// ----------------------------------------------------------------------------- // Copyright (c) 2024 Mu Shibo // Modify by Tommy 2025.8.11 // ----------------------------------------------------------------------------- #include #include #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 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; 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 float original_angle_zeropoint = 5; // 保存原始的角度零点 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)); // Serial.println("收到数据"); // Serial.print("j1PotX="); Serial.print(remoteData.j1PotX); // Serial.print(", j1PotY="); Serial.print(remoteData.j1PotY); // Serial.print(", j2PotX="); Serial.print(remoteData.j2PotX); // Serial.println(", j2PotY="); Serial.println(remoteData.j2PotY); // Serial.print(", buttonR1="); Serial.print(remoteData.buttonR1); // Serial.print(", buttonR2="); Serial.print(remoteData.buttonR2); // Serial.print(", j1Button="); Serial.print(remoteData.j1Button); // Serial.print(", j2Button="); Serial.print(remoteData.j2Button); // Serial.print(", buttonLB="); Serial.print(remoteData.buttonLB); // Serial.print(", buttonRB="); Serial.println(remoteData.buttonRB); // Serial.print(", tSwitch1="); Serial.print(remoteData.tSwitch1); // Serial.print(", roll="); Serial.print(remoteData.roll); // Serial.print(", pitch="); Serial.print(remoteData.pitch); // Serial.print(", buttonR3="); Serial.println(remoteData.buttonR3); // 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((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 } // 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 - 修改：设置通道为6 WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置为STA模式 // 设置WiFi通道为6 esp_wifi_set_channel(6, WIFI_SECOND_CHAN_NONE); // 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); // 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) { // 设置电机目标为正，使小车向后运动 motor1.target = -1.0; // 2V电压，向后转（轮子向前转，小车向后运动） 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; Speed[0] = 100; Speed[1] = 100; ACC[0] = 5; ACC[1] = 5; 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 // jump_loop(); // 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; // 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 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; } } // 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; // 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 // 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; }