YAW_angle_zero_point == (-10))
{
YAW_angle_zero_point = YAW_angle;
}
float yaw_angle_1, yaw_angle_2, yaw_addup_angle;
if (YAW_angle > YAW_angle_last)
{
yaw_angle_1 = YAW_angle - YAW_angle_last;
yaw_angle_2 = YAW_angle - YAW_angle_last - 2 * PI;
}
else
{
yaw_angle_1 = YAW_angle - YAW_angle_last;
yaw_angle_2 = YAW_angle - YAW_angle_last + 2 * PI;
}
if (abs(yaw_angle_1) > abs(yaw_angle_2))
{
yaw_addup_angle = yaw_angle_2;
}
else
{
yaw_addup_angle = yaw_angle_1;
}
YAW_angle_total = YAW_angle_total + yaw_addup_angle;
YAW_angle_last = YAW_angle;
}
void basicWebCallback(void)
{
webserver.send(300, "text/html", basic_web);
}
void webSocketEventCallback(uint8_t num, WStype_t type, uint8_t *payload, size_t length)
{
if (type == WStype_TEXT)
{
String payload_str = String((char *)payload);
StaticJsonDocument<300> doc;
DeserializationError error = deserializeJson(doc, payload_str);
String mode_str = doc["mode"];
if (mode_str == "basic")
{
rp.parseBasic(doc);
}
}
}
// 电压检测初始化
void adc_calibration_init()
{
if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_TP) == ESP_OK)
{
printf("eFuse Two Point: Supported\n");
}
else
{
printf("eFuse Two Point: NOT supported\n");
}
// Check Vref is burned into eFuse
if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_VREF) == ESP_OK)
{
printf("eFuse Vref: Supported\n");
}
else
{
printf("eFuse Vref: NOT supported\n");
}
}
// 电压检测
void bat_check()
{
if (bat_check_num > 1000)
{
// 电压读取
uint32_t sum = 0;
sum = analogRead(BAT_PIN);
uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(sum, &adc_chars);
double battery = (voltage * 3.97) / 1000.0;
// Serial.println(battery);
// 电量显示
if (battery > 7.8)
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
else
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
bat_check_num = 0;
}
else
bat_check_num++;
}
// LED闪烁函数(不要用for,会阻塞其他程序)
void blinkLed() {
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
delay(200);
}
// 重置到默认参数状态,用于自平衡起立
void resetToDefault() {
angle_zeropoint = 5;
original_angle_zeropoint = 5;
LQR_speed = 0;
LQR_distance = 0;
speed_control = 0;
distance_control = 0;
// 需要将位移零点设置为当前位置
distance_zeropoint = (-0.5) * (motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle);
LQR_u = 0;
// YAW轴控制数据
YAW_gyro = 0;
YAW_angle = 0;
YAW_angle_last = 0;
YAW_angle_total = 0;
YAW_angle_zero_point = -10;
YAW_output = 0;
// 逻辑处理标志位
robot_speed = 0;
robot_speed_last = 0;
wrobot_move_stop_flag = 0;
jump_flag = 0;
leg_position_add = 0;
pid_lqr_u.error_prev = 0;
}
// 优化的舵机控制函数,避免舵机发热
void safeSyncWritePosEx(byte* id, byte idCount, s16* position, u16* speed, byte* acc) {
// 检查位置变化是否超过死区
bool needUpdate = false;
for(int i = 0; i < idCount; i++) {
if(id[i] == 1 && abs(position[i] - lastPosition0) > SERVO_DEAD_ZONE) {
needUpdate = true;
break;
}
if(id[i] == 2 && abs(position[i] - lastPosition1) > SERVO_DEAD_ZONE) {
needUpdate = true;
break;
}
}
// 如果需要更新,发送指令并记录新位置和时间
if(needUpdate) {
sms_sts.SyncWritePosEx(id, idCount, position, speed, acc);
// 更新记录的位置
for(int i = 0; i < idCount; i++) {
if(id[i] == 1) lastPosition0 = position[i];
if(id[i] == 2) lastPosition1 = position[i];
}
}
}
+973
View File
@@ -0,0 +1,973 @@
/* -----------------------------------------------------------------------------
Copyright (c) 2024 Mu Shibo
Modify by Tommy 2025.8.11
2025-08-16 优化了原世博开源轮足平衡逻辑,代码增加了较多备注。
2025-08-11 增加开机自平衡站立,简化控制,通过 esp32 遥控器直接控制,无需配网。
2025-08-16 对几种运动中倒地的极限状态进行优化,实现自平衡起身。
2025-09-14 增加坐下和起立功能。
2025-09-16 修复舵机发热问题。
2025-09-19 实现向前跳跃,运动中跳跃,落地平衡功能。
2025-09-29 将舵机标定2048位置统一为大腿与小腿碰到一起的位置
世博开源轮足优化版-TOMMY版本项目地址: https://gitee.com/myperworld/wrobot
----------------------------------------------------------------------------- */
#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
#include "esp_wifi.h"
#include "main.h"
/************实例定义*************/
// 电机实例
BLDCMotor motor1 = BLDCMotor(7);
BLDCMotor motor2 = BLDCMotor(7);
BLDCDriver3PWM driver1 = BLDCDriver3PWM(32, 33, 25, 22);
BLDCDriver3PWM driver2 = BLDCDriver3PWM(26, 27, 14, 12);
// 编码器实例
TwoWire I2Cone = TwoWire(0);
TwoWire I2Ctwo = TwoWire(1);
MagneticSensorI2C sensor1 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
MagneticSensorI2C sensor2 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
// PID控制器实例
PIDController pid_angle(1, 0, 0, 100000, 8); // pitch角度PID使其趋于零点
PIDController pid_gyro(0.06, 0, 0, 100000, 8); // 角速度PID使其趋于零点
PIDController pid_distance(0.5, 0, 0, 100000, 8);// 位移PID使其趋于零点
PIDController pid_speed(0.7, 0, 0, 100000, 8);// 速度PID使其趋于目标速度
PIDController pid_yaw_angle(1.0, 0, 0, 100000, 8);
PIDController pid_yaw_gyro(0.04, 0, 0, 100000, 8);
PIDController pid_lqr_u(1, 15, 0, 100000, 8);
PIDController pid_zeropoint(0.002, 0, 0, 100000, 4);
PIDController pid_roll_angle(8, 0, 0, 100000, 450);
// 低通滤波器实例
LowPassFilter lpf_joyy(0.2);
LowPassFilter lpf_zeropoint(0.1);
LowPassFilter lpf_roll(0.3);
// WebServer实例
WebServer webserver; // server服务器
WebSocketsServer websocket = WebSocketsServer(81); // 定义一个webSocket服务器来处理客户发送的消息
RobotProtocol rp(20);
// STS舵机实例
SMS_STS sms_sts;
// MPU6050实例
MPU6050 mpu6050(I2Ctwo);
/************参数定义*************/
#define pi 3.1415927
// 舵机位置限制参数
#define SERVO_DEAD_ZONE 5 // 设置死区阈值 最小更新间隔(ms)
#define LEG_HEIGHT_BASE 20 // 腿部默认高度基准值,值越小,机身越高, 实测范围 -10(最高),52(最低)
#define SERVO1_MIN 2048 // 舵机1最低位置,大腿与小腿碰到一起,从小车正面看右手边舵机
#define SERVO2_MIN 2048 // 舵机2最低位置,大腿与小腿碰到一起, 从小车正面看左手
#define SERVO1_MAX (2048 + 12 + 8.4 * (35 + 10)) // 舵机1最高
#define SERVO2_MAX (2048 - 12 - 8.4 * (35 + 10)) // 舵机2最高
int lastPosition0 = SERVO1_MIN;
int lastPosition1 = SERVO2_MIN;
// LQR自平衡控制器参数
float LQR_angle = 0;
float LQR_gyro = 0;
float LQR_gyroZ = 0;
float LQR_speed = 0;
float LQR_distance = 0;
float angle_control = 0;
float gyro_control = 0;
float speed_control = 0;
float distance_control = 0;
float LQR_u = 0;
float angle_zeropoint = 5; // 5 设定默认俯仰角度,向前到正,向后倒负
float original_angle_zeropoint = 5; // 保存原始的角度零点
float distance_zeropoint = 0.5f; // 轮部位移零点偏置
// YAW轴控制数据
float YAW_gyro = 0;
float YAW_angle = 0;
float YAW_angle_last = 0;
float YAW_angle_total = 0;
float YAW_angle_zero_point = -10;
float YAW_output = 0;
// 腿部舵机控制数据
byte ID[2];
s16 Position[2];
u16 Speed[2];
byte ACC[2];
// 逻辑处理标志位
float robot_speed = 0; // 记录当前轮部转速
float robot_speed_last = 0; // 记录上一时刻的轮部转速
int wrobot_move_stop_flag = 0; // 记录摇杆停止的标识
int jump_flag = 0; // 跳跃时段标识
float leg_position_add = 0; // roll轴平衡控制量
// 电压检测
uint16_t bat_check_num = 0;
int BAT_PIN = 35; // select the input pin for the ADC
static esp_adc_cal_characteristics_t adc_chars;
static const adc1_channel_t channel = ADC1_CHANNEL_7;
static const adc_bits_width_t width = ADC_WIDTH_BIT_12;
static const adc_atten_t atten = ADC_ATTEN_DB_12;
static const adc_unit_t unit = ADC_UNIT_1;
int loopCounter = 0; // loop函数执行计数
int resetToDefaultCounter = 0; // resetToDefault执行计数
// 电量显示LED
#define LED_BAT 13
// 定义摇杆数值死区参数
const int deadZone = 15;
// 小车状态控制
bool robot_enabled = true; // 小车使能状态,true为起立状态,false为坐下状态
bool last_robot_enabled = true; // 记录上一次的小车状态
bool sitting_down = false; // 标记是否正在执行坐下动作
// 向前跳跃控制变量
int forward_jump_flag = 0; // 向前跳跃状态标志
typedef struct {
byte j1PotX; // 左摇杆X (0-255)
byte j1PotY; // 左摇杆Y (0-255)
byte j2PotX; // 右摇杆X (0-255)
byte j2PotY; // 右摇杆Y (0-255)
bool buttonR1; //底部右按键 1:true (默认),0:false
bool buttonR2; //底部左按键 1:true (默认),0:false
bool j1Button; //左摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool j2Button; //右摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool buttonLB; //顶部左按键 1:true (默认),0:false
bool buttonRB; //顶部右按键 1:true (默认),0:false
bool tSwitch1; //拨动开关 1:true (默认),0:false
byte roll; // 默认 127
byte pitch; // 默认 127
bool buttonR3; // 默认 1
} JoystickData;
JoystickData remoteData;
// 蓝灯爆闪
bool lastbuttonLB = false;
// ESP-NOW接收回调函数
void OnDataRecv(const uint8_t *mac, const uint8_t *incomingData, int len) {
memcpy(&remoteData, incomingData, sizeof(remoteData));
// 取反按钮值,使得默认显示 0 false,按下显示 1 true
int convertedbuttonLB = !remoteData.buttonLB; // 顶部左
int convertedbuttonRB = !remoteData.buttonRB; // 顶部右
int convertedbuttonR1 = !remoteData.buttonR1; // 底部右按键(取反:默认0,按下1)
int convertedbuttonR2 = !remoteData.buttonR2; // 底部左按键(取反:默认0,按下1)
// 处理坐下/起立指令
if (convertedbuttonR2 && robot_enabled) { // 底部左按键按下,坐下
robot_enabled = false;
sitting_down = true; // 标记开始坐下动作
original_angle_zeropoint = angle_zeropoint; // 保存当前的角度零点
}
if (convertedbuttonR1 && !robot_enabled) { // 底部右按键按下,起立
robot_enabled = true;
sitting_down = false; // 清除坐下动作标记
resetToDefault(); // 重置参数准备起立
}
// 如果小车处于坐下状态或正在执行坐下动作,不处理其他指令
if (!robot_enabled || sitting_down) {
wrobot.dir = 4; // 强制设为"不跳跃"
wrobot.joyx = 0; // 清空左右转向指令
wrobot.joyy = 0; // 清空前后移动指令
wrobot.roll = 0; // 清空左右摇摆指令
wrobot.height = 0; // 清空高度指令
return;
}
// 跳跃状态不接受指令
if( jump_flag > 0){
wrobot.dir = 4; // 强制设为“不跳跃”
wrobot.joyx = 0; // 清空左右转向指令
wrobot.joyy = 0; // 清空前后移动指令
wrobot.roll = 0; // 清空左右摇摆指令
return;
}
// 摇杆输出范围0-255,转换到 -100 到 100
// roll 左右摇摆
int convertedJ1PotX = (remoteData.j1PotX - 127.5) * (30.0 / 127.5); // 转到 -30 到 30
// 上下高度
int convertedJ1PotY = static_cast<int>((1 - remoteData.j1PotY / 255.0) * (60 - 0) + 0); // 转到 60 到 0 y轴取反,这样可以使机身下降
// 左右旋转
int convertedJ2PotX = (remoteData.j2PotX - 127.5) * (100.0 / 127.5); // 转到 -100 到 100
// 前后速度
int convertedJ2PotY = (remoteData.j2PotY - 127.5) * (100.0 / 127.5) * -1 * 1.4; // 转到 -100 到 100 y轴取反,并且放大洗漱
// 跳跃
if (convertedbuttonRB) { // 1=true,0=false
wrobot.dir = 5; // 跳跃
}else{
wrobot.dir = 4; // 不跳跃
}
// 向前跳跃
if (lastbuttonLB && !convertedbuttonLB && robot_enabled) {
forward_jump_flag = 1;
}
// 更新上次 lastbuttonRB 的值
lastbuttonLB = convertedbuttonLB;
if(abs(convertedJ1PotY) > deadZone) { // 上下高度 15 ~ 75
wrobot.height = convertedJ1PotY;
}else{
wrobot.height = 0;
}
if(abs(convertedJ1PotX) > deadZone) { // 左右摇摆 -30 ~ 30
wrobot.roll = convertedJ1PotX;
}else{
wrobot.roll = 0;
}
if(abs(convertedJ2PotY) > deadZone) { // 前后运动 -100 到 100
wrobot.joyy = convertedJ2PotY;
}else{
wrobot.joyy = 0;
}
if(abs(convertedJ2PotX) > deadZone) { // 左右运动 -100 到 100
wrobot.joyx = convertedJ2PotX;
} else {
wrobot.joyx = 0;
}
}
void setup()
{
Serial.begin(115200); // 通讯串口
Serial2.begin(1000000); // 腿部sts舵机
// 模式1:适配遥控器模式,设置WiFi通道为6
// WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置为STA模式
// esp_wifi_set_channel(6, WIFI_SECOND_CHAN_NONE); // 设置WiFi通道为6,为了适配遥控器模式
// 模式2:适配小车wifi热点模式
WiFi_SetAP(); // 打开这行注释就能开启热点模式
webserver.begin();
webserver.on("/", HTTP_GET, basicWebCallback);
websocket.begin();
websocket.onEvent(webSocketEventCallback);
// 初始化ESP-NOW
if (esp_now_init() != ESP_OK) {
Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
return;
}
esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
// Serial.print("WIFI channel:");
// Serial.println(WiFi.channel());
// 舵机初始化
sms_sts.pSerial = &Serial2;
ID[0] = 1;
ID[1] = 2;
ACC[0] = 30;
ACC[1] = 30;
Speed[0] = 400;
Speed[1] = 400;
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
// 舵机(ID1/ID2)以最高速度V=2400步/秒,加速度A=50(50*100步/秒^2),运行至各自的Position位置
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
// 电压检测
adc_calibration_init();
adc1_config_width(width);
adc1_config_channel_atten(channel, atten);
esp_adc_cal_characterize(unit, atten, width, 0, &adc_chars);
// 电量显示LED
pinMode(LED_BAT, OUTPUT);
// 编码器设置
I2Cone.begin(19, 18, 400000UL);
I2Ctwo.begin(23, 5, 400000UL);
sensor1.init(&I2Cone);
sensor2.init(&I2Ctwo);
// mpu6050设置
mpu6050.begin();
mpu6050.calcGyroOffsets(true);
// 连接motor对象与编码器对象
motor1.linkSensor(&sensor1);
motor2.linkSensor(&sensor2);
// 速度环PID参数
motor1.PID_velocity.P = 0.05;
motor1.PID_velocity.I = 1;
motor1.PID_velocity.D = 0;
motor2.PID_velocity.P = 0.05;
motor2.PID_velocity.I = 1;
motor2.PID_velocity.D = 0;
// 驱动器设置
motor1.voltage_sensor_align = 6;
motor2.voltage_sensor_align = 6;
driver1.voltage_power_supply = 8;
driver2.voltage_power_supply = 8;
driver1.init();
driver2.init();
// 连接motor对象与驱动器对象
motor1.linkDriver(&driver1);
motor2.linkDriver(&driver2);
motor1.torque_controller = TorqueControlType::voltage; // 扭矩控制器类型为 "电压模式"
motor2.torque_controller = TorqueControlType::voltage;
motor1.controller = MotionControlType::torque; // 运动控制器类型为 "扭矩模式"
motor2.controller = MotionControlType::torque;
// monitor相关设置
motor1.useMonitoring(Serial);
motor2.useMonitoring(Serial);
// 电机初始化
motor1.init();
motor1.initFOC();
motor2.init();
motor2.initFOC();
resetToDefault(); // 重置到默认参数状态
delay(500);
}
void loop()
{
// 检测小车状态变化 坐 -> 站
if (robot_enabled && !last_robot_enabled) {
// 从坐下状态变为起立状态,重置参数
resetToDefault();
}
last_robot_enabled = robot_enabled;
// 如果小车处于坐下状态,只执行必要的功能
if (!robot_enabled) {
bat_check(); // 电压检测
web_loop(); // Web数据更新
mpu6050.update(); // IMU数据更新
// 如果正在执行坐下动作,逐步调整角度零点让小车向后倒
if (sitting_down) {
// 缓慢调整角度零点,使小车向后倒
static int sit_counter = 0;
sit_counter++;
// 先给个向后退脉冲
if (sit_counter < 30) {
// 阶段1:设置电机目标为负数,使小车向后运动
motor1.target = -1.0; // 负数小车向后,正数向前
motor2.target = -1.0;
} else {
// 阶段2:停止电机,让小车自然向后倒
motor1.target = 0;
motor2.target = 0;
}
motor1.loopFOC();
motor2.loopFOC();
motor1.move();
motor2.move();
// 当sit_counter为0时,设置舵机到最低位置
if (sit_counter == 0) {
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
ACC[0] = 5;
ACC[1] = 5;
Speed[0] = 100;
Speed[1] = 100;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
}
if (sit_counter < 100) { // 分100步完成坐下动作
// 逐步将平衡零点变成负数,小车抬头(向后倒)
angle_zeropoint -- ;
} else {
// 坐下动作完成,设置到最低位置和最终角度零点
sit_counter = 0;
sitting_down = false;
angle_zeropoint = -20; // 最终的角度零点,确保小车向后倒
}
} else {
// 已经坐下,保持最低位置和向后倒的角度零点
angle_zeropoint = -15; // 保持向后倒的角度零点
}
return; // 跳过其他控制
}
bat_check(); // 电压检测 <1ms
web_loop(); // Web数据更新 <2ms
mpu6050.update(); // IMU数据更新 <1ms
lqr_balance_loop(); // lqr自平衡控制,更新LQR_u ★ 关键实时控制 2-3ms
yaw_loop(); // yaw轴转向控制,更新YAW_output ★ 关键实时控制 1-2ms
leg_loop(); // 腿部动作控制,控制舵机SyncWritePosEx,包括判断jump_loop 舵机控制 1ms
// 记录上一次的遥控数据数据
wrobot.dir_last = wrobot.dir;
wrobot.joyx_last = wrobot.joyx;
wrobot.joyy_last = wrobot.joyy;
/* 将自平衡计算输出转矩赋给电机
motor.target 负数小车向前转,正数小车向后转,
LQR_u 越大,电机输出的转矩越大,电机向后转,默认0-8V
LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control
angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint) //LQR_u与实际LQR_angle正相关
= pid_angle( mpu6050.getAngleY() - angle_zeropoint) //LQR_u与实际pitch正相关
gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro) //LQR_u与实际LQR_gyro正相关
= pid_gyro( mpu6050.getGyroY() ) //LQR_u与实际pitch 角速度 正相关
所以这里LQR_distance和LQR_speed的计算乘以-0.5,不能单看负号
distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint) //LQR_u与电LQR_distance正相关
= pid_distance( (-0.5)*(motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle) - distance_zeropoint)
//在平衡车中,通常设定电机向后转(使车前进)为负,所以LQR_u与电机实际shaft_angle角度正相关,和负号没关系
speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy)) // 实际速度-目标速度
//LQR_speed代表实际速度,LQR_u与实际LQR_speed速度正相关
= pid_speed( (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity) - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy))
//LQR_u与实际shaft_velocity速度正相关
*/
motor1.target = (-0.5) * (LQR_u + YAW_output); // 负数小车向前,正数小车向后,取负号是因为电机是反的
motor2.target = (-0.5) * (LQR_u - YAW_output);
// 查看角度信息, 屁股向后倒 -33~-34度,舵机2048的时候-42度,头向前到底 75度,完全垂直88度
// Serial.println(LQR_angle);
// 检测小车是否向后马上要倒地了,在中间过程重置所有参数
loopCounter++;
// loopCounter作用:在期初的800次循环内视为电源开通后第一次自平衡,不能进入resetToDefault()函数重置参数
// resetToDefaultCounterz作用:防止小车倒地后某个角度,陷入循环,motor.target一直=0
if ((LQR_angle < -35.0f || LQR_angle > 70.0f ) && loopCounter > 800 && resetToDefaultCounter < 130) {
resetToDefault();
resetToDefaultCounter++;
motor1.target = 0;
motor2.target = 0;
}
if( abs(LQR_angle) < 25.0f){
resetToDefaultCounter = 0;
}
// target目标电压 0~8V, 0为不转, 8为最大转速
// Serial.print("LQR_angle:");
// Serial.println(LQR_angle);
// // Serial.print(",loopCounter:");
// // Serial.print(loopCounter);
// Serial.print(",resetToDefaultCounter:");
// Serial.print(resetToDefaultCounter);
// // Serial.print(",motor1.target:");
// // Serial.print(motor1.target);
// Serial.print(",motor2.target:");
// Serial.println(motor2.target);
// 监测速度变化
// int speed_delta = robot_speed - robot_speed_last;
// if(speed_delta > 0){
// Serial.print("speed_delta:");
// Serial.print(speed_delta);
// Serial.print(",robot_speed:");
// Serial.println(robot_speed);
// }
// 处理向前跳跃
if (forward_jump_flag) {
forward_jump_flag++;
if (forward_jump_flag < 25) {
// 保持向前脉冲
motor1.target = 1.8;
motor2.target = 1.8;
} else {
// 跳跃结束,重置状态
forward_jump_flag = 0;
wrobot.dir = 5; // 跳跃
}
}
// 迭代计算FOC相电压
motor1.loopFOC();
motor2.loopFOC();
// 设置轮部电机输出
motor1.move();
motor2.move();
} // loop()
// lqr自平衡控制
void lqr_balance_loop()
{
// LQR_distance,LQR_speed,LQR_angle,LQR_gyro 通过编码器或者mpu实际测得
// angle_zeropoint,distance_zeropoint 角度零点和位置零点(在理想平衡状态下俯仰角度和位移目标值),用于和实际值做差,得到控制
// lqr 控制参数: angle_control , gyro_control , distance_control , speed_control
// LQR平衡算式,实际使用中为便于调参,讲算式分解为4个P控制,采用PIDController方法在commander中实时调试
// LQR_u = LQR_k1*(LQR_angle - angle_zeropoint)
// + LQR_k2*LQR_gyro
// + LQR_k3*(LQR_distance - distance_zeropoint)
// + LQR_k4*LQR_speed;
// 给负值是因为按照当前的电机接线,正转矩驱动小车电机向后转
// 编码器反馈shaft_angle角度,shaft_velocity速度
// 不操作前后移动,譬如刚开机,车轮不动的,shaft_angle和shaft_velocity 都是零
// 所以,不操作前后移动,LQR_distance 和 LQR_speed趋近于0,只有角度控制和角速度控制
// 在平衡车中,通常设定电机向后转(使车前进)为负,所以这里LQR_distance和LQR_speed的计算乘以-0.5
LQR_distance = (-0.5) * (motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle); // 两个电机的旋转角度(shaft_angle)(是位置量)的平均值
LQR_speed = (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity); // 两个电机角速度(shaft_velocity)的平均值,并取反
LQR_angle = (float)mpu6050.getAngleY(); // mpu6050 pitch 角度,向前倒正数,向后倒负数
LQR_gyro = (float)mpu6050.getGyroY(); // pitch Y轴角速度
// 计算pitch的角度和角速度的pid控制值
// 实际pitch角度与零点的差值,目标值是零
// 计算角度误差,并通过 PID 控制器得到角度控制量
angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint);
// 实际pitch 角速度与目标值的差值,目标值是零
// 通过 PID 控制器对角速度进行处理,得到角速度控制量
gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro);
// 运动细节优化处理
if (wrobot.joyy != 0) // 有前后方向运动指令时的处理
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
// joyy=0,没有输出前后运动,但是小车可能被推动,运动指令复零时的原地停车处理
if ((wrobot.joyx_last != 0 && wrobot.joyx == 0) || (wrobot.joyy_last != 0 && wrobot.joyy == 0))
{
wrobot_move_stop_flag = 1;
}
if ((wrobot_move_stop_flag == 1) && (abs(LQR_speed) < 0.5))
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
wrobot_move_stop_flag = 0;
}
if (abs(LQR_speed) > 15) // 被快速推动时的原地停车处理
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
}
// 轮足离地,重置位移零点
if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag > 0 ))
{
distance_zeropoint = LQR_distance;
}
// 计算pitch的角度和角速度的pid控制值
// 电机转轴角度平均数(上面计算)-位移零点=实际位移与零点的差值, 目标值是零
// 计算位移误差,并通过位移 PID 控制器得到位移控制量
distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint);
// 电机转速平均数(上面计算)-速度目标值=实际转速与目标值的差值, 目标值是零
// 计算速度误差(实际速度减去经过低通滤波和缩放后的遥控器期望速度),并通过速度 PID 控制器得到速度控制量
speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy));
// 轮部离地检测, 连续记录两次的轮部转速
robot_speed_last = robot_speed; // 记录连续两次的轮部转速
robot_speed = LQR_speed;
// 若轮部角速度、角加速度"过大"( > 10或> 50),或处于跳跃后的恢复时期(jump_flag != 0),认为出现轮部离地现象,需要特殊处理
// 轮部离地情况下 LQR_u计算:2个参数,角度控制量+角速度控制量,对轮位移(distance)和速度(speed)控制分量不输出;反之,正常状态下完整输出平衡转矩
// if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag != 0))
if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag > 0 and jump_flag < 100))
{
// distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
LQR_u = angle_control + gyro_control; // 位移和速度控制分量被忽略
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
else // 当轮部未离地时,LQR_u:4个参数
{
// 当轮部未离地时,LQR_u 包含:角度控制量、角速度控制量、位移控制量和速度控制量,以实现完整的自平衡控制
LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control;
// 计算得到LQR_u在loop()函数中在几个子loop执行完,被motor1和motor2执行
}
// 小车没有控制的时候自稳定状态
// 控制量lqr_u<5,控制量小, 遥控器无信号输入joyy=0,轮部位移控制正常介入distance_control<4,不处于跳跃后的恢复时期jump_flag=0
if (abs(LQR_u) < 5 && wrobot.joyy == 0 && abs(distance_control) < 4 && (jump_flag == 0))
{
LQR_u = pid_lqr_u(LQR_u); // 小转矩非线性补偿
// Serial.println(LQR_u);
// lpf_zeropoint 是一个低通滤波器,对 distance_control 进行滤波处理,减少高频噪声的影响。
// 然后,将滤波后的 distance_control 作为输入,通过 pid_zeropoint 控制器进行进一步处理。
// angle_zeropoint -= ...:将计算得到的调整量从 angle_zeropoint 中减去,实现重心自适应调整。
// angle_zeropoint 是预设的角度零点,调整它可以让小车更好地适应不同的重心位置。
angle_zeropoint -= pid_zeropoint(lpf_zeropoint(distance_control)); // 重心自适应
}
else
{
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
// 平衡控制参数自适应
if (wrobot.height < 50)
{
pid_speed.P = 0.7;
}
else if (wrobot.height < 64)
{
pid_speed.P = 0.6;
}
else
{
pid_speed.P = 0.5;
}
}
// 腿部动作控制(舵机)
void leg_loop()
{
// 倒地时强制腿部收缩
if (LQR_angle < -30.0f || LQR_angle > 45.0f)
{
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
safeSyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
return; // 跳过后续控制
}
jump_loop();
if (jump_flag == 0) // 不处于跳跃状态
{
// 舵机加速度
ACC[0] = 150; // max 230
ACC[1] = 150;
// 舵机速度
Speed[0] = 500;
Speed[1] = 500;
float roll_angle = (float)mpu6050.getAngleX() + 2.0;
leg_position_add = pid_roll_angle(lpf_roll(roll_angle));
int roll_offset = wrobot.roll;
int left_height, right_height;
// Serial.print("roll_offset: ");
// Serial.println(roll_offset);
// 如果控制了 roll 角度,则调整左右脚的高度
// 计算三角函数值
float angleRad = abs(roll_offset) * (pi / 180.0); // 将角度转换为弧度
float heightAdjust = 30 * sin(angleRad); // 小车宽度的一半是30毫米,抬高的高度是30毫米*sin(弧度)
float RollOffset = 18; // 所以水平高度需要加上调整高度,否则向下倾斜无法向下了
if (roll_offset > 10) {
// 正数,左脚高度 60,右脚高度 40
// 因为车身高度最小32,所以水平高度需要加上调整高度15,否则线下倾斜无法向下了
left_height = wrobot.height + RollOffset + heightAdjust;
right_height = wrobot.height + RollOffset - heightAdjust;
leg_position_add = 0; // 不使用roll角度 pid计算
} else if (roll_offset < -10) {
// 负数,左脚高度 40,右脚高度 60
left_height = wrobot.height + RollOffset - heightAdjust;
right_height = wrobot.height + RollOffset + heightAdjust;
leg_position_add = 0;
} else { // 未控制 roll 角度
// roll 为 0,左右恢复到同一高度
left_height = wrobot.height;
right_height = wrobot.height;
// 没有人为控制roll角度,leg_position_add根据mpu6050 roll值 进行pid计算得到,以保持小车机身平稳
// 但如果小车倒地,则不需要keep roll角度,否则小车倒在地上,1个脚长,1个脚短,很难看
if (abs(LQR_angle) > 25.0f)
{
leg_position_add = 0;
}
}
// 根据新的高度计算舵机位置
// id 1 [0] 正面看右手,id 2 正面看左手 [1]
// 2048是舵机中间位置,12是微调偏移量,8.4是系数,32是默认高度,最高80,最低32
// const int LEG_HEIGHT_BASE = 32; // 这值越小,机身越高,实测范围 0(最高),52(最低)
Position[0] = 2048 + 12 + 8.4 * (left_height - LEG_HEIGHT_BASE) - leg_position_add;
Position[1] = 2048 - 12 - 8.4 * (right_height - LEG_HEIGHT_BASE) - leg_position_add;
// 限制舵机位置范围
if (Position[0] < SERVO1_MIN) // 舵机1最低
Position[0] = SERVO1_MIN;
else if (Position[0] > SERVO1_MAX) // 舵机1最高
Position[0] = SERVO1_MAX;
if (Position[1] > SERVO2_MIN) // 舵机2最低(和舵机1方向是反的)
Position[1] = SERVO2_MIN;
else if (Position[1] < SERVO2_MAX) // 舵机2最高
Position[1] = SERVO2_MAX;
safeSyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
}
}
// 跳跃控制
void jump_loop()
{ // dir: 4 = STOP, 5 = jump 上次动作是跳跃5,本次是停止4,才开始跳,因为可能连续发送了很多5跳跃指令,只执行最后一次
// 跳跃,腿部以最快速度伸到最长
// if ((wrobot.dir_last == 5) && (wrobot.dir == 4) && (jump_flag == 0))
// 缩到最低,开启jump_flag计数
if ((wrobot.dir == 5) && (jump_flag == 0))
{
ACC[0] = 150;
ACC[1] = 150;
Speed[0] = 300;
Speed[1] = 300;
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
jump_flag = 1;
}
if (jump_flag > 0) // 跳跃计数;
{
jump_flag ++;
}
// 跳跃开始
if(jump_flag == 20)
{
ACC[0] = 0;
ACC[1] = 0;
Speed[0] = 0;
Speed[1] = 0;
Position[0] = SERVO1_MAX;
Position[1] = SERVO2_MAX;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
}
// 跳跃中,腿部缩起来
if ((jump_flag > 35) && (jump_flag < 40))
{
ACC[0] = 0;
ACC[1] = 0;
Speed[0] = 0;
Speed[1] = 0;
Position[0] = (2048 + 12 + 8.4 * (35 - 30)); // 不能是SERVO1_MIN值,防止腿部碰撞
Position[1] = (2048 - 12 - 8.4 * (35 - 30));
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
jump_flag = 45;
}
// jump_flag归零
if (jump_flag > 350) // 2000=6s ,1s=2000/6=333.33
{
jump_flag = 0; // 跳跃过程结束
}
}
// yaw轴转向控制 (转向控制)
void yaw_loop()
{
// YAW_output = 0.03*(YAW_Kp*YAW_angle_total + YAW_Kd*YAW_gyro);
yaw_angle_addup();
YAW_angle_total += wrobot.joyx * 0.01; // 0.002
float yaw_angle_control = pid_yaw_angle(YAW_angle_total);
float yaw_gyro_control = pid_yaw_gyro(YAW_gyro);
// yaw 轴的角度和角速度数据进行了 PID 控制,得到 yaw_angle_control 和 yaw_gyro_control。
// 然后,将这两个控制量相加,得到最终的 YAW_output。
YAW_output = yaw_angle_control + yaw_gyro_control;
}
// Web数据更新
void web_loop()
{
webserver.handleClient();
websocket.loop();
rp.spinOnce(); // 更新web端回传的控制信息
}
// yaw轴角度累加函数
void yaw_angle_addup()
{
YAW_angle = (float)mpu6050.getAngleZ();// 左右偏航角度
YAW_gyro = (float)mpu6050.getGyroZ(); // 左右偏航角速度(转速),用于纠正小车前后走直线时的角度偏差
if (YAW_angle_zero_point == (-10))
{
YAW_angle_zero_point = YAW_angle;
}
float yaw_angle_1, yaw_angle_2, yaw_addup_angle;
if (YAW_angle > YAW_angle_last)
{
yaw_angle_1 = YAW_angle - YAW_angle_last;
yaw_angle_2 = YAW_angle - YAW_angle_last - 2 * PI;
}
else
{
yaw_angle_1 = YAW_angle - YAW_angle_last;
yaw_angle_2 = YAW_angle - YAW_angle_last + 2 * PI;
}
if (abs(yaw_angle_1) > abs(yaw_angle_2))
{
yaw_addup_angle = yaw_angle_2;
}
else
{
yaw_addup_angle = yaw_angle_1;
}
YAW_angle_total = YAW_angle_total + yaw_addup_angle;
YAW_angle_last = YAW_angle;
}
void basicWebCallback(void)
{
webserver.send(300, "text/html", basic_web);
}
void webSocketEventCallback(uint8_t num, WStype_t type, uint8_t *payload, size_t length)
{
if (type == WStype_TEXT)
{
String payload_str = String((char *)payload);
StaticJsonDocument<300> doc;
DeserializationError error = deserializeJson(doc, payload_str);
String mode_str = doc["mode"];
if (mode_str == "basic")
{
rp.parseBasic(doc);
}
}
}
// 电压检测初始化
void adc_calibration_init()
{
if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_TP) == ESP_OK)
{
printf("eFuse Two Point: Supported\n");
}
else
{
printf("eFuse Two Point: NOT supported\n");
}
// Check Vref is burned into eFuse
if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_VREF) == ESP_OK)
{
printf("eFuse Vref: Supported\n");
}
else
{
printf("eFuse Vref: NOT supported\n");
}
}
// 电压检测
void bat_check()
{
if (bat_check_num > 1000)
{
// 电压读取
uint32_t sum = 0;
sum = analogRead(BAT_PIN);
uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(sum, &adc_chars);
double battery = (voltage * 3.97) / 1000.0;
// Serial.println(battery);
// 电量显示
if (battery > 7.8)
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
else
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
bat_check_num = 0;
}
else
bat_check_num++;
}
// LED闪烁函数(不要用for,会阻塞其他程序)
void blinkLed() {
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
delay(200);
}
// 重置到默认参数状态,用于自平衡起立
void resetToDefault() {
angle_zeropoint = 5;
original_angle_zeropoint = 5;
LQR_speed = 0;
LQR_distance = 0;
speed_control = 0;
distance_control = 0;
// 需要将位移零点设置为当前位置
distance_zeropoint = (-0.5) * (motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle);
LQR_u = 0;
// YAW轴控制数据
YAW_gyro = 0;
YAW_angle = 0;
YAW_angle_last = 0;
YAW_angle_total = 0;
YAW_angle_zero_point = -10;
YAW_output = 0;
// 逻辑处理标志位
robot_speed = 0;
robot_speed_last = 0;
wrobot_move_stop_flag = 0;
jump_flag = 0;
leg_position_add = 0;
pid_lqr_u.error_prev = 0;
}
// 优化的舵机控制函数,避免舵机发热
void safeSyncWritePosEx(byte* id, byte idCount, s16* position, u16* speed, byte* acc) {
// 检查位置变化是否超过死区
bool needUpdate = false;
for(int i = 0; i < idCount; i++) {
if(id[i] == 1 && abs(position[i] - lastPosition0) > SERVO_DEAD_ZONE) {
needUpdate = true;
break;
}
if(id[i] == 2 && abs(position[i] - lastPosition1) > SERVO_DEAD_ZONE) {
needUpdate = true;
break;
}
}
// 如果需要更新,发送指令并记录新位置和时间
if(needUpdate) {
sms_sts.SyncWritePosEx(id, idCount, position, speed, acc);
// 更新记录的位置
for(int i = 0; i < idCount; i++) {
if(id[i] == 1) lastPosition0 = position[i];
if(id[i] == 2) lastPosition1 = position[i];
}
}
}
File diff suppressed because it is too large. Load diff
File diff suppressed because it is too large. Load diff
@@ -0,0 +1,518 @@
/* -----------------------------------------------------------------------------
Copyright (c) 2024 Mu Shibo
Modify by Tommy 2025.8.11
2025-08-16 优化了原世博开源轮足平衡逻辑,代码增加了较多备注。
2025-08-11 增加开机自平衡站立,简化控制,通过 esp32 遥控器直接控制,无需配网。
2025-08-16 对几种运动中倒地的极限状态进行优化,实现自平衡起身。
2025-09-14 增加坐下和起立功能。
2025-09-16 修复舵机发热问题。
2025-09-19 实现向前跳跃,运动中跳跃,落地平衡功能。
世博开源轮足优化版-TOMMY版本项目地址: https://gitee.com/myperworld/wrobot
----------------------------------------------------------------------------- */
#include <Arduino.h>
// ESP-NOW/WiFi相关头文件
// #include <esp_now.h>
// #include <WiFi.h>
// #include "esp_wifi.h"
#include "main.h"
// 蓝牙相关头文件
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLEServer.h>
// 蓝牙服务与特征UUID
#define SERVICE_UUID "6e400001-b5a3-f393-e0a9-e50e24dcca9e"
#define CHARACTERISTIC_UUID "6e400002-b5a3-f393-e0a9-e50e24dcca9e"
/************实例定义*************/
// 电机实例
// BLDCMotor motor1 = BLDCMotor(7);
// BLDCMotor motor2 = BLDCMotor(7);
// BLDCDriver3PWM driver1 = BLDCDriver3PWM(32, 33, 25, 22);
// BLDCDriver3PWM driver2 = BLDCDriver3PWM(26, 27, 14, 12);
// // 编码器实例
// TwoWire I2Cone = TwoWire(0);
// TwoWire I2Ctwo = TwoWire(1);
// MagneticSensorI2C sensor1 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
// MagneticSensorI2C sensor2 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
// // PID控制器实例
// PIDController pid_angle(1, 0, 0, 100000, 8); // pitch角度PID使其趋于零点
// PIDController pid_gyro(0.06, 0, 0, 100000, 8); // 角速度PID使其趋于零点
// PIDController pid_distance(0.5, 0, 0, 100000, 8);// 位移PID使其趋于零点
// PIDController pid_speed(0.7, 0, 0, 100000, 8);// 速度PID使其趋于目标速度
// PIDController pid_yaw_angle(1.0, 0, 0, 100000, 8);
// PIDController pid_yaw_gyro(0.04, 0, 0, 100000, 8);
// PIDController pid_lqr_u(1, 15, 0, 100000, 8);
// PIDController pid_zeropoint(0.002, 0, 0, 100000, 4);
// PIDController pid_roll_angle(8, 0, 0, 100000, 450);
// // 低通滤波器实例
// LowPassFilter lpf_joyy(0.2);
// LowPassFilter lpf_zeropoint(0.1);
// LowPassFilter lpf_roll(0.3);
// // WebServer实例
WebServer webserver; // server服务器
WebSocketsServer websocket = WebSocketsServer(81); // 定义一个webSocket服务器来处理客户发送的消息
RobotProtocol rp(20);
// // STS舵机实例
// SMS_STS sms_sts;
// // MPU6050实例
// MPU6050 mpu6050(I2Ctwo);
/************参数定义*************/
#define pi 3.1415927
// 舵机位置限制参数
#define LEG_HEIGHT_BASE 20 // 腿部默认高度基准值,根据公式值越小,机身越高, 实测范围 0(最高),52(最低)
#define SERVO1_MIN (2048 + 12 + 8.4 * (35 - 52)) // 舵机1最低 从小车正面看右手
#define SERVO2_MIN (2048 - 12 - 8.4 * (35 - 52)) // 舵机2最低 从小车正面看左手
#define SERVO1_MAX (2048 + 12 + 8.4 * (35 - 0)) // 舵机1最高
#define SERVO2_MAX (2048 - 12 - 8.4 * (35 - 0)) // 舵机2最高
// 腿部舵机全局变量
int lastPosition0 = 2048;
int lastPosition1 = 2048;
#define SERVO_DEAD_ZONE 5 // 设置死区阈值 最小更新间隔(ms)
// LQR自平衡控制器参数
float LQR_angle = 0;
float LQR_gyro = 0;
float LQR_gyroZ = 0;
float LQR_speed = 0;
float LQR_distance = 0;
float angle_control = 0;
float gyro_control = 0;
float speed_control = 0;
float distance_control = 0;
float LQR_u = 0;
float angle_zeropoint = 5; // 5 设定默认俯仰角度,向前到正,向后倒负
float original_angle_zeropoint = 5; // 保存原始的角度零点
float distance_zeropoint = 0.5f; // 轮部位移零点偏置
// YAW轴控制数据
float YAW_gyro = 0;
float YAW_angle = 0;
float YAW_angle_last = 0;
float YAW_angle_total = 0;
float YAW_angle_zero_point = -10;
float YAW_output = 0;
// 腿部舵机控制数据
byte ID[2];
s16 Position[2];
u16 Speed[2];
byte ACC[2];
// 逻辑处理标志位
float robot_speed = 0; // 记录当前轮部转速
float robot_speed_last = 0; // 记录上一时刻的轮部转速
int wrobot_move_stop_flag = 0; // 记录摇杆停止的标识
int jump_flag = 0; // 跳跃时段标识
float leg_position_add = 0; // roll轴平衡控制量
// 电压检测
uint16_t bat_check_num = 0;
int BAT_PIN = 35; // select the input pin for the ADC
static esp_adc_cal_characteristics_t adc_chars;
static const adc1_channel_t channel = ADC1_CHANNEL_7;
static const adc_bits_width_t width = ADC_WIDTH_BIT_12;
static const adc_atten_t atten = ADC_ATTEN_DB_11;
static const adc_unit_t unit = ADC_UNIT_1;
int loopCounter = 0; // loop函数执行计数
int resetToDefaultCounter = 0; // resetToDefault执行计数
// 电量显示LED
#define LED_BAT 13
// 定义摇杆数值死区参数
const int deadZone = 15;
// 小车状态控制
bool robot_enabled = true; // 小车使能状态,true为起立状态,false为坐下状态
bool last_robot_enabled = true; // 记录上一次的小车状态
bool sitting_down = false; // 标记是否正在执行坐下动作
// 向前跳跃控制变量
int forward_jump_flag = 0; // 向前跳跃状态标志
typedef struct {
byte j1PotX; // 左摇杆X (0-255)
byte j1PotY; // 左摇杆Y (0-255)
byte j2PotX; // 右摇杆X (0-255)
byte j2PotY; // 右摇杆Y (0-255)
bool buttonR1; //底部右按键 1:true (默认),0:false
bool buttonR2; //底部左按键 1:true (默认),0:false
bool j1Button; //左摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool j2Button; //右摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool buttonLB; //顶部左按键 1:true (默认),0:false
bool buttonRB; //顶部右按键 1:true (默认),0:false
bool tSwitch1; //拨动开关 1:true (默认),0:false
byte roll; // 默认 127
byte pitch; // 默认 127
bool buttonR3; // 默认 1
} JoystickData;
// 蓝灯爆闪
bool lastbuttonLB = false;
// 蓝牙变量
BLECharacteristic *pCharacteristic; //蓝牙特性
bool deviceConnected = false; //判断连接
// 回调函数:用于监听客户端连接和断开
class MyServerCallbacks: public BLEServerCallbacks {
void onConnect(BLEServer* pServer) {
deviceConnected = true;
Serial.println("客户端已连接");
}
void onDisconnect(BLEServer* pServer) {
deviceConnected = false;
Serial.println("客户端已断开");
// 重新开始广播,让设备可被再次扫描
pServer->getAdvertising()->start();
}
};
std::string receivedValue; //传回数据
String resStr;//保存读取到的蓝牙信号
int Checkcomma; //判断是否含有逗号分隔
int length=0;//数据长度
float newSteering;
float newThrottle;
// 回调函数:用于监听客户端对特性的读写操作
class MyCallbacks: public BLECharacteristicCallbacks {
void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic) {
receivedValue = pCharacteristic->getValue();
// ---------------------- 新增:打印原始接收信息 ----------------------
Serial.printf("\n【蓝牙接收数据】原始数据长度:%d 字节\n", receivedValue.length());
// 打印原始字节流(十六进制,方便排查数据是否完整)
Serial.print("【蓝牙接收数据】原始字节流(Hex):");
for (int i = 0; i < receivedValue.length(); i++) {
Serial.printf("%02X ", (uint8_t)receivedValue[i]);
}
Serial.println();
// ------------------------------------------------------------------
}
};
void bledInit(){
Serial.println("初始化 BLE...");
// 初始化 BLE 设备
BLEDevice::init("平衡车");
// 创建 BLE 服务器
BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();
pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks());
// 创建 BLE 服务
BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);
// 创建 BLE 特性 (读/写)
pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
CHARACTERISTIC_UUID,
BLECharacteristic::PROPERTY_READ |
BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE
);
// 设置特性的回调监听
pCharacteristic->setCallbacks(new MyCallbacks());
// 设置初始值
pCharacteristic->setValue("欢迎来到平衡车");
// 启动服务
pService->start();
// 开始广播,使设备可以被扫描到
pServer->getAdvertising()->start();
Serial.println("等待客户端连接...");
}
void setup()
{
Serial.begin(115200); // 通讯串口
// Serial2.begin(1000000); // 腿部sts舵机
// 模式1:适配遥控器模式,设置WiFi通道为6
// WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置为STA模式
// 设置WiFi通道为6,为了适配遥控器模式
// esp_wifi_set_channel(6, WIFI_SECOND_CHAN_NONE);
// 模式2:适配小车wifi热点模式
// WiFi_SetAP(); // 打开这行注释就能开启热点模式
// ---------------------- 新增蓝牙初始化 ----------------------
bledInit();
// ------------------------------------------------------------
// webserver.begin();
// webserver.on("/", HTTP_GET, basicWebCallback);
// websocket.begin();
// websocket.onEvent(webSocketEventCallback);
// 初始化ESP-NOW
// if (esp_now_init() != ESP_OK) {
// Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
// return;
// }
// esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
// Serial.print("WIFI channel:");
// Serial.println(WiFi.channel());
// 舵机初始化
// sms_sts.pSerial = &Serial2;
// ID[0] = 1;
// ID[1] = 2;
// ACC[0] = 30;
// ACC[1] = 30;
// Speed[0] = 400;
// Speed[1] = 400;
// Position[0] = 2048;
// Position[1] = 2048;
// 舵机(ID1/ID2)以最高速度V=2400步/秒,加速度A=50(50*100步/秒^2),运行至各自的Position位置
// sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
// 电压检测
// adc_calibration_init();
// adc1_config_width(width);
// adc1_config_channel_atten(channel, atten);
// esp_adc_cal_characterize(unit, atten, width, 0, &adc_chars);
// 电量显示LED
pinMode(LED_BAT, OUTPUT);
// 编码器设置
// I2Cone.begin(19, 18, 400000UL);
// I2Ctwo.begin(23, 5, 400000UL);
// sensor1.init(&I2Cone);
// sensor2.init(&I2Ctwo);
// // mpu6050设置
// mpu6050.begin();
// mpu6050.calcGyroOffsets(true);
// // 连接motor对象与编码器对象
// motor1.linkSensor(&sensor1);
// motor2.linkSensor(&sensor2);
// // 速度环PID参数
// motor1.PID_velocity.P = 0.05;
// motor1.PID_velocity.I = 1;
// motor1.PID_velocity.D = 0;
// motor2.PID_velocity.P = 0.05;
// motor2.PID_velocity.I = 1;
// motor2.PID_velocity.D = 0;
// // 驱动器设置
// motor1.voltage_sensor_align = 6;
// motor2.voltage_sensor_align = 6;
// driver1.voltage_power_supply = 8;
// driver2.voltage_power_supply = 8;
// driver1.init();
// driver2.init();
// // 连接motor对象与驱动器对象
// motor1.linkDriver(&driver1);
// motor2.linkDriver(&driver2);
// motor1.torque_controller = TorqueControlType::voltage; // 扭矩控制器类型为 "电压模式"
// motor2.torque_controller = TorqueControlType::voltage;
// motor1.controller = MotionControlType::torque; // 运动控制器类型为 "扭矩模式"
// motor2.controller = MotionControlType::torque;
// // monitor相关设置
// motor1.useMonitoring(Serial);
// motor2.useMonitoring(Serial);
// // 电机初始化
// motor1.init();
// motor1.initFOC();
// motor2.init();
// motor2.initFOC();
// resetToDefault(); // 重置到默认参数状态
delay(500);
}
void loop()
{
// // 检测小车状态变化 坐 -> 站
// if (robot_enabled && !last_robot_enabled) {
// // 从坐下状态变为起立状态,重置参数
// resetToDefault();
// }
// last_robot_enabled = robot_enabled;
// // 如果小车处于坐下状态,只执行必要的功能
// if (!robot_enabled) {
// bat_check(); // 电压检测
// web_loop(); // Web数据更新
// mpu6050.update(); // IMU数据更新
// // 如果正在执行坐下动作,逐步调整角度零点让小车向后倒
// if (sitting_down) {
// // 缓慢调整角度零点,使小车向后倒
// static int sit_counter = 0;
// sit_counter++;
// // 先给个向后退脉冲
// if (sit_counter < 30) {
// // 阶段1:设置电机目标为负数,使小车向后运动
// motor1.target = -1.0; // 负数小车向后,正数向前
// motor2.target = -1.0;
// } else {
// // 阶段2:停止电机,让小车自然向后倒
// motor1.target = 0;
// motor2.target = 0;
// }
// motor1.loopFOC();
// motor2.loopFOC();
// motor1.move();
// motor2.move();
// // 当sit_counter为0时,设置舵机到最低位置
// if (sit_counter == 0) {
// Position[0] = SERVO1_MIN;
// Position[1] = SERVO2_MIN;
// ACC[0] = 5;
// ACC[1] = 5;
// Speed[0] = 100;
// Speed[1] = 100;
// sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
// }
// if (sit_counter < 100) { // 分100步完成坐下动作
// // 逐步将平衡零点变成负数,小车抬头(向后倒)
// angle_zeropoint -- ;
// } else {
// // 坐下动作完成,设置到最低位置和最终角度零点
// sit_counter = 0;
// sitting_down = false;
// angle_zeropoint = -20; // 最终的角度零点,确保小车向后倒
// }
// } else {
// // 已经坐下,保持最低位置和向后倒的角度零点
// angle_zeropoint = -15; // 保持向后倒的角度零点
// }
// return; // 跳过其他控制
// }
// bat_check(); // 电压检测 <1ms
// web_loop(); // Web数据更新 <2ms
// mpu6050.update(); // IMU数据更新 <1ms
// lqr_balance_loop(); // lqr自平衡控制,更新LQR_u ★ 关键实时控制 2-3ms
// yaw_loop(); // yaw轴转向控制,更新YAW_output ★ 关键实时控制 1-2ms
// leg_loop(); // 腿部动作控制,控制舵机SyncWritePosEx,包括判断jump_loop 舵机控制 1ms
// // 记录上一次的遥控数据数据
// wrobot.dir_last = wrobot.dir;
// wrobot.joyx_last = wrobot.joyx;
// wrobot.joyy_last = wrobot.joyy;
// /* 将自平衡计算输出转矩赋给电机
// motor.target 负数小车向前转,正数小车向后转,
// LQR_u 越大,电机输出的转矩越大,电机向后转,默认0-8V
// LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control
// angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint) //LQR_u与实际LQR_angle正相关
// = pid_angle( mpu6050.getAngleY() - angle_zeropoint) //LQR_u与实际pitch正相关
// gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro) //LQR_u与实际LQR_gyro正相关
// = pid_gyro( mpu6050.getGyroY() ) //LQR_u与实际pitch 角速度 正相关
// 所以这里LQR_distance和LQR_speed的计算乘以-0.5,不能单看负号
// distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint) //LQR_u与电LQR_distance正相关
// = pid_distance( (-0.5)*(motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle) - distance_zeropoint)
// //在平衡车中,通常设定电机向后转(使车前进)为负,所以LQR_u与电机实际shaft_angle角度正相关,和负号没关系
// speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy)) // 实际速度-目标速度
// //LQR_speed代表实际速度,LQR_u与实际LQR_speed速度正相关
// = pid_speed( (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity) - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy))
// //LQR_u与实际shaft_velocity速度正相关
// */
// motor1.target = (-0.5) * (LQR_u + YAW_output); // 负数小车向前,正数小车向后,取负号是因为电机是反的
// motor2.target = (-0.5) * (LQR_u - YAW_output);
// // 查看角度信息, 屁股向后倒 -33~-34度,舵机2048的时候-42度,头向前到底 75度,完全垂直88度
// // Serial.println(LQR_angle);
// // 检测小车是否向后马上要倒地了,在中间过程重置所有参数
// loopCounter++;
// // loopCounter作用:在期初的800次循环内视为电源开通后第一次自平衡,不能进入resetToDefault()函数重置参数
// // resetToDefaultCounterz作用:防止小车倒地后某个角度,陷入循环,motor.target一直=0
// if ((LQR_angle < -35.0f || LQR_angle > 70.0f ) && loopCounter > 800 && resetToDefaultCounter < 130) {
// resetToDefault();
// resetToDefaultCounter++;
// motor1.target = 0;
// motor2.target = 0;
// }
// if( abs(LQR_angle) < 25.0f){
// resetToDefaultCounter = 0;
// }
// // target目标电压 0~8V, 0为不转, 8为最大转速
// // Serial.print("LQR_angle:");
// // Serial.println(LQR_angle);
// // // Serial.print(",loopCounter:");
// // // Serial.print(loopCounter);
// // Serial.print(",resetToDefaultCounter:");
// // Serial.print(resetToDefaultCounter);
// // // Serial.print(",motor1.target:");
// // // Serial.print(motor1.target);
// // Serial.print(",motor2.target:");
// // Serial.println(motor2.target);
// // 监测速度变化
// // int speed_delta = robot_speed - robot_speed_last;
// // if(speed_delta > 0){
// // Serial.print("speed_delta:");
// // Serial.print(speed_delta);
// // Serial.print(",robot_speed:");
// // Serial.println(robot_speed);
// // }
// // 处理向前跳跃
// if (forward_jump_flag) {
// forward_jump_flag++;
// if (forward_jump_flag < 25) {
// // 保持向前脉冲
// motor1.target = 1.8;
// motor2.target = 1.8;
// } else {
// // 跳跃结束,重置状态
// forward_jump_flag = 0;
// wrobot.dir = 5; // 跳跃
// }
// }
// // 迭代计算FOC相电压
// motor1.loopFOC();
// motor2.loopFOC();
// // 设置轮部电机输出
// motor1.move();
// motor2.move();
} // loop()
+960
View File
@@ -0,0 +1,960 @@
/* -----------------------------------------------------------------------------
Copyright (c) 2024 Mu Shibo
Modify by Tommy 2025.8.11
2025-08-16 优化了原世博开源轮足平衡逻辑,代码增加了较多备注。
2025-08-11 增加开机自平衡站立,简化控制,通过 esp32 遥控器直接控制,无需配网。
2025-08-16 对几种运动中倒地的极限状态进行优化,实现自平衡起身。
2025-09-14 增加坐下和起立功能。
2025-09-16 修复舵机发热问题。
2025-09-19 实现向前跳跃,运动中跳跃,落地平衡功能。
2025-09-29 将舵机标定2048位置统一为大腿与小腿碰到一起的位置
世博开源轮足优化版-TOMMY版本项目地址: https://gitee.com/myperworld/wrobot
----------------------------------------------------------------------------- */
#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
#include "esp_wifi.h"
#include "main.h"
/************实例定义*************/
// 电机实例
BLDCMotor motor1 = BLDCMotor(7);
BLDCMotor motor2 = BLDCMotor(7);
BLDCDriver3PWM driver1 = BLDCDriver3PWM(32, 33, 25, 22);
BLDCDriver3PWM driver2 = BLDCDriver3PWM(26, 27, 14, 12);
// 编码器实例
TwoWire I2Cone = TwoWire(0);
TwoWire I2Ctwo = TwoWire(1);
MagneticSensorI2C sensor1 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
MagneticSensorI2C sensor2 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
// PID控制器实例
PIDController pid_angle(1, 0, 0, 100000, 8); // pitch角度PID使其趋于零点
PIDController pid_gyro(0.06, 0, 0, 100000, 8); // 角速度PID使其趋于零点
PIDController pid_distance(0.5, 0, 0, 100000, 8);// 位移PID使其趋于零点
PIDController pid_speed(0.7, 0, 0, 100000, 8);// 速度PID使其趋于目标速度
PIDController pid_yaw_angle(1.0, 0, 0, 100000, 8);
PIDController pid_yaw_gyro(0.04, 0, 0, 100000, 8);
PIDController pid_lqr_u(1, 15, 0, 100000, 8);
PIDController pid_zeropoint(0.002, 0, 0, 100000, 4);
PIDController pid_roll_angle(8, 0, 0, 100000, 450);
// 低通滤波器实例
LowPassFilter lpf_joyy(0.2);
LowPassFilter lpf_zeropoint(0.1);
LowPassFilter lpf_roll(0.3);
// WebServer实例
WebServer webserver; // server服务器
WebSocketsServer websocket = WebSocketsServer(81); // 定义一个webSocket服务器来处理客户发送的消息
RobotProtocol rp(20);
// STS舵机实例
SMS_STS sms_sts;
// MPU6050实例
MPU6050 mpu6050(I2Ctwo);
/************参数定义*************/
#define pi 3.1415927
// 舵机位置限制参数
#define SERVO_DEAD_ZONE 5 // 设置死区阈值 最小更新间隔(ms)
#define LEG_HEIGHT_BASE 20 // 腿部默认高度基准值,值越小,机身越高, 实测范围 -10(最高),52(最低)
#define SERVO1_MIN 2048 // 舵机1最低位置,大腿与小腿碰到一起,从小车正面看右手边舵机
#define SERVO2_MIN 2048 // 舵机2最低位置,大腿与小腿碰到一起, 从小车正面看左手
#define SERVO1_MAX (2048 + 12 + 8.4 * (35 + 10)) // 舵机1最高
#define SERVO2_MAX (2048 - 12 - 8.4 * (35 + 10)) // 舵机2最高
int lastPosition0 = SERVO1_MIN;
int lastPosition1 = SERVO2_MIN;
// LQR自平衡控制器参数
float LQR_angle = 0;
float LQR_gyro = 0;
float LQR_gyroZ = 0;
float LQR_speed = 0;
float LQR_distance = 0;
float angle_control = 0;
float gyro_control = 0;
float speed_control = 0;
float distance_control = 0;
float LQR_u = 0;
float angle_zeropoint = 8; // 5 设定默认俯仰角度,向前到正,向后倒负
float original_angle_zeropoint = 8; // 保存原始的角度零点
float distance_zeropoint = 0.5f; // 轮部位移零点偏置
// YAW轴控制数据
float YAW_gyro = 0;
float YAW_angle = 0;
float YAW_angle_last = 0;
float YAW_angle_total = 0;
float YAW_angle_zero_point = -10;
float YAW_output = 0;
// 腿部舵机控制数据
byte ID[2];
s16 Position[2];
u16 Speed[2];
byte ACC[2];
// 逻辑处理标志位
float robot_speed = 0; // 记录当前轮部转速
float robot_speed_last = 0; // 记录上一时刻的轮部转速
int wrobot_move_stop_flag = 0; // 记录摇杆停止的标识
int jump_flag = 0; // 跳跃时段标识
float leg_position_add = 0; // roll轴平衡控制量
// 电压检测
uint16_t bat_check_num = 0;
int BAT_PIN = 35; // select the input pin for the ADC
static esp_adc_cal_characteristics_t adc_chars;
static const adc1_channel_t channel = ADC1_CHANNEL_7;
static const adc_bits_width_t width = ADC_WIDTH_BIT_12;
static const adc_atten_t atten = ADC_ATTEN_DB_12;
static const adc_unit_t unit = ADC_UNIT_1;
int loopCounter = 0; // loop函数执行计数
int resetToDefaultCounter = 0; // resetToDefault执行计数
// 电量显示LED
#define LED_BAT 13
// 定义摇杆数值死区参数
const int deadZone = 15;
// 小车状态控制
bool robot_enabled = true; // 小车使能状态,true为起立状态,false为坐下状态
bool last_robot_enabled = true; // 记录上一次的小车状态
bool sitting_down = false; // 标记是否正在执行坐下动作
// 向前跳跃控制变量
int forward_jump_flag = 0; // 向前跳跃状态标志
typedef struct {
byte j1PotX; // 左摇杆X (0-255)
byte j1PotY; // 左摇杆Y (0-255)
byte j2PotX; // 右摇杆X (0-255)
byte j2PotY; // 右摇杆Y (0-255)
bool buttonR1; //底部右按键 1:true (默认),0:false
bool buttonR2; //底部左按键 1:true (默认),0:false
bool j1Button; //左摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool j2Button; //右摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool buttonLB; //顶部左按键 1:true (默认),0:false
bool buttonRB; //顶部右按键 1:true (默认),0:false
bool tSwitch1; //拨动开关 1:true (默认),0:false
byte roll; // 默认 127
byte pitch; // 默认 127
bool buttonR3; // 默认 1
} JoystickData;
JoystickData remoteData;
// 蓝灯爆闪
bool lastbuttonLB = false;
// ESP-NOW接收回调函数
void OnDataRecv(const uint8_t *mac, const uint8_t *incomingData, int len) {
memcpy(&remoteData, incomingData, sizeof(remoteData));
// 取反按钮值,使得默认显示 0 false,按下显示 1 true
int convertedbuttonLB = !remoteData.buttonLB; // 顶部左
int convertedbuttonRB = !remoteData.buttonRB; // 顶部右
int convertedbuttonR1 = !remoteData.buttonR1; // 底部右按键(取反:默认0,按下1)
int convertedbuttonR2 = !remoteData.buttonR2; // 底部左按键(取反:默认0,按下1)
// 处理坐下/起立指令
if (convertedbuttonR2 && robot_enabled) { // 底部左按键按下,坐下
robot_enabled = false;
sitting_down = true; // 标记开始坐下动作保存当前的角度零点
}
if (convertedbuttonR1 && !robot_enabled) { // 底部右按键按下,起立
robot_enabled = true;
sitting_down = false; // 清除坐下动作标记
resetToDefault(); // 重置参数准备起立
}
// 如果小车处于坐下状态或正在执行坐下动作,不处理其他指令
if (!robot_enabled || sitting_down) {
wrobot.dir = 4; // 强制设为"不跳跃"
wrobot.joyx = 0; // 清空左右转向指令
wrobot.joyy = 0; // 清空前后移动指令
wrobot.roll = 0; // 清空左右摇摆指令
wrobot.height = 0; // 清空高度指令
return;
}
// 跳跃状态不接受指令
if( jump_flag > 0){
wrobot.dir = 4; // 强制设为“不跳跃”
wrobot.joyx = 0; // 清空左右转向指令
wrobot.joyy = 0; // 清空前后移动指令
wrobot.roll = 0; // 清空左右摇摆指令
return;
}
// 摇杆输出范围0-255,转换到 -100 到 100
// roll 左右摇摆
int convertedJ1PotX = (remoteData.j1PotX - 127.5) * (30.0 / 127.5); // 转到 -30 到 30
// 上下高度
int convertedJ1PotY = static_cast<int>((1 - remoteData.j1PotY / 255.0) * (60 - 0) + 0); // 转到 60 到 0 y轴取反,这样可以使机身下降
// 左右旋转
int convertedJ2PotX = (remoteData.j2PotX - 127.5) * (100.0 / 127.5); // 转到 -100 到 100
// 前后速度
int convertedJ2PotY = (remoteData.j2PotY - 127.5) * (100.0 / 127.5) * -1 * 1.4; // 转到 -100 到 100 y轴取反,并且放大洗漱
// 跳跃
if (convertedbuttonRB) { // 1=true,0=false
wrobot.dir = 5; // 跳跃
}else{
wrobot.dir = 4; // 不跳跃
}
// 向前跳跃
if (lastbuttonLB && !convertedbuttonLB && robot_enabled) {
forward_jump_flag = 1;
}
// 更新上次 lastbuttonRB 的值
lastbuttonLB = convertedbuttonLB;
if(abs(convertedJ1PotY) > deadZone) { // 上下高度 15 ~ 75
wrobot.height = convertedJ1PotY;
}else{
wrobot.height = 0;
}
if(abs(convertedJ1PotX) > deadZone) { // 左右摇摆 -30 ~ 30
wrobot.roll = convertedJ1PotX;
}else{
wrobot.roll = 0;
}
if(abs(convertedJ2PotY) > deadZone) { // 前后运动 -100 到 100
wrobot.joyy = convertedJ2PotY;
}else{
wrobot.joyy = 0;
}
if(abs(convertedJ2PotX) > deadZone) { // 左右运动 -100 到 100
wrobot.joyx = convertedJ2PotX;
} else {
wrobot.joyx = 0;
}
}
void setup()
{
Serial.begin(115200); // 通讯串口
Serial2.begin(1000000); // 腿部sts舵机
// 模式1:适配遥控器模式,设置WiFi通道为6
WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置为STA模式
esp_wifi_set_channel(6, WIFI_SECOND_CHAN_NONE); // 设置WiFi通道为6,为了适配遥控器模式
// 模式2:适配小车wifi热点模式
// WiFi_SetAP(); // 打开这行注释就能开启热点模式
webserver.begin();
webserver.on("/", HTTP_GET, basicWebCallback);
websocket.begin();
websocket.onEvent(webSocketEventCallback);
// 初始化ESP-NOW
if (esp_now_init() != ESP_OK) {
Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
return;
}
esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
// Serial.print("WIFI channel:");
// Serial.println(WiFi.channel());
// 舵机初始化
sms_sts.pSerial = &Serial2;
ID[0] = 1;
ID[1] = 2;
ACC[0] = 30;
ACC[1] = 30;
Speed[0] = 400;
Speed[1] = 400;
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
// 舵机(ID1/ID2)以最高速度V=2400步/秒,加速度A=50(50*100步/秒^2),运行至各自的Position位置
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
// 电压检测
adc_calibration_init();
adc1_config_width(width);
adc1_config_channel_atten(channel, atten);
esp_adc_cal_characterize(unit, atten, width, 0, &adc_chars);
// 电量显示LED
pinMode(LED_BAT, OUTPUT);
// 编码器设置
I2Cone.begin(19, 18, 400000UL);
I2Ctwo.begin(23, 5, 400000UL);
sensor1.init(&I2Cone);
sensor2.init(&I2Ctwo);
// mpu6050设置
mpu6050.begin();
mpu6050.calcGyroOffsets(true);
// 连接motor对象与编码器对象
motor1.linkSensor(&sensor1);
motor2.linkSensor(&sensor2);
// 速度环PID参数
motor1.PID_velocity.P = 0.05;
motor1.PID_velocity.I = 1;
motor1.PID_velocity.D = 0;
motor2.PID_velocity.P = 0.05;
motor2.PID_velocity.I = 1;
motor2.PID_velocity.D = 0;
// 驱动器设置
motor1.voltage_sensor_align = 6;
motor2.voltage_sensor_align = 6;
driver1.voltage_power_supply = 8;
driver2.voltage_power_supply = 8;
driver1.init();
driver2.init();
// 连接motor对象与驱动器对象
motor1.linkDriver(&driver1);
motor2.linkDriver(&driver2);
motor1.torque_controller = TorqueControlType::voltage; // 扭矩控制器类型为 "电压模式"
motor2.torque_controller = TorqueControlType::voltage;
motor1.controller = MotionControlType::torque; // 运动控制器类型为 "扭矩模式"
motor2.controller = MotionControlType::torque;
// monitor相关设置
motor1.useMonitoring(Serial);
motor2.useMonitoring(Serial);
// 电机初始化
motor1.init();
motor1.initFOC();
motor2.init();
motor2.initFOC();
resetToDefault(); // 重置到默认参数状态
delay(500);
}
void loop()
{
// 检测小车状态变化 坐 -> 站
if (robot_enabled && !last_robot_enabled) {
// 从坐下状态变为起立状态,重置参数
resetToDefault();
}
last_robot_enabled = robot_enabled;
// 如果小车处于坐下状态,只执行必要的功能
if (!robot_enabled) {
bat_check(); // 电压检测
web_loop(); // Web数据更新
mpu6050.update(); // IMU数据更新
// 如果正在执行坐下动作,逐步调整角度零点让小车向后倒
if (sitting_down) {
// 缓慢调整角度零点,使小车向后倒
static int sit_counter = 0;
sit_counter++;
// 先给个向后退脉冲
if (sit_counter < 30) {
// 阶段1:设置电机目标为负数,使小车向后运动
motor1.target = -1.0; // 负数小车向后,正数向前
motor2.target = -1.0;
} else {
// 阶段2:停止电机,让小车自然向后倒
motor1.target = 0;
motor2.target = 0;
}
motor1.loopFOC();
motor2.loopFOC();
motor1.move();
motor2.move();
// 当sit_counter为0时,设置舵机到最低位置
if (sit_counter == 0) {
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
ACC[0] = 5;
ACC[1] = 5;
Speed[0] = 100;
Speed[1] = 100;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
}
if (sit_counter < 100) { // 分100步完成坐下动作
// 逐步将平衡零点变成负数,小车抬头(向后倒)
angle_zeropoint -- ;
} else {
// 坐下动作完成,设置到最低位置和最终角度零点
sit_counter = 0;
sitting_down = false;
angle_zeropoint = -20; // 最终的角度零点,确保小车向后倒
}
} else {
// 已经坐下,保持最低位置和向后倒的角度零点
angle_zeropoint = -15; // 保持向后倒的角度零点
}
return; // 跳过其他控制
}
bat_check(); // 电压检测 <1ms
web_loop(); // Web数据更新 <2ms
mpu6050.update(); // IMU数据更新 <1ms
lqr_balance_loop(); // lqr自平衡控制,更新LQR_u ★ 关键实时控制 2-3ms
yaw_loop(); // yaw轴转向控制,更新YAW_output ★ 关键实时控制 1-2ms
leg_loop(); // 腿部动作控制,控制舵机SyncWritePosEx,包括判断jump_loop 舵机控制 1ms
// 记录上一次的遥控数据数据
wrobot.dir_last = wrobot.dir;
wrobot.joyx_last = wrobot.joyx;
wrobot.joyy_last = wrobot.joyy;
/* 将自平衡计算输出转矩赋给电机
motor.target 负数小车向前转,正数小车向后转,
LQR_u 越大,电机输出的转矩越大,电机向后转,默认0-8V
LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control
angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint) //LQR_u与实际LQR_angle正相关
= pid_angle( mpu6050.getAngleY() - angle_zeropoint) //LQR_u与实际pitch正相关
gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro) //LQR_u与实际LQR_gyro正相关
= pid_gyro( mpu6050.getGyroY() ) //LQR_u与实际pitch 角速度 正相关
所以这里LQR_distance和LQR_speed的计算乘以-0.5,不能单看负号
distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint) //LQR_u与电LQR_distance正相关
= pid_distance( (-0.5)*(motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle) - distance_zeropoint)
//在平衡车中,通常设定电机向后转(使车前进)为负,所以LQR_u与电机实际shaft_angle角度正相关,和负号没关系
speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy)) // 实际速度-目标速度
//LQR_speed代表实际速度,LQR_u与实际LQR_speed速度正相关
= pid_speed( (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity) - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy))
//LQR_u与实际shaft_velocity速度正相关
*/
motor1.target = (-0.5) * (LQR_u + YAW_output); // 负数小车向前,正数小车向后,取负号是因为电机是反的
motor2.target = (-0.5) * (LQR_u - YAW_output);
// 查看角度信息, 屁股向后倒 -33~-34度,舵机2048的时候-42度,头向前到底 75度,完全垂直88度
// Serial.println(LQR_angle);
// 检测小车是否向后马上要倒地了,在中间过程重置所有参数
loopCounter++;
// loopCounter作用:在期初的800次循环内视为电源开通后第一次自平衡,不能进入resetToDefault()函数重置参数
// resetToDefaultCounterz作用:防止小车倒地后某个角度,陷入循环,motor.target一直=0
if ((LQR_angle < -35.0f || LQR_angle > 70.0f ) && loopCounter > 800 && resetToDefaultCounter < 130) {
resetToDefault();
resetToDefaultCounter++;
motor1.target = 0;
motor2.target = 0;
}
if( abs(LQR_angle) < 25.0f){
resetToDefaultCounter = 0;
}
// target目标电压 0~8V, 0为不转, 8为最大转速
// Serial.print("LQR_angle:");
// Serial.println(LQR_angle);
// // Serial.print(",loopCounter:");
// // Serial.print(loopCounter);
// Serial.print(",resetToDefaultCounter:");
// Serial.print(resetToDefaultCounter);
// // Serial.print(",motor1.target:");
// // Serial.print(motor1.target);
// Serial.print(",motor2.target:");
// Serial.println(motor2.target);
// 监测速度变化
// int speed_delta = robot_speed - robot_speed_last;
// if(speed_delta > 0){
// Serial.print("speed_delta:");
// Serial.print(speed_delta);
// Serial.print(",robot_speed:");
// Serial.println(robot_speed);
// }
// 处理向前跳跃
if (forward_jump_flag) {
forward_jump_flag++;
if (forward_jump_flag < 25) {
// 保持向前脉冲
motor1.target = 1.8;
motor2.target = 1.8;
} else {
// 跳跃结束,重置状态
forward_jump_flag = 0;
wrobot.dir = 5; // 跳跃
}
}
// 迭代计算FOC相电压
motor1.loopFOC();
motor2.loopFOC();
// 设置轮部电机输出
motor1.move();
motor2.move();
} // loop()
// lqr自平衡控制
void lqr_balance_loop()
{
// LQR_distance,LQR_speed,LQR_angle,LQR_gyro 通过编码器或者mpu实际测得
// angle_zeropoint,distance_zeropoint 角度零点和位置零点(在理想平衡状态下俯仰角度和位移目标值),用于和实际值做差,得到控制
// lqr 控制参数: angle_control , gyro_control , distance_control , speed_control
// LQR平衡算式,实际使用中为便于调参,讲算式分解为4个P控制,采用PIDController方法在commander中实时调试
// LQR_u = LQR_k1*(LQR_angle - angle_zeropoint)
// + LQR_k2*LQR_gyro
// + LQR_k3*(LQR_distance - distance_zeropoint)
// + LQR_k4*LQR_speed;
// 给负值是因为按照当前的电机接线,正转矩驱动小车电机向后转
// 编码器反馈shaft_angle角度,shaft_velocity速度
// 不操作前后移动,譬如刚开机,车轮不动的,shaft_angle和shaft_velocity 都是零
// 所以,不操作前后移动,LQR_distance 和 LQR_speed趋近于0,只有角度控制和角速度控制
// 在平衡车中,通常设定电机向后转(使车前进)为负,所以这里LQR_distance和LQR_speed的计算乘以-0.5
LQR_distance = (-0.5) * (motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle); // 两个电机的旋转角度(shaft_angle)(是位置量)的平均值
LQR_speed = (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity); // 两个电机角速度(shaft_velocity)的平均值,并取反
LQR_angle = (float)mpu6050.getAngleY(); // mpu6050 pitch 角度,向前倒正数,向后倒负数
LQR_gyro = (float)mpu6050.getGyroY(); // pitch Y轴角速度
// 计算pitch的角度和角速度的pid控制值
// 实际pitch角度与零点的差值,目标值是零
// 计算角度误差,并通过 PID 控制器得到角度控制量
angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint);
// 实际pitch 角速度与目标值的差值,目标值是零
// 通过 PID 控制器对角速度进行处理,得到角速度控制量
gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro);
// 运动细节优化处理
if (wrobot.joyy != 0) // 有前后方向运动指令时的处理
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
// joyy=0,没有输出前后运动,但是小车可能被推动,运动指令复零时的原地停车处理
if ((wrobot.joyx_last != 0 && wrobot.joyx == 0) || (wrobot.joyy_last != 0 && wrobot.joyy == 0))
{
wrobot_move_stop_flag = 1;
}
if ((wrobot_move_stop_flag == 1) && (abs(LQR_speed) < 0.5))
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
wrobot_move_stop_flag = 0;
}
if (abs(LQR_speed) > 15) // 被快速推动时的原地停车处理
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
}
// 轮足离地,重置位移零点
if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag > 0 ))
{
distance_zeropoint = LQR_distance;
}
// 计算pitch的角度和角速度的pid控制值
// 电机转轴角度平均数(上面计算)-位移零点=实际位移与零点的差值, 目标值是零
// 计算位移误差,并通过位移 PID 控制器得到位移控制量
distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint);
// 电机转速平均数(上面计算)-速度目标值=实际转速与目标值的差值, 目标值是零
// 计算速度误差(实际速度减去经过低通滤波和缩放后的遥控器期望速度),并通过速度 PID 控制器得到速度控制量
speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy));
// 轮部离地检测, 连续记录两次的轮部转速
robot_speed_last = robot_speed; // 记录连续两次的轮部转速
robot_speed = LQR_speed;
// 若轮部角速度、角加速度"过大"( > 10或> 50),或处于跳跃后的恢复时期(jump_flag != 0),认为出现轮部离地现象,需要特殊处理
// 轮部离地情况下 LQR_u计算:2个参数,角度控制量+角速度控制量,对轮位移(distance)和速度(speed)控制分量不输出;反之,正常状态下完整输出平衡转矩
// if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag != 0))
if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag > 0 and jump_flag < 100))
{
// distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
LQR_u = angle_control + gyro_control; // 位移和速度控制分量被忽略
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
else // 当轮部未离地时,LQR_u:4个参数
{
// 当轮部未离地时,LQR_u 包含:角度控制量、角速度控制量、位移控制量和速度控制量,以实现完整的自平衡控制
LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control;
// 计算得到LQR_u在loop()函数中在几个子loop执行完,被motor1和motor2执行
}
// 小车没有控制的时候自稳定状态
// 控制量lqr_u<5,控制量小, 遥控器无信号输入joyy=0,轮部位移控制正常介入distance_control<4,不处于跳跃后的恢复时期jump_flag=0
if (abs(LQR_u) < 5 && wrobot.joyy == 0 && abs(distance_control) < 4 && (jump_flag == 0))
{
LQR_u = pid_lqr_u(LQR_u); // 小转矩非线性补偿
// Serial.println(LQR_u);
// lpf_zeropoint 是一个低通滤波器,对 distance_control 进行滤波处理,减少高频噪声的影响。
// 然后,将滤波后的 distance_control 作为输入,通过 pid_zeropoint 控制器进行进一步处理。
// angle_zeropoint -= ...:将计算得到的调整量从 angle_zeropoint 中减去,实现重心自适应调整。
// angle_zeropoint 是预设的角度零点,调整它可以让小车更好地适应不同的重心位置。
angle_zeropoint -= pid_zeropoint(lpf_zeropoint(distance_control)); // 重心自适应
}
else
{
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
// 平衡控制参数自适应
if (wrobot.height < 50)
{
pid_speed.P = 0.7;
}
else if (wrobot.height < 64)
{
pid_speed.P = 0.6;
}
else
{
pid_speed.P = 0.5;
}
}
// 腿部动作控制(舵机)
void leg_loop()
{
// 倒地时强制腿部收缩
if (LQR_angle < -30.0f || LQR_angle > 45.0f)
{
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
safeSyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
return; // 跳过后续控制
}
jump_loop();
if (jump_flag == 0) // 不处于跳跃状态
{
// 舵机加速度
ACC[0] = 150; // max 230
ACC[1] = 150;
// 舵机速度
Speed[0] = 500;
Speed[1] = 500;
float roll_angle = (float)mpu6050.getAngleX() + 2.0;
leg_position_add = pid_roll_angle(lpf_roll(roll_angle));
int roll_offset = wrobot.roll;
int left_height, right_height;
// Serial.print("roll_offset: ");
// Serial.println(roll_offset);
// 如果控制了 roll 角度,则调整左右脚的高度
// 计算三角函数值
float angleRad = abs(roll_offset) * (pi / 180.0); // 将角度转换为弧度
float heightAdjust = 30 * sin(angleRad); // 小车宽度的一半是30毫米,抬高的高度是30毫米*sin(弧度)
float RollOffset = 18; // 所以水平高度需要加上调整高度,否则向下倾斜无法向下了
if (roll_offset > 10) {
// 正数,左脚高度 60,右脚高度 40
// 因为车身高度最小32,所以水平高度需要加上调整高度15,否则线下倾斜无法向下了
left_height = wrobot.height + RollOffset + heightAdjust;
right_height = wrobot.height + RollOffset - heightAdjust;
leg_position_add = 0; // 不使用roll角度 pid计算
} else if (roll_offset < -10) {
// 负数,左脚高度 40,右脚高度 60
left_height = wrobot.height + RollOffset - heightAdjust;
right_height = wrobot.height + RollOffset + heightAdjust;
leg_position_add = 0;
} else { // 未控制 roll 角度
// roll 为 0,左右恢复到同一高度
left_height = wrobot.height;
right_height = wrobot.height;
// 没有人为控制roll角度,leg_position_add根据mpu6050 roll值 进行pid计算得到,以保持小车机身平稳
// 但如果小车倒地,则不需要keep roll角度,否则小车倒在地上,1个脚长,1个脚短,很难看
if (abs(LQR_angle) > 25.0f)
{
leg_position_add = 0;
}
}
// 根据新的高度计算舵机位置
// id 1 [0] 正面看右手,id 2 正面看左手 [1]
// 2048是舵机中间位置,12是微调偏移量,8.4是系数,32是默认高度,最高80,最低32
// const int LEG_HEIGHT_BASE = 32; // 这值越小,机身越高,实测范围 0(最高),52(最低)
Position[0] = 2048 + 12 + 8.4 * (left_height - LEG_HEIGHT_BASE) - leg_position_add;
Position[1] = 2048 - 12 - 8.4 * (right_height - LEG_HEIGHT_BASE) - leg_position_add;
// 限制舵机位置范围
if (Position[0] < SERVO1_MIN) // 舵机1最低
Position[0] = SERVO1_MIN;
else if (Position[0] > SERVO1_MAX) // 舵机1最高
Position[0] = SERVO1_MAX;
if (Position[1] > SERVO2_MIN) // 舵机2最低(和舵机1方向是反的)
Position[1] = SERVO2_MIN;
else if (Position[1] < SERVO2_MAX) // 舵机2最高
Position[1] = SERVO2_MAX;
safeSyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
}
}
// 跳跃控制
void jump_loop()
{ // dir: 4 = STOP, 5 = jump 上次动作是跳跃5,本次是停止4,才开始跳,因为可能连续发送了很多5跳跃指令,只执行最后一次
// 跳跃,腿部以最快速度伸到最长
// if ((wrobot.dir_last == 5) && (wrobot.dir == 4) && (jump_flag == 0))
// 跳跃开始
if ((wrobot.dir == 5) && (jump_flag == 0))
{
ACC[0] = 0;
ACC[1] = 0;
Speed[0] = 0;
Speed[1] = 0;
Position[0] = SERVO1_MAX;
Position[1] = SERVO2_MAX;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
jump_flag = 1;
}
if (jump_flag > 0) // 跳跃计数;
{
jump_flag ++;
}
// 跳跃中,腿部缩起来
if ((jump_flag > 35) && (jump_flag < 40))
{
ACC[0] = 0;
ACC[1] = 0;
Speed[0] = 0;
Speed[1] = 0;
Position[0] = (2048 + 12 + 8.4 * (35 - 25)); // 不能是SERVO1_MIN值,防止腿部碰撞,减号后的值越小,机身越高
Position[1] = (2048 - 12 - 8.4 * (35 - 25));
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
resetToDefault();
jump_flag = 45;
}
// jump_flag归零
if (jump_flag > 350) // 2000=6s ,1s=2000/6=333.33
{
jump_flag = 0; // 跳跃过程结束
}
}
// yaw轴转向控制 (转向控制)
void yaw_loop()
{
// YAW_output = 0.03*(YAW_Kp*YAW_angle_total + YAW_Kd*YAW_gyro);
yaw_angle_addup();
YAW_angle_total += wrobot.joyx * 0.01; // 0.002
float yaw_angle_control = pid_yaw_angle(YAW_angle_total);
float yaw_gyro_control = pid_yaw_gyro(YAW_gyro);
// yaw 轴的角度和角速度数据进行了 PID 控制,得到 yaw_angle_control 和 yaw_gyro_control。
// 然后,将这两个控制量相加,得到最终的 YAW_output。
YAW_output = yaw_angle_control + yaw_gyro_control;
}
// Web数据更新
void web_loop()
{
webserver.handleClient();
websocket.loop();
rp.spinOnce(); // 更新web端回传的控制信息
}
// yaw轴角度累加函数
void yaw_angle_addup()
{
YAW_angle = (float)mpu6050.getAngleZ();// 左右偏航角度
YAW_gyro = (float)mpu6050.getGyroZ(); // 左右偏航角速度(转速),用于纠正小车前后走直线时的角度偏差
if (YAW_angle_zero_point == (-10))
{
YAW_angle_zero_point = YAW_angle;
}
float yaw_angle_1, yaw_angle_2, yaw_addup_angle;
if (YAW_angle > YAW_angle_last)
{
yaw_angle_1 = YAW_angle - YAW_angle_last;
yaw_angle_2 = YAW_angle - YAW_angle_last - 2 * PI;
}
else
{
yaw_angle_1 = YAW_angle - YAW_angle_last;
yaw_angle_2 = YAW_angle - YAW_angle_last + 2 * PI;
}
if (abs(yaw_angle_1) > abs(yaw_angle_2))
{
yaw_addup_angle = yaw_angle_2;
}
else
{
yaw_addup_angle = yaw_angle_1;
}
YAW_angle_total = YAW_angle_total + yaw_addup_angle;
YAW_angle_last = YAW_angle;
}
void basicWebCallback(void)
{
webserver.send(300, "text/html", basic_web);
}
void webSocketEventCallback(uint8_t num, WStype_t type, uint8_t *payload, size_t length)
{
if (type == WStype_TEXT)
{
String payload_str = String((char *)payload);
StaticJsonDocument<300> doc;
DeserializationError error = deserializeJson(doc, payload_str);
String mode_str = doc["mode"];
if (mode_str == "basic")
{
rp.parseBasic(doc);
}
}
}
// 电压检测初始化
void adc_calibration_init()
{
if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_TP) == ESP_OK)
{
printf("eFuse Two Point: Supported\n");
}
else
{
printf("eFuse Two Point: NOT supported\n");
}
// Check Vref is burned into eFuse
if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_VREF) == ESP_OK)
{
printf("eFuse Vref: Supported\n");
}
else
{
printf("eFuse Vref: NOT supported\n");
}
}
// 电压检测
void bat_check()
{
if (bat_check_num > 1000)
{
// 电压读取
uint32_t sum = 0;
sum = analogRead(BAT_PIN);
uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(sum, &adc_chars);
double battery = (voltage * 3.97) / 1000.0;
// Serial.println(battery);
// 电量显示
if (battery > 7.8)
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
else
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
bat_check_num = 0;
}
else
bat_check_num++;
}
// LED闪烁函数(不要用for,会阻塞其他程序)
void blinkLed() {
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
delay(200);
}
// 重置到默认参数状态,用于自平衡起立
void resetToDefault() {
angle_zeropoint = original_angle_zeropoint;
LQR_speed = 0;
LQR_distance = 0;
speed_control = 0;
distance_control = 0;
// 需要将位移零点设置为当前位置
// distance_zeropoint = (-0.5) * (motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle);
distance_zeropoint = 0;
LQR_u = 0;
// YAW轴控制数据
YAW_gyro = 0;
YAW_angle = 0;
YAW_angle_last = 0;
YAW_angle_total = 0;
YAW_angle_zero_point = -10;
YAW_output = 0;
// 逻辑处理标志位
robot_speed = 0;
robot_speed_last = 0;
wrobot_move_stop_flag = 0;
jump_flag = 0;
leg_position_add = 0;
pid_lqr_u.error_prev = 0;
}
// 优化的舵机控制函数,避免舵机发热
void safeSyncWritePosEx(byte* id, byte idCount, s16* position, u16* speed, byte* acc) {
// 检查位置变化是否超过死区
bool needUpdate = false;
for(int i = 0; i < idCount; i++) {
if(id[i] == 1 && abs(position[i] - lastPosition0) > SERVO_DEAD_ZONE) {
needUpdate = true;
break;
}
if(id[i] == 2 && abs(position[i] - lastPosition1) > SERVO_DEAD_ZONE) {
needUpdate = true;
break;
}
}
// 如果需要更新,发送指令并记录新位置和时间
if(needUpdate) {
sms_sts.SyncWritePosEx(id, idCount, position, speed, acc);
// 更新记录的位置
for(int i = 0; i < idCount; i++) {
if(id[i] == 1) lastPosition0 = position[i];
if(id[i] == 2) lastPosition1 = position[i];
}
}
}
+28
View File
@@ -0,0 +1,28 @@
; PlatformIO Project Configuration File
;
; Build options: build flags, source filter
; Upload options: custom upload port, speed and extra flags
; Library options: dependencies, extra library storages
; Advanced options: extra scripting
;
; Please visit documentation for the other options and examples
; https://docs.platformio.org/page/projectconf.html
[env:esp32dev]
platform = espressif32@6.10.0
board = esp32dev
framework = arduino
monitor_speed = 115200
monitor_echo = yes
monitor_rts = 0
monitor_dtr = 0
lib_deps = adafruit/Adafruit SSD1306@^2.5.7, h2zero/NimBLE-Arduino@^1.4.2
build_flags =
-D WIRE_SCL=15
-D WIRE_SDA=4
; 添加以下行来合并bin文件
; PlatformIO core CLI
; pio run
board_build.merge_bins = true
@@ -0,0 +1,907 @@
// -----------------------------------------------------------------------------
// Copyright (c) 2024 Mu Shibo
// Modify by Tommy 2025.8.11
// -----------------------------------------------------------------------------
#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
#include "main.h"
/************实例定义*************/
// 电机实例
BLDCMotor motor1 = BLDCMotor(7);
BLDCMotor motor2 = BLDCMotor(7);
BLDCDriver3PWM driver1 = BLDCDriver3PWM(32, 33, 25, 22);
BLDCDriver3PWM driver2 = BLDCDriver3PWM(26, 27, 14, 12);
// 编码器实例
TwoWire I2Cone = TwoWire(0);
TwoWire I2Ctwo = TwoWire(1);
MagneticSensorI2C sensor1 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
MagneticSensorI2C sensor2 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
// PID控制器实例
PIDController pid_angle(1, 0, 0, 100000, 8); // pitch角度PID使其趋于零点
PIDController pid_gyro(0.06, 0, 0, 100000, 8); // 角速度PID使其趋于零点
PIDController pid_distance(0.5, 0, 0, 100000, 8);// 位移PID使其趋于零点
PIDController pid_speed(0.7, 0, 0, 100000, 8);// 速度PID使其趋于目标速度
PIDController pid_yaw_angle(1.0, 0, 0, 100000, 8);// 1.0 左右偏航角度的PID
PIDController pid_yaw_gyro(0.04, 0, 0, 100000, 8);// 0.04 左右偏航角速度(转速)的PID
PIDController pid_lqr_u(1, 15, 0, 100000, 8);
PIDController pid_zeropoint(0.002, 0, 0, 100000, 4);
PIDController pid_roll_angle(8, 0, 0, 100000, 450);
// 低通滤波器实例
LowPassFilter lpf_joyy(0.2);
LowPassFilter lpf_zeropoint(0.1);
LowPassFilter lpf_roll(0.3);
// WebServer实例
WebServer webserver; // server服务器
WebSocketsServer websocket = WebSocketsServer(81); // 定义一个webSocket服务器来处理客户发送的消息
RobotProtocol rp(20);
// STS舵机实例
SMS_STS sms_sts;
// MPU6050实例
MPU6050 mpu6050(I2Ctwo);
/************参数定义*************/
#define pi 3.1415927
// 舵机位置限制参数
#define SERVO1_MIN 1900 // 舵机1最低 从小车正面看右手
#define SERVO1_MAX 2400 // 舵机1最高
#define SERVO2_MIN 2300 // 舵机2最低 从小车正面看左手(注意大小值与舵机1是相反的)
#define SERVO2_MAX 1800 // 舵机2最高
#define LEG_HEIGHT_BASE 32 // 腿部默认高度基准值
// LQR自平衡控制器参数
float LQR_angle = 0;
float LQR_gyro = 0;
float LQR_gyroZ = 0;
float LQR_speed = 0;
float LQR_distance = 0;
float angle_control = 0;
float gyro_control = 0;
float speed_control = 0;
float distance_control = 0;
float LQR_u = 0;
float angle_zeropoint = 5; // 5 设定默认俯仰角度,向前到正,向后倒负
float distance_zeropoint = 0.5f; // 轮部位移零点偏置
// YAW轴控制数据
float YAW_gyro = 0;
float YAW_angle = 0;
float YAW_angle_last = 0;
float YAW_angle_total = 0;
float YAW_angle_zero_point = -10; // 初始值
float YAW_output = 0;
// 腿部舵机控制数据
byte ID[2];
s16 Position[2];
u16 Speed[2];
byte ACC[2];
// 逻辑处理标志位
float robot_speed = 0; // 记录当前轮部转速
float robot_speed_last = 0; // 记录上一时刻的轮部转速
int wrobot_move_stop_flag = 0; // 记录摇杆停止的标识
int jump_flag = 0; // 跳跃时段标识
float leg_position_add = 0; // roll轴平衡控制量
// 电压检测
uint16_t bat_check_num = 0;
int BAT_PIN = 35; // select the input pin for the ADC
static esp_adc_cal_characteristics_t adc_chars;
static const adc1_channel_t channel = ADC1_CHANNEL_7;
static const adc_bits_width_t width = ADC_WIDTH_BIT_12;
static const adc_atten_t atten = ADC_ATTEN_DB_11;
static const adc_unit_t unit = ADC_UNIT_1;
int loopCounter = 0; // loop函数执行计数
int resetToDefaultCounter = 0; // resetToDefault执行计数
// 电量显示LED
#define LED_BAT 13
// 定义摇杆数值死区参数
const int deadZone = 15;
typedef struct {
byte j1PotX; // 左摇杆X (0-255)
byte j1PotY; // 左摇杆Y (0-255)
byte j2PotX; // 右摇杆X (0-255)
byte j2PotY; // 右摇杆Y (0-255)
bool buttonR1; //底部右按键 1:true (默认),0:false
bool buttonR2; //底部左按键 1:true (默认),0:false
bool j1Button; //左摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool j2Button; //右摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool buttonLB; //顶部左按键 1:true (默认),0:false
bool buttonRB; //顶部右按键 1:true (默认),0:false
bool tSwitch1; //拨动开关 1:true (默认),0:false
byte roll; //用于M5StackCore2或未来增加的陀螺仪功能
byte pitch;
bool buttonR3;
} JoystickData;
JoystickData remoteData;
// 蓝灯爆闪
bool lastbuttonLB = false;
// 操作模式默认遥控模式
OperationMode current_mode = REMOTE_MODE;
// ESP-NOW接收回调函数
void OnDataRecv(const uint8_t *mac, const uint8_t *incomingData, int len) {
memcpy(&remoteData, incomingData, sizeof(remoteData));
// 跳跃状态不接受指令
if( jump_flag > 0){
wrobot.dir = 4; // 不跳跃
wrobot.joyx = 0;
wrobot.joyy = 0;
wrobot.roll = 0;
return;
}
// 摇杆输出范围0-255,转换到 -100 到 100
// roll 左右摇摆
int convertedJ1PotX = (remoteData.j1PotX - 127.5) * (30.0 / 127.5); // 转到 -30 到 30
// 上下高度
int convertedJ1PotY = static_cast<int>((1 - remoteData.j1PotY / 255.0) * (60 - 0) + 0); // 转到 60 到 0 y轴取反,这样可以使机身下降
// 左右旋转
int convertedJ2PotX = (remoteData.j2PotX - 127.5) * (100.0 / 127.5); // 转到 -100 到 100
// 前后速度
int convertedJ2PotY = (remoteData.j2PotY - 127.5) * (100.0 / 127.5) * -1 * 1.4; // 转到 -100 到 100 y轴取反,并且放大洗漱
// 取反按钮值,使得默认显示 0 false,按下显示 1 true
int convertedbuttonLB = !remoteData.buttonLB; // 顶部左
int convertedbuttonRB = !remoteData.buttonRB; // 顶部右
int convertedbuttonR1 = !remoteData.buttonR1; // 底部右
int convertedbuttonR2 = !remoteData.buttonR2; // 底部左
// 进入巡航模式
if (convertedbuttonR1) {
current_mode = CRUISE_MODE;
// Serial.println("进入巡航模式");
}
// 进入遥控模式
if (convertedbuttonR2) {
current_mode = REMOTE_MODE;
// Serial.println("返回遥控模式");
}
// 跳跃
if (convertedbuttonRB) { // 1=true,0=false
wrobot.dir = 5; // 跳跃
}else{
wrobot.dir = 4; // 不跳跃
}
// led蓝灯爆闪
if (lastbuttonLB && !convertedbuttonLB) {
blinkLed(); // 不能写在loop中,会阻断legloop,小车会倒下
}
// 更新上次 lastbuttonRB 的值
lastbuttonLB = convertedbuttonLB;
if(abs(convertedJ1PotY) > deadZone) { // 上下高度 15 ~ 75
wrobot.height = convertedJ1PotY;
}else{
wrobot.height = 0;
}
if(abs(convertedJ1PotX) > deadZone) { // 左右摇摆 -30 ~ 30
wrobot.roll = convertedJ1PotX;
}else{
wrobot.roll = 0;
}
if(abs(convertedJ2PotX) > deadZone) { // 左右运动 -100 到 100
wrobot.joyx = convertedJ2PotX;
} else {
wrobot.joyx = 0;
}
// 如果是遥控模式 才 执行
if( current_mode == REMOTE_MODE){
if(abs(convertedJ2PotY) > deadZone) { // 前后运动 -100 到 100
wrobot.joyy = convertedJ2PotY;
}else{
wrobot.joyy = 0;
}
}
}
// 定义超声波模块引脚
#define TRIG 4 // 触发引脚
#define ECHO 15 // 回响引脚
// 测距相关变量
int echoDistance = 0; // 超声波测距距离,单位cm
unsigned long echoStart = 0; // 回声开始时间
unsigned long echoEnd = 0; // 回声结束时间
bool measuring = false; // 测量状态标志
unsigned long lastMeasureTime = 0; // 上次测量完成时间
const unsigned long measureInterval = 60; // 最小测量间隔(ms)
void setup()
{
Serial.begin(115200); // 通讯串口
Serial2.begin(1000000); // 腿部sts舵机
// Wifi初始化
WiFi_SetAP();
webserver.begin();
webserver.on("/", HTTP_GET, basicWebCallback);
websocket.begin();
websocket.onEvent(webSocketEventCallback);
// 初始化ESP-NOW
WiFi.mode(WIFI_STA); // 打开这行注释就能开启sta模式,同时默认关闭ap热点模式,省电+稳定,而且不会影响espnow通信和整体代码框架
if (esp_now_init() != ESP_OK) {
Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
return;
}
esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
// 舵机初始化
sms_sts.pSerial = &Serial2;
ID[0] = 1;
ID[1] = 2;
ACC[0] = 30;
ACC[1] = 30;
Speed[0] = 400;
Speed[1] = 400;
Position[0] = 2048;
Position[1] = 2048;
// Position[0] = SERVO1_MIN;
// Position[1] = SERVO2_MIN;
// 舵机(ID1/ID2)以最高速度V=2400步/秒,加速度A=50(50*100步/秒^2),运行至各自的Position位置
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
// 电压检测
adc_calibration_init();
adc1_config_width(width);
adc1_config_channel_atten(channel, atten);
esp_adc_cal_characterize(unit, atten, width, 0, &adc_chars);
// 电量显示LED
pinMode(LED_BAT, OUTPUT);
// 编码器设置
I2Cone.begin(19, 18, 400000UL);
I2Ctwo.begin(23, 5, 400000UL);
sensor1.init(&I2Cone);
sensor2.init(&I2Ctwo);
// mpu6050设置
mpu6050.begin();
mpu6050.calcGyroOffsets(true);
// 连接motor对象与编码器对象
motor1.linkSensor(&sensor1);
motor2.linkSensor(&sensor2);
// 速度环PID参数
motor1.PID_velocity.P = 0.05;
motor1.PID_velocity.I = 1;
motor1.PID_velocity.D = 0;
motor2.PID_velocity.P = 0.05;
motor2.PID_velocity.I = 1;
motor2.PID_velocity.D = 0;
// 驱动器设置
motor1.voltage_sensor_align = 6;
motor2.voltage_sensor_align = 6;
driver1.voltage_power_supply = 8;
driver2.voltage_power_supply = 8;
driver1.init();
driver2.init();
// 连接motor对象与驱动器对象
motor1.linkDriver(&driver1);
motor2.linkDriver(&driver2);
motor1.torque_controller = TorqueControlType::voltage; // 扭矩控制器类型为 "电压模式"
motor2.torque_controller = TorqueControlType::voltage;
motor1.controller = MotionControlType::torque; // 运动控制器类型为 "扭矩模式"
motor2.controller = MotionControlType::torque;
// monitor相关设置
motor1.useMonitoring(Serial);
motor2.useMonitoring(Serial);
// 电机初始化
motor1.init();
motor1.initFOC();
motor2.init();
motor2.initFOC();
resetToDefault(); // 重置到默认参数状态
// 超声波模块
pinMode(TRIG, OUTPUT);
pinMode(ECHO, INPUT);
digitalWrite(TRIG, LOW);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(ECHO), handleEcho, CHANGE);
delay(500);
}
void loop()
{
bat_check(); // 电压检测 <1ms
web_loop(); // Web数据更新 <2ms
mpu6050.update(); // IMU数据更新 <1ms
// CRUISE_MODE自动巡航模式,处超声波测距 输出joyy
if (current_mode == CRUISE_MODE) {
echo_loop();
}
lqr_balance_loop(); // lqr自平衡控制,更新LQR_u ★ 关键实时控制 2-3ms
yaw_loop(); // yaw轴转向控制,更新YAW_output ★ 关键实时控制 1-2ms
leg_loop(); // 腿部动作控制,控制舵机SyncWritePosEx,包括判断jump_loop 舵机控制 1ms
// 记录上一次的遥控数据数据
wrobot.dir_last = wrobot.dir;
wrobot.joyx_last = wrobot.joyx;
wrobot.joyy_last = wrobot.joyy;
/* 将自平衡计算输出转矩赋给电机
motor.target 负数小车向前转,正数小车向后转,
LQR_u 越大,电机输出的转矩越大,电机向后转,默认0-8V
LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control
angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint) //LQR_u与实际LQR_angle正相关
= pid_angle( mpu6050.getAngleY() - angle_zeropoint) //LQR_u与实际pitch正相关
gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro) //LQR_u与实际LQR_gyro正相关
= pid_gyro( mpu6050.getGyroY() ) //LQR_u与实际pitch 角速度 正相关
所以这里LQR_distance和LQR_speed的计算乘以-0.5,不能单看负号
distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint) //LQR_u与电LQR_distance正相关
= pid_distance( (-0.5)*(motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle) - distance_zeropoint)
//在平衡车中,通常设定电机向后转(使车前进)为负,所以LQR_u与电机实际shaft_angle角度正相关,和负号没关系
speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy)) // 实际速度-目标速度
//LQR_speed代表实际速度,LQR_u与实际LQR_speed速度正相关
= pid_speed( (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity) - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy))
//LQR_u与实际shaft_velocity速度正相关
*/
motor1.target = (-0.5) * (LQR_u + YAW_output); // 负数小车向前,正数小车向后,取
motor2.target = (-0.5) * (LQR_u - YAW_output);
// 查看角度信息, 屁股向后倒 -33~-34度,舵机2048的时候-42度,头向前到底 75度,完全垂直88度
// Serial.println(LQR_angle);
// 检测小车是否向后马上要倒地了,在中间过程重置所有参数
loopCounter++;
// loopCounter作用:在期初的800次循环内视为电源开通后第一次自平衡,不能进入resetToDefault()函数重置参数
// resetToDefaultCounterz作用:防止小车倒地后某个角度,陷入循环,motor.target一直=0
if ((LQR_angle < -35.0f || LQR_angle > 70.0f ) && loopCounter > 800 && resetToDefaultCounter < 130) {
resetToDefault();
resetToDefaultCounter++;
motor1.target = 0;
motor2.target = 0;
// Serial.println("resetToDefault");
}
if( abs(LQR_angle) < 25.0f){
resetToDefaultCounter = 0;
}
// target目标电压 0~8V, 0为不转, 8为最大转速
// Serial.print("LQR_angle:");
// Serial.println(LQR_angle);
// Serial.print(",loopCounter:");
// Serial.print(loopCounter);
// Serial.print(",resetToDefaultCounter:");
// Serial.print(resetToDefaultCounter);
// Serial.print(",motor1.target:");
// Serial.print(motor1.target);
// Serial.print(",motor2.target:");
// Serial.println(motor2.target);
// 监测速度变化
// int speed_delta = robot_speed - robot_speed_last;
// if(speed_delta > 0){
// Serial.print("speed_delta:");
// Serial.print(speed_delta);
// Serial.print(",robot_speed:");
// Serial.println(robot_speed);
// }
// 迭代计算FOC相电压
motor1.loopFOC();
motor2.loopFOC();
// 设置轮部电机输出
motor1.move();
motor2.move();
} // loop()
// lqr自平衡控制
void lqr_balance_loop()
{
// LQR_distance,LQR_speed,LQR_angle,LQR_gyro 通过编码器或者mpu实际测得
// angle_zeropoint,distance_zeropoint 角度零点和位置零点(在理想平衡状态下俯仰角度和位移目标值),用于和实际值做差,得到控制
// lqr 控制参数: angle_control , gyro_control , distance_control , speed_control
// LQR平衡算式,实际使用中为便于调参,讲算式分解为4个P控制,采用PIDController方法在commander中实时调试
// LQR_u = LQR_k1*(LQR_angle - angle_zeropoint)
// + LQR_k2*LQR_gyro
// + LQR_k3*(LQR_distance - distance_zeropoint)
// + LQR_k4*LQR_speed;
// 给负值是因为按照当前的电机接线,正转矩驱动小车电机向后转
// 编码器反馈shaft_angle角度,shaft_velocity速度
// 不操作前后移动,譬如刚开机,车轮不动的,shaft_angle和shaft_velocity 都是零
// 所以,不操作前后移动,LQR_distance 和 LQR_speed趋近于0,只有角度控制和角速度控制
// 在平衡车中,通常设定电机向后转(使车前进)为负,所以这里LQR_distance和LQR_speed的计算乘以-0.5
LQR_distance = (-0.5) * (motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle); // 两个电机的旋转角度(shaft_angle)(是位置量)的平均值
LQR_speed = (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity); // 两个电机角速度(shaft_velocity)的平均值,并取反,最终,正数向前,负数向后
LQR_angle = (float)mpu6050.getAngleY(); // mpu6050 pitch 角度,向前倒正数,向后倒负数
LQR_gyro = (float)mpu6050.getGyroY(); // pitch Y轴角速度
// 计算pitch的角度和角速度的pid控制值
// 实际pitch角度与零点的差值,目标值是零
// 计算角度误差,并通过 PID 控制器得到角度控制量
angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint);
// 实际pitch 角速度与目标值的差值,目标值是零
// 通过 PID 控制器对角速度进行处理,得到角速度控制量
gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro);
// 运动细节优化处理
if (wrobot.joyy != 0) // 有前后方向运动指令时的处理
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
// joyy=0,没有输出前后运动,但是小车可能被推动,运动指令复零时的原地停车处理
if ((wrobot.joyx_last != 0 && wrobot.joyx == 0) || (wrobot.joyy_last != 0 && wrobot.joyy == 0))
{
wrobot_move_stop_flag = 1;
}
if ((wrobot_move_stop_flag == 1) && (abs(LQR_speed) < 0.5))
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
wrobot_move_stop_flag = 0;
}
if (abs(LQR_speed) > 15) // 被快速推动时的原地停车处理
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
}
// 计算pitch的角度和角速度的pid控制值
// 电机转轴角度平均数(上面计算)-位移零点=实际位移与零点的差值, 目标值是零
// 计算位移误差,并通过位移 PID 控制器得到位移控制量
distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint);
// 电机转速平均数(上面计算)-速度目标值=实际转速与目标值的差值, 目标值是零
// 计算速度误差(实际速度减去经过低通滤波和缩放后的遥控器期望速度),并通过速度 PID 控制器得到速度控制量
speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy));
// 轮部离地检测, 连续记录两次的轮部转速
robot_speed_last = robot_speed; // 记录连续两次的轮部转速
robot_speed = LQR_speed;
// 若轮部角速度、角加速度"过大"( > 10或> 50),或处于跳跃后的恢复时期(jump_flag != 0),认为出现轮部离地现象,需要特殊处理
// 轮部离地情况下 LQR_u计算:2个参数,角度控制量+角速度控制量,对轮位移(distance)和速度(speed)控制分量不输出;反之,正常状态下完整输出平衡转矩
if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag != 0)) {
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
LQR_u = angle_control + gyro_control; // 位移和速度控制分量被忽略
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
} else { // 当轮部未离地时,LQR_u:4个参数
// 当轮部未离地时,LQR_u 包含:角度控制量、角速度控制量、位移控制量和速度控制量,以实现完整的自平衡控制
LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control;
// 计算得到LQR_u在loop()函数中在几个子loop执行完,被motor1和motor2执行
}
// 小车没有控制的时候自稳定状态
// 控制量lqr_u<5,控制量小, 遥控器无信号输入joyy=0,轮部位移控制正常介入distance_control<4,不处于跳跃后的恢复时期jump_flag=0
if (abs(LQR_u) < 5 && wrobot.joyy == 0 && abs(distance_control) < 4 && (jump_flag == 0))
{
LQR_u = pid_lqr_u(LQR_u); // 小转矩非线性补偿
// Serial.println(LQR_u);
// lpf_zeropoint 是一个低通滤波器,对 distance_control 进行滤波处理,减少高频噪声的影响。
// 然后,将滤波后的 distance_control 作为输入,通过 pid_zeropoint 控制器进行进一步处理。
// angle_zeropoint -= ...:将计算得到的调整量从 angle_zeropoint 中减去,实现重心自适应调整。
// angle_zeropoint 是预设的角度零点,调整它可以让小车更好地适应不同的重心位置。
angle_zeropoint -= pid_zeropoint(lpf_zeropoint(distance_control)); // 重心自适应
}
else
{
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
// 平衡控制参数自适应
if (wrobot.height < 50)
{
pid_speed.P = 0.7;
}
else if (wrobot.height < 64)
{
pid_speed.P = 0.6;
}
else
{
pid_speed.P = 0.5;
}
// Serial.print( "wrobot.joyy:");
// Serial.print( wrobot.joyy);
// Serial.print(",echoDistance:");
// Serial.println(echoDistance);
}
// 腿部动作控制(舵机)
void leg_loop()
{
// 倒地时强制腿部收缩
if (LQR_angle < -30.0f || LQR_angle > 45.0f)
{
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
return; // 跳过后续控制
}
jump_loop();
if (jump_flag == 0) // 不处于跳跃状态
{
// 舵机加速度
ACC[0] = 8;
ACC[1] = 8;
// 舵机速度
Speed[0] = 300;
Speed[1] = 300;
float roll_angle = (float)mpu6050.getAngleX() + 2.0;
leg_position_add = pid_roll_angle(lpf_roll(roll_angle));
int roll_offset = wrobot.roll;
int left_height, right_height;
// 如果控制了 roll 角度,则调整左右脚的高度
// 计算三角函数值
float angleRad = abs(roll_offset) * (pi / 180.0); // 将角度转换为弧度
float heightAdjust = 30 * sin(angleRad); // 小车宽度的一半是30毫米,抬高的高度是30毫米*sin(弧度)
float RollOffset = 18; // 所以水平高度需要加上调整高度,否则向下倾斜无法向下了
if (roll_offset > 10) {
// 正数,左脚高度 60,右脚高度 40
// 因为车身高度最小32,所以水平高度需要加上调整高度15,否则线下倾斜无法向下了
left_height = wrobot.height + RollOffset + heightAdjust;
right_height = wrobot.height + RollOffset - heightAdjust;
leg_position_add = 0; // 不使用roll角度 pid计算
} else if (roll_offset < -10) {
// 负数,左脚高度 40,右脚高度 60
left_height = wrobot.height + RollOffset - heightAdjust;
right_height = wrobot.height + RollOffset + heightAdjust;
leg_position_add = 0;
} else { // 未控制 roll 角度
// roll 为 0,左右恢复到同一高度
left_height = wrobot.height;
right_height = wrobot.height;
// 没有人为控制roll角度,leg_position_add根据mpu6050 roll值 进行pid计算得到,以保持小车机身平稳
// 但如果小车倒地,则不需要keep roll角度,否则小车倒在地上,1个脚长,1个脚短,很难看
if (abs(LQR_angle) > 25.0f)
{
leg_position_add = 0;
}
}
// 根据新的高度计算舵机位置
// id 1 [0] 正面看右手,id 2 正面看左手 [1]
// 舵机id 1:1900(机身最矮) 2400(机身最高)2400-1900=500
// 舵机id 2:2300(机身最矮) 1800(机身最高)2300-1800=500
// 2048是舵机中间位置,12是微调偏移量,8.4是系数,32是默认高度,最高80,最低32
// const int LEG_HEIGHT_BASE = 32; // 这值越小,机身越高,实测范围 0(最高)-52(最低)
Position[0] = 2048 + 12 + 8.4 * (left_height - LEG_HEIGHT_BASE) - leg_position_add;
Position[1] = 2048 - 12 - 8.4 * (right_height - LEG_HEIGHT_BASE) - leg_position_add;
// 限制舵机位置范围
if (Position[0] < SERVO1_MIN) // 舵机1最低
Position[0] = SERVO1_MIN;
else if (Position[0] > SERVO1_MAX) // 舵机1最高
Position[0] = SERVO1_MAX;
if (Position[1] > SERVO2_MIN) // 舵机2最低(和舵机1方向是反的)
Position[1] = SERVO2_MIN;
else if (Position[1] < SERVO2_MAX) // 舵机2最高
Position[1] = SERVO2_MAX;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
}
}
// 跳跃控制
void jump_loop()
{ // dir: 4 = STOP, 5 = jump 上次动作是跳跃5,本次是停止4,才开始跳,因为可能连续发送了很多5跳跃指令,只执行最后一次
// 跳跃,腿部以最快速度伸到最长
// if ((wrobot.dir_last == 5) && (wrobot.dir == 4) && (jump_flag == 0))
if ((wrobot.dir == 5) && (jump_flag == 0))
{
// 跳跃开始
ACC[0] = 0;
ACC[1] = 0;
Speed[0] = 0;
Speed[1] = 0;
Position[0] = SERVO1_MAX;
Position[1] = SERVO2_MAX;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
jump_flag = 1;
}
if (jump_flag > 0) // 跳跃中,腿部缩起来,等待30帧,对应上面设置 jump_flag = 1;
{
jump_flag++;
if ((jump_flag > 30) && (jump_flag < 35))
{
ACC[0] = 0;
ACC[1] = 0;
Speed[0] = 0;
Speed[1] = 0;
Position[0] = 2048 + 12 + 8.4 * (35 - 32); // 降低腿部高度,即车重心
Position[1] = 2048 - 12 - 8.4 * (35 - 32);
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
jump_flag = 40;
}
if (jump_flag > 200)
{
jump_flag = 0; // 跳跃过程结束
}
}
}
// yaw轴转向控制 (转向控制)
void yaw_loop()
{
// YAW_output = 0.03*(YAW_Kp*YAW_angle_total + YAW_Kd*YAW_gyro);
yaw_angle_addup();
YAW_angle_total += wrobot.joyx * 0.01; // 0.002
float yaw_angle_control = pid_yaw_angle(YAW_angle_total);
float yaw_gyro_control = pid_yaw_gyro(YAW_gyro);
// yaw 轴的角度和角速度数据进行了 PID 控制,得到 yaw_angle_control 和 yaw_gyro_control。
// 然后,将这两个控制量相加,得到最终的 YAW_output。
YAW_output = yaw_angle_control + yaw_gyro_control;
}
// Web数据更新
void web_loop()
{
webserver.handleClient();
websocket.loop();
rp.spinOnce(); // 更新web端回传的控制信息
}
// yaw轴角度累加函数
void yaw_angle_addup()
{
YAW_angle = (float)mpu6050.getAngleZ();// 左右偏航角度
YAW_gyro = (float)mpu6050.getGyroZ(); // 左右偏航角速度(转速),用于纠正小车前后走直线时的角度偏差
if (YAW_angle_zero_point == (-10))
{
YAW_angle_zero_point = YAW_angle;
}
float yaw_angle_1, yaw_angle_2, yaw_addup_angle;
if (YAW_angle > YAW_angle_last)
{
yaw_angle_1 = YAW_angle - YAW_angle_last;
yaw_angle_2 = YAW_angle - YAW_angle_last - 2 * PI;
}
else
{
yaw_angle_1 = YAW_angle - YAW_angle_last;
yaw_angle_2 = YAW_angle - YAW_angle_last + 2 * PI;
}
if (abs(yaw_angle_1) > abs(yaw_angle_2))
{
yaw_addup_angle = yaw_angle_2;
}
else
{
yaw_addup_angle = yaw_angle_1;
}
YAW_angle_total = YAW_angle_total + yaw_addup_angle;
YAW_angle_last = YAW_angle;
}
void basicWebCallback(void)
{
webserver.send(300, "text/html", basic_web);
}
void webSocketEventCallback(uint8_t num, WStype_t type, uint8_t *payload, size_t length)
{
if (type == WStype_TEXT)
{
String payload_str = String((char *)payload);
StaticJsonDocument<300> doc;
DeserializationError error = deserializeJson(doc, payload_str);
String mode_str = doc["mode"];
if (mode_str == "basic")
{
rp.parseBasic(doc);
}
}
}
// 电压检测初始化
void adc_calibration_init()
{
if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_TP) == ESP_OK)
{
printf("eFuse Two Point: Supported\n");
}
else
{
printf("eFuse Two Point: NOT supported\n");
}
// Check Vref is burned into eFuse
if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_VREF) == ESP_OK)
{
printf("eFuse Vref: Supported\n");
}
else
{
printf("eFuse Vref: NOT supported\n");
}
}
// 电压检测
void bat_check()
{
if (bat_check_num > 1000)
{
// 电压读取
uint32_t sum = 0;
sum = analogRead(BAT_PIN);
uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(sum, &adc_chars);
double battery = (voltage * 3.97) / 1000.0;
// Serial.println(battery);
// 电量显示
if (battery > 7.8)
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
else
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
bat_check_num = 0;
}
else
bat_check_num++;
}
// LED闪烁函数(不要用for,会阻塞其他程序)
void blinkLed() {
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
delay(200);
}
// 重置到默认参数状态,用于自平衡起立
void resetToDefault() {
angle_zeropoint = 5;
LQR_speed = 0;
LQR_distance = 0;
speed_control = 0;
distance_control = 0;
distance_zeropoint = 0.5f;
LQR_u = 0;
// YAW轴控制数据
YAW_gyro = 0;
YAW_angle = 0;
YAW_angle_last = 0;
YAW_angle_total = 0;
YAW_angle_zero_point = -10;
YAW_output = 0;
// 逻辑处理标志位
robot_speed = 0;
robot_speed_last = 0;
wrobot_move_stop_flag = 0;
jump_flag = 0;
leg_position_add = 0;
pid_lqr_u.error_prev = 0;
}
// 超声波测距
void handleEcho() {
if (digitalRead(ECHO) == HIGH) {
echoStart = micros(); // 上升沿记录开始时间
} else {
echoEnd = micros(); // 下降沿记录结束时间
measuring = false; // 标记测量完成
}
}
// 超声波测距合并触发、计算和输出的核心函数
void echo_loop() {
unsigned long currentTime = millis();
// 1. 定时触发测量(非阻塞)
if (currentTime - lastMeasureTime >= measureInterval && !measuring) {
// 发送触发脉冲
digitalWrite(TRIG, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TRIG, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TRIG, LOW);
measuring = true;
lastMeasureTime = currentTime;
}
// 2. 测量完成后计算距离并输出
if (!measuring && echoEnd > echoStart) {
// 计算距离
unsigned long duration = echoEnd - echoStart;
if (duration >= 116 && duration <= 23200) { // 2-400cm范围
echoDistance = duration / 58;
} else {
echoDistance = 0; // 超出范围标记
}
// 输出结果
// if (echoDistance > 2 && echoDistance < 400) {
// Serial.println(echoDistance); // 单位cm
// } else {
// echoDistance = -9;
// }
// 检测声波距离 来来回回
if(echoDistance > 0 && echoDistance < 20){
wrobot.joyy = -60;
}else if( echoDistance > 60 ){
wrobot.joyy = 60;
}
// Serial.print("wrobot.joyy:");
// Serial.print(wrobot.joyy);
// Serial.print(",echoDistance:");
// Serial.println(echoDistance);
// 重置回声时间
echoStart = 0;
echoEnd = 0;
}
}
+792
View File
@@ -0,0 +1,792 @@
// -----------------------------------------------------------------------------
// Copyright (c) 2024 Mu Shibo
// Modify by Tommy 2025.8.11
// -----------------------------------------------------------------------------
#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
#include "main.h"
/************实例定义*************/
// 电机实例
BLDCMotor motor1 = BLDCMotor(7);
BLDCMotor motor2 = BLDCMotor(7);
BLDCDriver3PWM driver1 = BLDCDriver3PWM(32, 33, 25, 22);
BLDCDriver3PWM driver2 = BLDCDriver3PWM(26, 27, 14, 12);
// 编码器实例
TwoWire I2Cone = TwoWire(0);
TwoWire I2Ctwo = TwoWire(1);
MagneticSensorI2C sensor1 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
MagneticSensorI2C sensor2 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
// PID控制器实例
PIDController pid_angle(1, 0, 0, 100000, 8); // pitch角度PID使其趋于零点
PIDController pid_gyro(0.06, 0, 0, 100000, 8); // 角速度PID使其趋于零点
PIDController pid_distance(0.5, 0, 0, 100000, 8);// 位移PID使其趋于零点
PIDController pid_speed(0.7, 0, 0, 100000, 8);// 速度PID使其趋于目标速度
PIDController pid_yaw_angle(1.0, 0, 0, 100000, 8);
PIDController pid_yaw_gyro(0.04, 0, 0, 100000, 8);
PIDController pid_lqr_u(1, 15, 0, 100000, 8);
PIDController pid_zeropoint(0.002, 0, 0, 100000, 4);
PIDController pid_roll_angle(8, 0, 0, 100000, 450);
// 低通滤波器实例
LowPassFilter lpf_joyy(0.2);
LowPassFilter lpf_zeropoint(0.1);
LowPassFilter lpf_roll(0.3);
// WebServer实例
WebServer webserver; // server服务器
WebSocketsServer websocket = WebSocketsServer(81); // 定义一个webSocket服务器来处理客户发送的消息
RobotProtocol rp(20);
// STS舵机实例
SMS_STS sms_sts;
// MPU6050实例
MPU6050 mpu6050(I2Ctwo);
/************参数定义*************/
#define pi 3.1415927
// 舵机位置限制参数
#define SERVO1_MIN 1900 // 舵机1最低 从小车正面看右手
#define SERVO1_MAX 2400 // 舵机1最高
#define SERVO2_MIN 2300 // 舵机2最低 从小车正面看左手(注意大小值与舵机1是相反的)
#define SERVO2_MAX 1800 // 舵机2最高
// LQR自平衡控制器参数
float LQR_angle = 0;
float LQR_gyro = 0;
float LQR_speed = 0;
float LQR_distance = 0;
float angle_control = 0;
float gyro_control = 0;
float speed_control = 0;
float distance_control = 0;
float LQR_u = 0;
float angle_zeropoint = 5; // 俯仰角度,向前到正,向后倒负
float distance_zeropoint = 1; // 轮部位移零点偏置
// YAW轴控制数据
float YAW_gyro = 0;
float YAW_angle = 0;
float YAW_angle_last = 0;
float YAW_angle_total = 0;
float YAW_angle_zero_point = -10;
float YAW_output = 0;
// 腿部舵机控制数据
byte ID[2];
s16 Position[2];
u16 Speed[2];
byte ACC[2];
// 逻辑处理标志位
float robot_speed = 0; // 记录当前轮部转速
float robot_speed_last = 0; // 记录上一时刻的轮部转速
int wrobot_move_stop_flag = 0; // 记录摇杆停止的标识
int jump_flag = 0; // 跳跃时段标识
float leg_position_add = 0; // roll轴平衡控制量
// 电压检测
uint16_t bat_check_num = 0;
int BAT_PIN = 35; // select the input pin for the ADC
static esp_adc_cal_characteristics_t adc_chars;
static const adc1_channel_t channel = ADC1_CHANNEL_7;
static const adc_bits_width_t width = ADC_WIDTH_BIT_12;
static const adc_atten_t atten = ADC_ATTEN_DB_11;
static const adc_unit_t unit = ADC_UNIT_1;
// 电量显示LED
#define LED_BAT 13
// LED闪烁控制变量
bool blinking = false;
unsigned long lastBlinkTime = 0;
int blinkCount = 0;
const int BLINK_INTERVAL = 200; // 闪烁间隔(ms)
const int BLINK_TIMES = 5; // 闪烁次数
// 在参数定义部分添加障碍物检测相关变量
bool obstacleDetected = false; // 障碍物检测状态
unsigned long obstacleStartTime = 0; // 障碍物开始时间
const unsigned long OBSTACLE_DELAY = 500; // 判定为障碍物的延迟时间(毫秒)
// 在参数定义部分新增扭矩补偿相关变量
const unsigned long BOOST_DURATION = 1500; // 最大补偿时长(3秒,避免持续高负载)
unsigned long boostStartTime = 0; // 补偿开始时间
// 摇杆数据死区参数
const int deadZone = 15;
typedef struct {
byte j1PotX; // 左摇杆X (0-255)
byte j1PotY; // 左摇杆Y (0-255)
byte j2PotX; // 右摇杆X (0-255)
byte j2PotY; // 右摇杆Y (0-255)
bool buttonR1; //底部右按键 1:true (默认),0:false
bool buttonR2; //底部左按键 1:true (默认),0:false
bool j1Button; //左摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool j2Button; //右摇杆按键 1:true (默认),0:false
bool buttonLB; //顶部左按键 1:true (默认),0:false
bool buttonRB; //顶部右按键 1:true (默认),0:false
bool tSwitch1; //拨动开关 1:true (默认),0:false
byte roll; //用于M5StackCore2或未来增加的陀螺仪功能
byte pitch;
bool buttonR3;
} JoystickData;
JoystickData remoteData;
// 蓝灯爆闪
bool lastbuttonLB = false;
// ESP-NOW接收回调函数
void OnDataRecv(const uint8_t *mac, const uint8_t *incomingData, int len) {
memcpy(&remoteData, incomingData, sizeof(remoteData));
// 摇杆输出范围0-255,转换到 -100 到 100
// roll 左右摇摆
int convertedJ1PotX = (remoteData.j1PotX - 127.5) * (30.0 / 127.5); // 转到 -30 到 30
// 上下高度
int convertedJ1PotY = static_cast<int>((1 - remoteData.j1PotY / 255.0) * (60 - 0) + 0); // 转到 60 到 0 y轴取反,这样可以使机身下降
// 左右旋转
int convertedJ2PotX = (remoteData.j2PotX - 127.5) * (100.0 / 127.5); // 转到 -100 到 100
// 速度
int convertedJ2PotY = (remoteData.j2PotY - 127.5) * (100.0 / 127.5) * -1 * 1.3; // 转到 -100 到 100 y轴取反,并且放大洗漱
// 取反按钮值,使得默认显示 0 false,按下显示 1 true
int convertedbuttonLB = !remoteData.buttonLB; // 顶部左
int convertedbuttonRB = !remoteData.buttonRB; // 顶部右
// 跳跃
if (convertedbuttonRB) { // 1=true,0=false
wrobot.dir = 5; // 跳跃
}else{
wrobot.dir = 4; // 不跳跃
}
// led蓝灯爆闪
if (lastbuttonLB && !convertedbuttonLB) {
blinkLed(); // 不能写在loop中,会阻断legloop,小车会倒下
}
// 更新上次 lastbuttonRB 的值
lastbuttonLB = convertedbuttonLB;
if(abs(convertedJ1PotY) > deadZone) { // 上下高度 15 ~ 75
wrobot.height = convertedJ1PotY;
}else{
wrobot.height = 0;
}
if(abs(convertedJ1PotX) > deadZone) { // 左右摇摆 -30 ~ 30
wrobot.roll = convertedJ1PotX;
}else{
wrobot.roll = 0;
}
if(abs(convertedJ2PotY) > deadZone) { // 前后运动 -100 到 100
wrobot.joyy = convertedJ2PotY;
}else{
wrobot.joyy = 0;
}
if(abs(convertedJ2PotX) > deadZone) { // 左右运动 -100 到 100
wrobot.joyx = convertedJ2PotX;
} else {
wrobot.joyx = 0;
}
}
void setup()
{
Serial.begin(115200); // 通讯串口
Serial2.begin(1000000); // 腿部sts舵机
// Wifi初始化
WiFi_SetAP();
webserver.begin();
webserver.on("/", HTTP_GET, basicWebCallback);
websocket.begin();
websocket.onEvent(webSocketEventCallback);
// 初始化ESP-NOW
WiFi.mode(WIFI_STA); // 打开这行注释就能开启sta模式,同时默认关闭ap热点模式,省电+稳定,而且不会影响espnow通信和整体代码框架
if (esp_now_init() != ESP_OK) {
Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
return;
}
esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
// 舵机初始化
sms_sts.pSerial = &Serial2;
ID[0] = 1;
ID[1] = 2;
ACC[0] = 30;
ACC[1] = 30;
Speed[0] = 400;
Speed[1] = 400;
Position[0] = 2048;
Position[1] = 2048;
// 舵机(ID1/ID2)以最高速度V=2400步/秒,加速度A=50(50*100步/秒^2),运行至各自的Position位置
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
// 电压检测
adc_calibration_init();
adc1_config_width(width);
adc1_config_channel_atten(channel, atten);
esp_adc_cal_characterize(unit, atten, width, 0, &adc_chars);
// 电量显示LED
pinMode(LED_BAT, OUTPUT);
// 编码器设置
I2Cone.begin(19, 18, 400000UL);
I2Ctwo.begin(23, 5, 400000UL);
sensor1.init(&I2Cone);
sensor2.init(&I2Ctwo);
// mpu6050设置
mpu6050.begin();
mpu6050.calcGyroOffsets(true);
// 连接motor对象与编码器对象
motor1.linkSensor(&sensor1);
motor2.linkSensor(&sensor2);
// 速度环PID参数
motor1.PID_velocity.P = 0.05;
motor1.PID_velocity.I = 1;
motor1.PID_velocity.D = 0;
motor2.PID_velocity.P = 0.05;
motor2.PID_velocity.I = 1;
motor2.PID_velocity.D = 0;
// 驱动器设置
motor1.voltage_sensor_align = 6;
motor2.voltage_sensor_align = 6;
driver1.voltage_power_supply = 8;
driver2.voltage_power_supply = 8;
driver1.init();
driver2.init();
// 连接motor对象与驱动器对象
motor1.linkDriver(&driver1);
motor2.linkDriver(&driver2);
motor1.torque_controller = TorqueControlType::voltage;// 扭矩控制类型 :电压作为扭矩控制的方式
motor2.torque_controller = TorqueControlType::voltage;
motor1.controller = MotionControlType::torque; // 运动控制类型:扭矩控制模式
motor2.controller = MotionControlType::torque; // 扭矩控制模式
// monitor相关设置
motor1.useMonitoring(Serial);
motor2.useMonitoring(Serial);
// 电机初始化
motor1.init();
motor1.initFOC();
motor2.init();
motor2.initFOC();
delay(500);
}
void loop()
{
bat_check(); // 电压检测
web_loop(); // Web数据更新
mpu6050.update(); // IMU数据更新
lqr_balance_loop(); // lqr自平衡控制,更新LQR_u
yaw_loop(); // yaw轴转向控制,更新YAW_output
leg_loop(); // 腿部动作控制,控制舵机SyncWritePosEx,包括判断jump_loop
detectObstacle(); // 障碍物检测
// 记录上一次的遥控数据数据
wrobot.dir_last = wrobot.dir;
wrobot.joyx_last = wrobot.joyx;
wrobot.joyy_last = wrobot.joyy;
// 将自平衡计算输出转矩赋给电机
motor1.target = (-0.5) * (LQR_u + YAW_output);
motor2.target = (-0.5) * (LQR_u - YAW_output);
// 查看角度信息, 屁股向后倒 -36度,头向前到底 45度
// Serial.println(LQR_angle)
// 向后倒地 -36度,向前倒地 45度,超出这个区间,或者跳跃中,马达就不要转动了
if(LQR_angle < -40.0f || LQR_angle > 55.0f ) {
motor1.target = 0;
motor2.target = 0;
}
// 计算基础扭矩(原有逻辑)
float baseTorque1 = (-0.5) * (LQR_u + YAW_output);
float baseTorque2 = (-0.5) * (LQR_u - YAW_output);
// 障碍物扭矩补偿逻辑
if (obstacleDetected) {
// 首次进入障碍状态时记录时间
if (boostStartTime == 0) {
boostStartTime = millis();
}
// 补偿时长未超时且机器人未严重倾斜时,应用扭矩补偿
if (millis() - boostStartTime < BOOST_DURATION) {
// blinkLed();
// 叠加补偿扭矩(仅正向,因为是前进障碍)
motor1.target = motor1.voltage_limit;
motor2.target = motor2.voltage_limit;
} else {
// 超时或姿态异常时使用基础扭矩
motor1.target = baseTorque1;
motor2.target = baseTorque2;
}
} else {
// 无障碍物时重置补偿计时器并使用基础扭矩
boostStartTime = 0;
motor1.target = baseTorque1;
motor2.target = baseTorque2;
}
// 迭代计算FOC相电压
motor1.loopFOC();
motor2.loopFOC();
// 设置轮部电机输出
motor1.move();
motor2.move();
} // loop()
// lqr自平衡控制
void lqr_balance_loop()
{
// LQR_distance,LQR_speed,LQR_angle,LQR_gyro 通过编码器或者mpu实际测得
// angle_zeropoint,distance_zeropoint 角度零点和位置零点(在理想平衡状态下俯仰角度和位移目标值),用于和实际值做差,得到控制
// angle_control , gyro_control , distance_control , speed_control : lqr 控制参数
// LQR平衡算式,实际使用中为便于调参,讲算式分解为4个P控制,采用PIDController方法在commander中实时调试
// LQR_u = LQR_k1*(LQR_angle - angle_zeropoint)
// + LQR_k2*LQR_gyro
// + LQR_k3*(LQR_distance - distance_zeropoint)
// + LQR_k4*LQR_speed;
// 给负值是因为按照当前的电机接线,正转矩会向后转
// 编码器反馈shaft_angle角度,shaft_velocity速度
LQR_distance = (-0.5) * (motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle); // 两个电机的旋转角度(shaft_angle)(是位置量)的平均值
LQR_speed = (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity); // 两个电机角速度(shaft_velocity)的平均值,并取反
LQR_angle = (float)mpu6050.getAngleY(); // mpu6050 pitch 角度,向前倒正数,向后倒负数
LQR_gyro = (float)mpu6050.getGyroY(); // pitch Y轴角速度
// 计算pitch的角度和角速度的pid控制值
// 实际pitch角度与零点的差值,目标值是零
// 计算角度误差,并通过 PID 控制器得到角度控制量
angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint);
// 实际pitch 角速度与目标值的差值,目标值是零
// 通过 PID 控制器对角速度进行处理,得到角速度控制量
gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro);
// 运动细节优化处理
if (wrobot.joyy != 0) // 有前后方向运动指令时的处理
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
// joyy=0,没有输出前后运动,但是小车可能被推动,运动指令复零时的原地停车处理
if ((wrobot.joyx_last != 0 && wrobot.joyx == 0) || (wrobot.joyy_last != 0 && wrobot.joyy == 0))
{
wrobot_move_stop_flag = 1;
}
if ((wrobot_move_stop_flag == 1) && (abs(LQR_speed) < 0.5))
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
wrobot_move_stop_flag = 0;
}
if (abs(LQR_speed) > 15) // 被快速推动时的原地停车处理
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
}
// 计算pitch的角度和角速度的pid控制值
// 电机转轴角度平均数(上面计算)-位移零点=实际位移与零点的差值, 目标值是零
// 计算位移误差,并通过位移 PID 控制器得到位移控制量
distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint);
// 电机转速平均数(上面计算)-速度目标值=实际转速与目标值的差值, 目标值是零
// 计算速度误差(实际速度减去经过低通滤波和缩放后的遥控器期望速度),并通过速度 PID 控制器得到速度控制量
speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy));
// 轮部离地检测, 连续记录两次的轮部转速
robot_speed_last = robot_speed;
robot_speed = LQR_speed;
// 若轮部角速度、角加速度"过大"( > 10或> 50),或处于跳跃后的恢复时期(jump_flag != 0),认为出现轮部离地现象,需要特殊处理
//轮部离地情况下 LQR_u计算:2个参数,角度控制量+角速度控制量,对轮位移(distance)和速度(speed)控制分量不输出;反之,正常状态下完整输出平衡转矩
if (abs(robot_speed - robot_speed_last) > 10 || abs(robot_speed) > 50 || (jump_flag != 0)) // 轮部离地时
{
distance_zeropoint = LQR_distance; // 位移零点重置
// 位移和速度控制分量被忽略
LQR_u = angle_control + gyro_control; // 轮部离地情况下,对轮部分量不输出;反之,正常状态下完整输出平衡转矩
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
else // 当轮部未离地时,LQR_u:4个参数
{
// 当轮部未离地时,LQR_u 包含:角度控制量、角速度控制量、位移控制量和速度控制量,以实现完整的自平衡控制
LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control;
// 计算得到LQR_u在loop()函数中在几个子loop执行完,被motor1和motor2执行
}
// 小车没有控制的时候自稳定状态
// 控制量lqr_u<5,控制量小, 遥控器无信号输入joyy=0,轮部位移控制正常介入distance_control<4,不处于跳跃后的恢复时期jump_flag=0
if (abs(LQR_u) < 5 && wrobot.joyy == 0 && abs(distance_control) < 4 && (jump_flag == 0))
{
LQR_u = pid_lqr_u(LQR_u); // 小转矩非线性补偿
// Serial.println(LQR_u);
// lpf_zeropoint 是一个低通滤波器,对 distance_control 进行滤波处理,减少高频噪声的影响。
// 然后,将滤波后的 distance_control 作为输入,通过 pid_zeropoint 控制器进行进一步处理。
// angle_zeropoint -= ...:将计算得到的调整量从 angle_zeropoint 中减去,实现重心自适应调整。
// angle_zeropoint 是预设的角度零点,调整它可以让小车更好地适应不同的重心位置。
angle_zeropoint -= pid_zeropoint(lpf_zeropoint(distance_control)); // 重心自适应
}
else
{
pid_lqr_u.error_prev = 0; // 输出积分清零
}
if (obstacleDetected) {
// 首次进入障碍状态时记录时间
if (boostStartTime == 0) {
boostStartTime = millis();
}
// 补偿时长未超时且机器人未严重倾斜时,应用扭矩补偿
if (millis() - boostStartTime < BOOST_DURATION) {
// blinkLed();
// 叠加补偿扭矩(仅正向,因为是前进障碍)
LQR_u = LQR_u * 10.5f;
}
} else {
// 无障碍物时重置补偿计时器并使用基础扭矩
boostStartTime = 0;
}
// 平衡控制参数自适应
if (wrobot.height < 50)
{
pid_speed.P = 0.7;
}
else if (wrobot.height < 64)
{
pid_speed.P = 0.6;
}
else
{
pid_speed.P = 0.5;
}
}
// 腿部动作控制(舵机)
void leg_loop()
{
// 倒地时强制腿部收缩
if (LQR_angle < -36.0f || LQR_angle > 45.0f)
{
Position[0] = SERVO1_MIN;
Position[1] = SERVO2_MIN;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
return; // 跳过后续控制
}
jump_loop();
if (jump_flag == 0) // 不处于跳跃状态
{
// 舵机加速度
ACC[0] = 8;
ACC[1] = 8;
// 舵机速度
Speed[0] = 300;
Speed[1] = 300;
float roll_angle = (float)mpu6050.getAngleX() + 2.0;
leg_position_add = pid_roll_angle(lpf_roll(roll_angle));
int roll_offset = wrobot.roll;
int left_height, right_height;
// Serial.print("roll_offset: ");
// Serial.println(roll_offset);
// 如果控制了 roll 角度,则调整左右脚的高度
// 计算三角函数值
float angleRad = abs(roll_offset) * (pi / 180.0); // 将角度转换为弧度
float heightAdjust = 30 * sin(angleRad); // 小车宽度的一半是30毫米,抬高的高度是30毫米*sin(弧度)
float RollOffset = 18; // 所以水平高度需要加上调整高度,否则向下倾斜无法向下了
if (roll_offset > 10) {
// 正数,左脚高度 60,右脚高度 40
// 因为车身高度最小32,所以水平高度需要加上调整高度15,否则线下倾斜无法向下了
left_height = wrobot.height + RollOffset + heightAdjust;
right_height = wrobot.height + RollOffset - heightAdjust;
leg_position_add = 0; // 不使用roll角度 pid计算
} else if (roll_offset < -10) {
// 负数,左脚高度 40,右脚高度 60
left_height = wrobot.height + RollOffset - heightAdjust;
right_height = wrobot.height + RollOffset + heightAdjust;
leg_position_add = 0;
} else { // 未控制 roll 角度
// roll 为 0,左右恢复到同一高度
left_height = wrobot.height;
right_height = wrobot.height;
// 没有人为控制roll角度,leg_position_add根据mpu6050 roll值 进行pid计算得到,以保持小车机身平稳
// 但如果小车倒地,则不需要keep roll角度,否则小车倒在地上,1个脚长,1个脚短,很难看
if (abs(LQR_angle) > 25.0f)
{
leg_position_add = 0;
}
}
// 根据新的高度计算舵机位置
// id 1 [0] 正面看右手,id 2 正面看左手 [1]
// 舵机id 1:1900(机身最矮) 2400(机身最高)2400-1900=500
// 舵机id 2:2300(机身最矮) 1800(机身最高)2300-1800=500
// 2048是舵机中间位置,12是微调偏移量,8.4是系数,32是默认高度,最高80,最低32
Position[0] = 2048 + 12 + 8.4 * (left_height - 32) - leg_position_add;
Position[1] = 2048 - 12 - 8.4 * (right_height - 32) - leg_position_add;
// Position[0] = 2048 + 12 + 8.4 * (left_height - 52) - leg_position_add; // -52 机身下降20
// Position[1] = 2048 - 12 - 8.4 * (right_height - 52) - leg_position_add;
// Position[0] = 2048 + 12 + 8.4 * (left_height - 0) - leg_position_add; // 不减32 机身高度默认抬高32
// Position[1] = 2048 - 12 - 8.4 * (right_height - 0) - leg_position_add;
// Serial.print("left_height: ");
// Serial.print(left_height);
// Serial.print(", right_height: ");
// Serial.print(right_height);
// Serial.print(", leg_position_add: ");
// Serial.println(leg_position_add);
// 限制舵机位置范围
if (Position[0] < SERVO1_MIN) // 舵机1最低
Position[0] = SERVO1_MIN;
else if (Position[0] > SERVO1_MAX) // 舵机1最高
Position[0] = SERVO1_MAX;
if (Position[1] > SERVO2_MIN) // 舵机2最低(和舵机1方向是反的)
Position[1] = SERVO2_MIN;
else if (Position[1] < SERVO2_MAX) // 舵机2最高
Position[1] = SERVO2_MAX;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
}
}
// 跳跃控制
void jump_loop()
{ // dir: 4 = STOP, 5 = jump 上次动作是跳跃5,本次是停止4,才开始跳,因为可能连续发送了很多5跳跃指令,只执行最后一次
// 跳跃,腿部以最快速度伸到最长
if ((wrobot.dir_last == 5) && (wrobot.dir == 4) && (jump_flag == 0))
{ // 跳跃开始
ACC[0] = 0;
ACC[1] = 0;
Speed[0] = 0;
Speed[1] = 0;
Position[0] = SERVO1_MAX;
Position[1] = SERVO2_MAX;
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
jump_flag = 1;
}
if (jump_flag > 0) // 跳跃中,腿部缩起来,等待30帧,对应上面设置 jump_flag = 1;
{
jump_flag++;
if ((jump_flag > 30) && (jump_flag < 35))
{
ACC[0] = 0;
ACC[1] = 0;
Speed[0] = 0;
Speed[1] = 0;
Position[0] = 2048 + 12 + 8.4 * (35 - 32); // 降低腿部高度,即车重心
Position[1] = 2048 - 12 - 8.4 * (35 - 32);
sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
jump_flag = 40;
}
if (jump_flag > 200)
{
jump_flag = 0; // 跳跃过程结束
}
}
}
// yaw轴转向控制 (转向控制)
void yaw_loop()
{
// YAW_output = 0.03*(YAW_Kp*YAW_angle_total + YAW_Kd*YAW_gyro);
yaw_angle_addup();
YAW_angle_total += wrobot.joyx * 0.008; // 0.002
float yaw_angle_control = pid_yaw_angle(YAW_angle_total);
float yaw_gyro_control = pid_yaw_gyro(YAW_gyro);
// yaw 轴的角度和角速度数据进行了 PID 控制,得到 yaw_angle_control 和 yaw_gyro_control。
// 然后,将这两个控制量相加,得到最终的 YAW_output。
YAW_output = yaw_angle_control + yaw_gyro_control;
}
// Web数据更新
void web_loop()
{
webserver.handleClient();
websocket.loop();
rp.spinOnce(); // 更新web端回传的控制信息
}
// yaw轴角度累加函数
void yaw_angle_addup()
{
YAW_angle = (float)mpu6050.getAngleZ();
YAW_gyro = (float)mpu6050.getGyroZ();
if (YAW_angle_zero_point == (-10))
{
YAW_angle_zero_point = YAW_angle;
}
float yaw_angle_1, yaw_angle_2, yaw_addup_angle;
if (YAW_angle > YAW_angle_last)
{
yaw_angle_1 = YAW_angle - YAW_angle_last;
yaw_angle_2 = YAW_angle - YAW_angle_last - 2 * PI;
}
else
{
yaw_angle_1 = YAW_angle - YAW_angle_last;
yaw_angle_2 = YAW_angle - YAW_angle_last + 2 * PI;
}
if (abs(yaw_angle_1) > abs(yaw_angle_2))
{
yaw_addup_angle = yaw_angle_2;
}
else
{
yaw_addup_angle = yaw_angle_1;
}
YAW_angle_total = YAW_angle_total + yaw_addup_angle;
YAW_angle_last = YAW_angle;
}
void basicWebCallback(void)
{
webserver.send(300, "text/html", basic_web);
}
void webSocketEventCallback(uint8_t num, WStype_t type, uint8_t *payload, size_t length)
{
if (type == WStype_TEXT)
{
String payload_str = String((char *)payload);
StaticJsonDocument<300> doc;
DeserializationError error = deserializeJson(doc, payload_str);
String mode_str = doc["mode"];
if (mode_str == "basic")
{
rp.parseBasic(doc);
}
}
}
// 电压检测初始化
void adc_calibration_init()
{
if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_TP) == ESP_OK)
{
printf("eFuse Two Point: Supported\n");
}
else
{
printf("eFuse Two Point: NOT supported\n");
}
// Check Vref is burned into eFuse
if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_VREF) == ESP_OK)
{
printf("eFuse Vref: Supported\n");
}
else
{
printf("eFuse Vref: NOT supported\n");
}
}
// 电压检测
void bat_check()
{
if (bat_check_num > 1000)
{
// 电压读取
uint32_t sum = 0;
sum = analogRead(BAT_PIN);
uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(sum, &adc_chars);
double battery = (voltage * 3.97) / 1000.0;
// Serial.println(battery);
// 电量显示
if (battery > 7.8)
digitalWrite(LED_BAT, HIGH);
else
digitalWrite(LED_BAT, LOW);
bat_check_num = 0;
}
else
bat_check_num++;
}
// LED闪烁函数(不适用for语气,非阻塞)
void blinkLed() {
unsigned long currentTime = millis();
if (currentTime - lastBlinkTime > BLINK_INTERVAL) {
lastBlinkTime = currentTime;
digitalWrite(LED_BAT, !digitalRead(LED_BAT)); // 切换LED状态
if (++blinkCount >= BLINK_TIMES * 2) { // 每次闪烁包含开和关
blinking = false;
digitalWrite(LED_BAT, LOW); // 结束闪烁后保持熄灭
}
}
}
// 障碍物检测函数
void detectObstacle() {
// 条件1: 有前进指令(joyy > 0)且超过死区
// 条件2: 实际速度很低(接近零)
// 条件3: 不在跳跃状态
bool hasForwardCommand = (wrobot.joyy > deadZone);
bool isAlmostStopped = (abs(LQR_speed) < 1.0);
bool notJumping = (jump_flag == 0);
bool fallAngle = (LQR_angle > 5.0f || LQR_angle < 40.0f);
if (hasForwardCommand && isAlmostStopped && notJumping && fallAngle) {
// 如果符合条件且尚未计时,记录开始时间
if (obstacleStartTime == 0) {
obstacleStartTime = millis();
}
// 如果持续时间超过阈值,判定为遇到障碍物
else if (millis() - obstacleStartTime > OBSTACLE_DELAY) {
obstacleDetected = true;
// blinkLed();
}
} else {
// 不符合条件,重置状态
obstacleDetected = false;
obstacleStartTime = 0;
}
}