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v1.1/Shibo-main-TOMMY/test/main ESPNOW遥控.cpp
+977
View File
@@ -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];
}
}
}
v1.1/Shibo-main-TOMMY/test/main rgb彩灯测试.cpp
+66
View File
@@ -0,0 +1,66 @@
#include <FastLED.h>
// FastLED配置
#define NUM_LEDS 2
#define DATA_PIN 21
CRGB leds[NUM_LEDS];
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println("FastLED RGB灯测试开始...");
// 初始化FastLED
FastLED.addLeds<WS2812, DATA_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
FastLED.setBrightness(50);
// 清除所有LED
FastLED.clear();
FastLED.show();
delay(1000);
Serial.println("测试第一个灯(索引0)...");
// 测试第一个灯 - 红色
leds[0] = CRGB::Red;
FastLED.show();
Serial.println("测试第一个灯(索引0) 红色");
delay(2000);
// 测试第一个灯 - 绿色
leds[0] = CRGB::Green;
FastLED.show();
Serial.println("测试第一个灯(索引0) 绿色");
delay(2000);
// 测试第一个灯 - 蓝色
leds[0] = CRGB::Blue;
FastLED.show();
Serial.println("测试第一个灯(索引0) 蓝色");
delay(2000);
Serial.println("测试第二个灯(索引1)...");
// 测试第二个灯 - 红色
leds[1] = CRGB::Red;
FastLED.show();
Serial.println("测试第二个灯(索引1) 红色");
delay(2000);
// 测试第二个灯 - 绿色
leds[1] = CRGB::Green;
FastLED.show();
Serial.println("测试第二个灯(索引1) 绿色");
delay(2000);
// 测试第二个灯 - 蓝色
leds[1] = CRGB::Blue;
FastLED.show();
Serial.println("测试第二个灯(索引1) 蓝色");
delay(2000);
Serial.println("测试完成");
}
void loop() {
// 空循环
}
v1.1/Shibo-main-TOMMY/test/main xbox手柄测试.cpp
+1162
View File
File diff suppressed because it is too large. Load diff
v1.1/Shibo-main-TOMMY/test/main 仅ESPNOW测试.cpp
+77
View File
@@ -0,0 +1,77 @@
#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
#include "esp_wifi.h"
#include "main.h"
typedef struct {
// 4个摇杆轴（模拟值：0-4095）
int joyLeftX;
int joyLeftY;
int joyRightX;
int joyRightY;
// 12个按键（布尔值：1=按下，0=未按下）
bool btnJoyLeft;
bool btnJoyRight;
bool btnStart;
bool btnBack;
bool btnUp;
bool btnDown;
bool btnLeft;
bool btnRight;
bool btnA;
bool btnB;
bool btnX;
bool btnY;
} JoystickData;
JoystickData remoteData;
// 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));
Serial.print("Received data:");
Serial.print(",joyLeftX: " + String(remoteData.joyLeftX));
Serial.print(",joyLeftY: " + String(remoteData.joyLeftY));
Serial.print(",joyRightX: " + String(remoteData.joyRightX));
Serial.print(",joyRightY: " + String(remoteData.joyRightY));
Serial.print(",btnJoyLeft: " + String(remoteData.btnJoyLeft));
Serial.print(",btnJoyRight: " + String(remoteData.btnJoyRight));
Serial.print(",btnStart: " + String(remoteData.btnStart));
Serial.print(",btnBack: " + String(remoteData.btnBack));
Serial.print(",btnUp: " + String(remoteData.btnUp));
Serial.print(",btnDown: " + String(remoteData.btnDown));
Serial.print(",btnLeft: " + String(remoteData.btnLeft));
Serial.print(",btnRight: " + String(remoteData.btnRight));
Serial.print(",btnA: " + String(remoteData.btnA));
Serial.print(",btnB: " + String(remoteData.btnB));
Serial.print(",btnX: " + String(remoteData.btnX));
Serial.println(",btnY: " + String(remoteData.btnY));
}
void setup()
{
Serial.begin(115200); // 通讯串口
// 设置WiFi模式
WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置为STA模式
// 明确设置WiFi信道为6
esp_wifi_set_channel(6, WIFI_SECOND_CHAN_NONE);
// 初始化ESP-NOW
if (esp_now_init() != ESP_OK) {
Serial.println("ESP-NOW初始化失败");
return;
}
// 注册接收回调函数
esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
}
void loop()
{
}
v1.1/Shibo-main-TOMMY/test/main 蓝牙服务.cpp
+507
View File
@@ -0,0 +1,507 @@
#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()
v1.1/Shibo-main-TOMMY/test/main.cpp
+1007
View File
File diff suppressed because it is too large. Load diff
v1.1/Shibo-main-TOMMY/test/platformio.ini
+29
View File
@@ -0,0 +1,29 @@
; 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
v1.1/Shibo-main-TOMMY/test/超声波版本.cpp
+907
View File
@@ -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;
}
}
v1.1/Shibo-main-TOMMY/test/连接xbox手柄测试.cpp
+132
View File
@@ -0,0 +1,132 @@
#include <Arduino.h>
#include <XboxSeriesXControllerESP32_asukiaaa.hpp>
#include <Preferences.h>
// 全局变量
int led1 = 2;
Preferences preferences;
XboxSeriesXControllerESP32_asukiaaa::Core* xboxController = nullptr;
int connnect_flag = 0;
// 蓝牙地址管理函数
void saveBluetoothAddress(const String& addr) {
preferences.begin("xbox", false);
preferences.putString("bt_addr", addr);
preferences.end();
}
String loadBluetoothAddress() {
preferences.begin("xbox", true);
String addr = preferences.getString("bt_addr", "");
preferences.end();
return addr;
}
void resetBluetoothAddressAndRestart() {
saveBluetoothAddress(""); // 保存空地址
Serial.println("Bluetooth address cleared, restarting...");
delay(500);
ESP.restart(); // 重启后会用空地址，自动进入全扫描模式
}
// 串口命令处理函数
void handleSerialCommands() {
if (Serial.available()) {
String addr = Serial.readStringUntil('\n');
addr.trim();
if (addr.equalsIgnoreCase("set")) { // 输入set 查找手柄蓝牙MAC地址
resetBluetoothAddressAndRestart();
} else if (addr.equalsIgnoreCase("get")) { // 获取目前保存的手柄蓝牙MAC地址
String curAddr = loadBluetoothAddress();
if (curAddr.length() == 17) {
Serial.println("Current Bluetooth address: " + curAddr);
} else {
Serial.println("No address saved (scan all devices).");
}
} else if (addr.length() == 17) { // 直接输入17位蓝牙MAC地址
saveBluetoothAddress(addr);
Serial.println("Address saved: " + addr);
delay(500);
ESP.restart();
} else {
Serial.println("Invalid address format!");
}
}
}
// Xbox控制器数据处理函数
String xbox_string() {
String str = String(xboxController->xboxNotif.btnY) + "," + // 所有按钮，除了4个摇杆都是默认0，按下1
String(xboxController->xboxNotif.btnX) + "," +
String(xboxController->xboxNotif.btnB) + "," +
String(xboxController->xboxNotif.btnA) + "," +
String(xboxController->xboxNotif.btnLB) + "," + // 肩部左按钮
String(xboxController->xboxNotif.btnRB) + "," + // 肩部右按钮
String(xboxController->xboxNotif.btnSelect) + "," + // 上方左按钮
String(xboxController->xboxNotif.btnStart) + "," + // 上方右按钮
String(xboxController->xboxNotif.btnXbox) + "," + // 上方上按钮 开机按钮
String(xboxController->xboxNotif.btnShare) + "," + // 上方下按钮
String(xboxController->xboxNotif.btnLS) + "," + // 左摇杆中键
String(xboxController->xboxNotif.btnRS) + "," + // 右摇杆中键
String(xboxController->xboxNotif.btnDirUp) + "," + // 上方向键
String(xboxController->xboxNotif.btnDirRight) + "," + // 右方向键
String(xboxController->xboxNotif.btnDirDown) + "," + // 下方向键
String(xboxController->xboxNotif.btnDirLeft) + "," + // 左方向键
String(xboxController->xboxNotif.joyLHori) + "," + // 左摇杆水平轴 中间值=32768 范围[左，右],[0, 65536]
String(xboxController->xboxNotif.joyLVert) + "," + // 左摇杆垂直轴 中间值=32768 范围[上，下],[0, 65536]
String(xboxController->xboxNotif.joyRHori) + "," + // 右摇杆水平轴 中间值=32768 范围[左，右],[0, 65536]
String(xboxController->xboxNotif.joyRVert) + "," + // 右摇杆垂直轴 中间值=32768 范围[上，下],[0, 65536]
String(xboxController->xboxNotif.trigLT) + "," + // 左扳机轴 中间值=0 范围[未压，压满],[0, 100]
String(xboxController->xboxNotif.trigRT) + "\n"; // 右扳机轴 中间值=0 范围[未压，压满],[0, 100]
return str;
}
// Xbox控制器连接管理函数
void handleXboxConnection() {
if (xboxController) xboxController->onLoop();
if (xboxController && xboxController->isConnected()) {
if (xboxController->isWaitingForFirstNotification()) {
Serial.println("waiting for first notification");
} else {
if(connnect_flag == 0) {
connnect_flag = 1;
// 可以在这里添加连接成功后的初始化代码
Serial.println("Xbox controller connected!");
}
Serial.print(xbox_string());
// 连接状态下LED常亮
digitalWrite(led1, HIGH);
delay(10);
}
} else {
connnect_flag = 0;
memset(xboxController->xboxNotif.rx_buf, 0, sizeof(xboxController->xboxNotif.rx_buf));
// 未连接状态下LED熄灭
digitalWrite(led1, LOW);
delay(10);
if (xboxController && xboxController->getCountFailedConnection() > 2) {
ESP.restart();
}
}
}
// 简化的setup函数
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println("Starting NimBLE Client");
pinMode(led1, OUTPUT);
String btAddr = loadBluetoothAddress();
xboxController = new XboxSeriesXControllerESP32_asukiaaa::Core(btAddr);
xboxController->begin();
digitalWrite(led1, LOW);
}
// 简化的loop函数
void loop() {
handleSerialCommands(); // 处理串口命令
handleXboxConnection(); // 处理Xbox控制器连接
}
v1.1/Shibo-main-TOMMY/test/遇到障碍.cpp
+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;
}
}