机器人设计 课件 第3章 机器人控制系统设计

第3章机器人控制系统设计

学习目标学习导图大国重器知识讲解本章小结拓展阅读知识测评章节内容3.1机器人控制系统概述3.2机器人驱动控制原理3.3机器人控制设计设计案例3.4机器人控制系统开发环境本章小结学习目标学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评知识学习能够理解移动机器人嵌入式控制系统的组成，机器人驱动控制的原理以及认识各组成部分的结构特点和作用。能够了解移动机器人嵌入式控制系统的开发环境，以及机器人驱动装置的通信组成。能力培养能根据应用场景分析机器人控制系统需求，设计控制器硬件。熟悉驱动通信方式，合理选择机器人通信方案。素养提升深刻理解移动机器人和其核心技术，从而提高自身的自主创新能力，寻求技术上的突破，实现产品的质量提升。掌握系统机制，优化算法提升性能。通过测试分析改进控制，增强精确可靠性，适应复杂环境，实现高质量制造。设计案例能分析底盘特性，运用运动学解算和闭环控制算法。熟练使用CubeMX配置单片机引脚，用Keil5开发编程。3学习导图机器人控制系统设计机器人驱动方式电动机控制原理机器人运动学驱动控制原理本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例控制系统组成控制系统概述轮式机器人控制系统设计控制系统需求分析控制系统方案设计机器人控制设计功能测试机器人控制设计控制器分类嵌入式硬件设计驱动装置通信常用运动控制算法控制系统开发环境CubeMXKeiluVision5大国重器制造变”智造”随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，移动机器人的应用领域已经从传统的制造业向更广泛的领域拓展，移动机器人广泛应用于多个领域：在工业领域，移动机器人可用于物料搬运、仓储管理和自动化生产线等；在医疗护理领域，移动机器人可以协助医护人员进行病房巡视、药物送达和康复训练等任务；在服务领域，移动机器人可用于接待、导览和送餐等服务场景。随着新技术的继续普及与应用，移动机器人的应用领域还将进一步扩大。移动机器人的移动机构有：轮式、爬行、履带、蛇形和步行移动机器人等方式。其中轮式移动机器人在自主移动机器人领域占有较为重要的地位，具有运动速度快、控制简单等特点，在自动码垛生产线、无人驾驶车辆、火星车等领域应用广泛。自动化集装箱码头是无人运输的重要组成部分。这些码头通过高度信息化和全自动化系统实现高效精准的作业。此外，天津港北疆港区C段智能化集装箱码头引入了全球智能化程度最高的智能水平运输机器人，实现了L4级别无人驾驶场景应用。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例5大国重器智能物流系统在散货码头的应用也推动了无人运输的发展。通过AI、人工智能、大数据、云计算、数字孪生等技术，散货码头实现了从货主、承运商、司机到客户的全链接协同支持。例如，南沙四期全自动化码头的信息系统可以自动发布指令，精准抓取并放置集装箱，AGV通过智能算法规划路径，将集装箱运往目的位置。智能物流系统工作现场早已不是“人海战术”，机器人技术越来越多地应用于装卸搬运作业，从而直接提高了工作的效率和效益。机器人可安装不同的末端执行器，来完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前已广泛应用于工厂内部工序间的搬运，国际大型港口的物流系统以及自动搬运集装箱的持续运行。这些机器人出现后，不仅工作环境的空间可以得到充分利用，物料的搬运能力也得到了提高。移动机器人一般由车体、蓄电和充电装置、驱动装置、转向装置、车上控制器、通信装置等组成。独立的AGV需要有机器人控制系统去处理指令，如电动机的驱动、货物的搬运以及导航系统的路径规划和避障等。不同底盘结构的AGV则需要采用不同的解算来对多电动机协同控制，下面就请走进——移动机器人的控制系统设计。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例知识讲解3.1机器人控制系统概述基本的机器人控制系统由电源管理系统、状态感知系统、驱动系统、人机交互系统组成。基本的机器人控制系统由电源管理系统、状态感知系统、驱动系统、人机交互系统组成。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例机器人控制系统框图1.驱动系统驱动系统为机器人控制系统的核心，负责对各驱动装置进行控制，实现对机器人运动的控制。驱动系统内部集成了驱动装置控制算法与机器人运动控制算法，根据特定的算法，机器人能够严格按照用户的期望要求进行运动。驱动系统接受来自人机交互系统的信息，即用户输入至人机交互系统的控制指令，并将其转化为驱动装置或机器人的期望状态，用于机器人运动的控制。73.1机器人控制系统概述电源管理系统负责对各系统进行电源管理，包括基本的电源通断、电流电压实时监控、电源安全保护等功能。进一步，联合其他系统并配合相关算法可实现对机器人的电源能耗的管理与优化。电源管理系统主要由控制器与电源组成，对于复杂机器人系统可以单独设置一个控制器用于电源管理，而对于简易机器人系统，电源管理系统、状态感知系统、驱动系统、人机交互系统可共用一个控制器。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例2.电源管理系统作为机器人“思维和判断”的中心，控制器是实现机器人传感、交互、控制、协作、决策等功能硬件以及若干应用软件的集合，是机器人“智力”的集中体现。在实际应用中，控制器的主要任务是根据任务程序指令以及传感器反馈信息支配机器人本体完成规定的动作和功能，并协调机器人与周边设备的信号通信。依据广义体系结构定义或者控制系统的开放程度，机器人控制器可划分为三类，即封闭式控制器、开放式控制器和混合式控制器(见下表)。出于技术保密考虑，机器人制造商提供给系统集成商或终端用户的基本是封闭式或混合式机器人控制器。8本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例j工业机器人控制器的类型开放程度体系结构特点封闭式由开发者或生产厂家基于自己的独立结构进行设计生产，并采用专用计算机、专用机器人语言、专用操作系统或者专用微处理器，虽然可靠性高，但使用者和系统集成商难以对系统进行扩展，集成新的硬件或软件模块非常困难，系统功能的升级只能依赖于特定的生产厂家开放式具有模块化的结构和标准的接口协议，其硬件和软件结构完全对外开放，使用者以及系统集成商可以根据需要进行替换和修改，而不需要依赖开发者或生产厂家，同时它的硬件和软件结构能方便地集成外部传感器、功能模块、控制算法、用户界面等混合式介于开放式和封闭式之间，其底层的控制功能一般是由生产厂家提供，采用基于模块的实现方式，模块内部的结构和实现细节一般不对用户开放或只有限开放，以保护厂商的知识产权和相关利益，但模块会提供各种功能接口，用户可以通过接口，对模块的功能和行为特性进行定制，并通过接口实现多个模块之间的互操作和协同工作3.1机器人控制系统概述状态感知系统根据其感知的状态为外部状态或内部状态可分为环境状态感知系统和机器人状态感知系统。环境状态感知系统负责采集与处理环境信息，机器人状态感知系统负责采集与处理机器人信息。状态感知任务主要由传感器完成，就像人的活动需要依赖自身感官一样，机器人的运动控制离不开传感器。机器人需要先进的传感装置来丰富自己的“知觉”，以提升对自身状态和外部环境的“感知”能力，实现“感知-决策-行为-反馈”的闭环工作流程。感知模块种类繁多，如右图所示。

本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.1机器人控制系统概述3.状态感知系统BMI088陀螺仪模块MPU6050陀螺仪模块4.人机交互系统人-机器人交互是指人和机器人通过用户接口交流信息和动作来执行任务，该系统负责人机之间的信息传输。用户将控制指令输入人机交互系统，由该系统传送至其他系统，同时，将环境或机器人的指定状态信息反馈给用户。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理3.2机器人驱动控制原理1.机器人驱动方式按动力源的类型划分，机器人的驱动可以分为液压驱动、气压驱动和电驱动三种。其中，电驱动（如步进电动机、伺服电动机等）是现代工业机器人最为主流的一种驱动方式，且大多是一个关节运动轴安装一台驱动电动机，。电驱动机器人的驱动任务主要由驱动电动机与驱动电动机控制器两部分组成。1）驱动电动机驱动电动机是指将电能转换成机械能为车辆行驶提供驱动力的电气装置，也具备机械能转化成电能的功能。2）驱动电动机控制器驱动电动机控制器控制动力电源与驱动电动机之间能量传输的装置，可由控制信号接口电路、驱动电动机控制电路、驱动电路、功率电子模块等组成。（1）直流电动机驱动方式

H桥式驱动电路为典型的直流电动机驱动电路，因其形状与字母“H”相似而得名，如右图所示。H桥式驱动电路包括四个三极管，分别位于“H”的四条腿，通过控制这四个三极管的导通与截止，能够轻易地实现电动机的正转、正转制动、反转、反转制动。当三极管

、

导通，电流从电源正极经

从左至右通过电动机，再经回到电源负极，如下图a所示。图中箭头为电流流向，在该电流作用下电动机顺时针转动。当三极管

、

导通，电流从电源正极经

从左至右通过电动机，再经

回到电源负极，如下图b所示。图中箭头为电流流向，在该电流作用下电动机顺时针转动。a)电动机顺时针转动b)电动机逆时针转动本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理12然而上述基础的H桥式驱动电路在使用中存在一定风险：若同侧的三极管

与

或

与

同时导通，那么电流就会从正极通过两个三极管直接回到负极，而不通过电动机。由于电路中除了三极管外没有其他任何负载，所以电路上的电流将会突增，甚至可能烧坏三极管，因此需要使用其他硬件电路更有逻辑地控制三极管的导通。为方便开发使用，常将H桥式驱动电路与其他硬件电路进行封装制成集成电路，下图所示为意法半导体集团旗下量产的一款H桥式电动机驱动芯片L298N和直流电动机。H桥式电动机驱动芯片L298N和直流电动机（2）伺服电动机驱动方式

伺服驱动器属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电动机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品。右图所示为松下伺服电动机及其驱动器。松下伺服电动机及其驱动器本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理H桥式驱动电路可实现直流电动机的正转、正转制动、反转、反转制动，但无法实现精确的速度与位置控制；步进电动机在驱动器驱动下精度较好，却不能针对突加外界负载自动调整以保证速度和位置精度，因此需引入电动机控制原理，使电动机按人为给定的期望状态运动，并具备抵御外界随机扰动与系统模型参数不确定性的能力。2.电动机控制原理步进电动机：驱动器接1个脉冲信号，驱动其按设定方向转固定步距角（开环控制下精度良好）；可通过控制脉冲个数控角位移量实现准确定位，控制脉冲频率控转速与加速度实现调速定位；速度、负载超能力范围会失步，影响控制精度，可加速度/位置检测装置用于闭环保精度。驱动器：伺服、步进等电动机需驱动器驱动；驱动器是多种复杂驱动电路的集成，部分还含特殊控制算法（如伺服电动机驱动器集成PID控制器），可代主控制器承担电机控制任务；主控制器仅需发特定信号，驱动器结合电机编码器反馈信号实现精确控制，多电机控制时能大幅减少主控制器计算负担。步进电动机及其驱动器本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理14（1）电动机控制系统电动机开环控制系统与闭环控制系统均可实现对电动机的精准转速、位移、转矩或电流控制，且闭环控制系统包含状态感知系统，其传感器能将电动机状态反馈至控制器以支持决策；相较于开环控制系统，闭环控制系统鲁棒性更强，在存在未知外界扰动或参数不确定性的环境下性能更优。电动机闭环控制系统框图机器人内的电动机控制系统常需在负载不确定性与扰动不确定性的环境下工作，因此大多采用闭环控制系统，r(t)为系统输入量，y(t)为系统输出量，e(t)=r(t)-y(t)为系统偏差；作为机器人控制系统的子系统，它与机器人控制系统不同，执行机构往往由驱动电路与驱动器充当，控制对象是电动机自身的速度、加速度、转矩、电流等状态，而非机器人自身状态。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理针对不同控制需求需确定电动机闭环控制系统的输入输出量及反馈装置：若需控制电动机按设定速度运行，系统输入量为电动机期望转速，输出量为电动机实际转速，同时选用转速传感器检测实际转速并完成反馈。当期望转速改变或外界扰动使电动机实际转速y(t)与期望转速r(t)不相等时，会产生偏差信号e(t)；控制器通过控制算法处理偏差信号，输出控制信号调节电动机转速（增大或减小），直至实际转速与期望转速一致，这一过程本质是检测偏差并利用偏差消除偏差。（2）电动机控制技术1)磁场定向控制（FOC）工作原理：输入电流至定子线圈→绕组线圈形成绕电动机几何轴心旋转的磁场→磁场驱动转子永磁磁钢转动输出影响因素：磁钢数量、磁钢磁通强度、电动机输入电压大小C620电子调速器FOC技术：无刷直流电机控制技术，通过变频器控三相电机（调输出频率、电压大小及角度）C620电调：用FOC，驱动M3508电机，实现速度/位置/力矩控制；24V供电，输入：控制+电机反馈信号，输出：三相电本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理162)脉冲宽度调制（PWM）PWM是模拟控制方式，能在工作条件变化时保持电源输出电压恒定，利用微处理器数字信号控制模拟电路，广泛应用于测量、通信、功率控制与变换领域。PWM信号示意图脉宽T₁：一个高电平所占时间关键参数-占空比：定义：决定PWM信号表示的电压值，由

脉宽T₁和周期T决定公式：PWM信号电压值：公式：由幅值A

和占空比d

决定本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理规律：幅值、周期不变时，占空比越大→电压值越大，反之越小（例：幅值5V时，占空比对电压值影响如下图）单片机PWM信号应用：输出范围：I/O口高3.3V、低0V→可输出0~3.3V实时变化的模拟电压局限：引脚电流小、电压低、保护不足，无法直接控制电机解决：用电机驱动器调制单片机PWM信号，输出满足电机工作要求的电压，实现间接控制占空比对PWM信号所表示电压值的影响本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理C615电调核心配置与功能：C615电调用32位定制电机驱动芯片，可驱动Snail2305电机实现精确灵敏速度控制供电与信号参数：24V供电；输入为PWM控制信号（最大兼容500Hz，行程400~2200μs），输出为三相电连接方式：PWM信号线连单片机，电源线连24V电源，三相线连Snail2305电机启动要求：启动前需将PWM信号占空比设为最小值（18.2%）附近，听到开机提示音后方可控制本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理坐标系定义：大地坐标系机体坐标系：

（

为底盘几何中心）。R：两驱动轮轴心距离；r：驱动轮半径；

：

轴与

轴夹角（偏航角）；

：机体坐标系下机器人

速度、角速度；

：左、右轮速度。正运动学模型不同驱动方式可实现机器人“静”到“动”，但仅动无法满足特殊任务，需控制驱动装置按人类期望运转。机器人典型运动方式（保持/变化航向角）：前进（Forward）：正方向运动，航向角不变；后退（Backward）：反方向运动，航向角不变侧移（Crabwise）：非前/后方向运动，航向角不变；转弯（Turning）：沿路径切线方向运动，航向角变化自旋（Rotating）：以运动参考点为回转中心的回转运动3.机器人运动学差速结构底盘机器人运动示意图（2）舵轮控制底盘解算（以四舵轮底盘为例）本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理20基于机体坐标系

分析，Y轴正向为机器人正前方，O是底盘几何中心。四舵轮结构底盘机器人运动示意图四舵轮结构底盘运动学模型：（2）舵轮控制底盘解算（以四舵轮底盘为例）本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理设机器人位置由机器人底盘几何中心

O

确定机器人的速度通过

确定机器人的方向。即控制器只需根据人为给定的期望状态求解出电动机的期望速度并对电动机进行速度设置，便可完成开环控制下的机器人系统的定位定向。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理左图中机体坐标系

，Y轴正向为机器人正前方，O是底盘几何中心。（3）麦克纳姆轮底盘控制解算四麦克纳姆轮

O-长方形分布底盘参数定义电机转速：

（逆时针为正）；底盘运动：平移速度

（分解

），角速度

（逆时针为正）；几何参数：主对角线半长

b，副对角线半长

a（轮轴连线定义）。数学分析可得四麦克纳姆轮O-长方形分布底盘机器人的运动学模型如下（底盘运动→电机转速映射）：本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理设机器人位置由机器人底盘几何中心

O

确定机器人的位置通过

确定机器人的方向。并且这些状态皆可被

控制。控制。即控制器只需根据人为给定的期望状态求解出电动机的期望速度并对电动机进行速度设置，便可完成开环控制下的机器人系统的定位定向。四麦克纳姆轮O-长方形分布底盘数学解算如下：本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理在轮式机器人的底盘多电动机协同控制中，以四麦克纳姆轮O-长方形分布底盘为例，在上述已拥有单电动机驱动的能力下，将驱动四个独立电动机进行底盘全向运动。根据四麦克纳姆轮O-长方形分布底盘机器人的运动学模型解算，可以得到各轮的分力，从而实现机器人全向移动的电动机动力分配。程序如下：本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.2机器人驱动控制原理本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计3.3机器人控制设计1.机器人控制器分类机器人控制器是机器人控制系统的核心部件，负责传感接收、算法执行、指令输出。PLC（可编程逻辑控制器）：

▶结构：控制器主体+输入输出/电源模块，类计算机架构；

▶优势：高可靠、强抗扰、控制精度高，安装维护便捷；

▶应用：工业自动化（生产线、控制系统）。嵌入式控制器：

▶核心：ARM/DSP/FPGA等处理器，集成存储、IO接口；

▶优势：体积小、功耗低、响应速度快；

▶应用：实时性要求高的复杂机器人任务。3.基于PC的控制器：

▶基础：通用计算机，依托高速计算+丰富软件资源；

▶能力：运行复杂算法（路径规划、视觉识别），支持多任务并行；

▶应用：多机器人协作、图像处理+数据分析场景。4.移动机器人专用控制器（AGV/AMR）：

▶集成：导航+运动控制算法；

▶特点：低功耗、快响应、抗干扰能力强。分类及要点：选型逻辑：根据

应用场景、机器人类型、功能/性能需求、成本

综合选择。26本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计2.嵌入式控制器硬件设计设计核心逻辑复杂度：涉及

处理器选型、电源设计、通信接口设计

等多维度；考量因素：应用场景、成本、体积、功耗→通过

硬软协同

释放性能灵活性；案例载体：以

STM32最小系统/开发板

解析关键步骤与影响因素。（1）嵌入式控制器选型STM32单片机单芯片集成计算机系统如右图，含

处理器内核+功能外设，（ROM/EPROM、RAM、总线、I/O、PWM、A-D/D-A、看门狗等）定制化能力：同内核系列中，存储/外设可裁剪

→精准匹配需求，降低系统功耗与成本；技术优势：片上外设资源丰富，适配多样场景→成为嵌入式系统主流方案；代表系列：STM32、8051/8052、MCS-96/196、PIC、AVR等本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计（3）STM32开发板（2）STM32最小系统定义：单片机正常工作的

最低配置（如STM32最小系统原理图所示），是复杂系统的基础单元。组成及作用：1）单片机芯片：核心，处理数据、运行程序；2）供电电路：为MCU及外设提供稳定电源（含电压调节、滤波电容）；3）时钟电路：提供运行时钟（晶体振荡器+电容）；4）复位电路：保障上电/复位时正确启动；5）启动配置电路：指定程序执行的存储区域；6）程序下载电路：支持代码烧录与调试（JTAG、SWD、ISP接口）。定义：嵌入式系统开发电路板（如下图），是

高度集成的单片机应用系统。硬件组成：中央处理器+存储器+输入/输出设备+数据通路+扩展接口（GPIO、UART、USB、SPI、I2C、CAN等）；设计逻辑：基于

最小系统扩展

→按需布置外设、拓展接口，适配应用需求。STM32单片机28本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计STM32最小系统原理图本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计3.机器人驱动装置通信（1）驱动装置通信方式按数据传输流向与时间关系，分为单工、半双工、全双工通信单工通信特点：消息仅单方向传输，信道、收发端固定（发送端只发不收，接收端只收不发）。示例：广播（广播站→听众，单向传递信息）。半双工通信特点：可双向通信，但不能同时双向，需轮流交替（收发端可切换角色，同一时刻仅单向传输）。示例：对讲机（双方可互传，但同一时刻仅一方讲话）。全双工通信特点：通信任意时刻，线路双向同时传输（双方可同时发送、接收数据，无需切换方向）。优势：无切换延迟，适用于低延迟交互式场景（如远程监测与控制系统）。条件：通信双方需具备发送器+接收器，且配套设备（线缆、集线器、操作系统等）支持全双工。示例：带触摸键盘的显示终端与计算机主机（字符输入→主机、主机回显→终端，双向同时进行）。30本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计按数据传输同步方式分类，分为同步通信和异步通信VS同步通信类型：位（码元）同步传输，需收发双方建立精确位定时信号以区分每位数据传输形式：数据分组（帧）传输，每帧含多字符/码元；帧首加帧同步码元序列，接收端检测后建立同步、提取位定时特点：无起/止信号，传输效率高（适用于

\(2400\\text{bit/s}\)

以上高速传输），但技术复杂异步通信类型：字符同步传输（起止式同步），发送字符时前加“起”信号（1码元，极性“0”）、后加“止”信号（1/1.5/2码元，极性“1”）。传输机制：接收端通过“起-止”信号区分字符；字符可连续/单独发，不发时持续发“止”信号。特点：收发时钟无需精确同步，技术简单；但因起/止信号，效率低，适用于低速数据传输。31本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计按数据传输的顺序分类，分为并行通信和串行通信VS并行通信方式：数据成组，在多条并行信道同时传输（如8位字符用8条信道一次传1个字符）。优势：无字符同步问题（无需起/止等同步信号）。局限：需并行信道，受设备/实施条件限制。串行通信方式：字符的二进制代码在一条信道按时间逐位传输，需同步措施。特点：速度慢，但仅需1条信道，成本低、易实现。应用：数据传输、计算机通信的主要方式。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计（2）CAN通信STM32单片机CAN通信属于半双工异步串行通信，全称为“控制器局域网络（ControllerAreaNetwork）”，由德国BOSCH公司开发，是国际标准（ISO11898），也是应用最广泛的现场总线之一，其网络结构如下图所示。典型应用（以C620电调为例）开发板（如RobomasterA型）通过CAN总线：向C620电调输出控制信号；接收C620电调反馈的电动机状态信号；借助24V电源输出口，可直接为C620电调供电，支持1块开发板直连4个C620电调（电调再与M3508电动机相连）。33本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计CAN通信的传输帧类型共5种（数据帧、遥控帧含标准/扩展格式），各帧用途见下表jCAN通信的帧类型及用途帧类型帧用途数据帧用于发送单元向接收单元传送数据遥控帧用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据错误帧用于当检测出错误时向其他单元通知错误过载帧用于接收单元通知其尚未做好接收准备间隔帧用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计RobomasterA型开发板与C620电调采用标准格式数据帧完成双向通信（帧结构如下图）STM32单片机本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计CAN数据帧结构（由7段组成）帧起始段：1个显性电平数据位，通知节点数据传输开始，通过电平跳变沿实现硬件同步。仲裁段：体现优先级，标准帧含11位ID（决定发送优先级、筛选总线数据）、RTR位（显性为数据帧，隐性为遥控帧）。控制段：含IDE位（显性是标准格式，隐性是扩展格式）、保留位r0（默认显性）、DLC位（4位，表示数据长度0-8字节）。数据段：传输0-8字节的数据内容。CRC段：检查帧的传输错误。ACK段：确认帧已正常接收。帧结束段：由7个隐性位构成，标志数据帧结束。C620电调的CAN通信要点开发板需发送特定格式的帧，C620电调才会接收；电调发送的帧需按格式解析数据意义→需在软件层设计数据处理模块。接收报文参数：控制电流值范围-16384~16384，对应电调输出的转矩电流范围

-20~20A（详见下表）。36本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计j帧ID帧格式帧类型DLC数据域内容电动机ID0x200数据帧标准帧8DATA[0]控制电流值高8位1DATA[1]控制电流值低8位DATA[2]控制电流值高8位2DATA[3]控制电流值低8位DATA[4]控制电流值高8位3DATA[5]控制电流值低8位DATA[6]控制电流值高8位4DATA[7]控制电流值低8位0x1FF数据帧标准帧8DATA[0]控制电流值高8位5DATA[1]控制电流值低8位DATA[2]控制电流值高8位6DATA[3]控制电流值低8位DATA[4]控制电流值高8位7DATA[5]控制电流值低8位DATA[6]控制电流值高8位8DATA[7]控制电流值低8位舵轮驱动形式37本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计jC620电调CAN信号反馈报文格式帧ID帧格式帧类型DLC数据域内容0x200+电调ID数据帧标准帧8DATA[0]转子机械角度高8位DATA[1]转子机械角度低8位DATA[2]转子转速高8位DATA[3]转子转速低8位DATA[4]实际转矩电流高8位DATA[5]实际转矩电流低8位DATA[6]电动机温度DATA[7]NullC620电调CAN信号反馈报文格式见表3-4，默认数据传输频率1000Hz，转子机械角度值范围为0~8191，对应转子机械角度0~360°，转子转速值的单位为r/min，电动机温度值单位为℃。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计CAN通信与STM32总线应用场景：开发板与电子调速器、开发板与开发板之间，均可采用CAN通信。STM32芯片的CAN总线：内置CAN1、CAN2两条总线，共享512字节SRAM存储器；CAN1（主CAN）：管理CAN与SRAM间的通信；CAN2（从CAN）：无法直接访问SRAM，需基于CAN1工作；初始化要求：需先完成CAN1初始化，再配置CAN2（资源配置及关联如图3-21所示）。双CAN截图39本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计（3）UART通信RobomasterDT7控制器DR16接收机​通信属性：异步串行全双工通信，tx

端发送数据，rx

端接收数据。应用场景：机载主机与云台开发板间通信，需自定义通信协议（如右图）。赛项机器人案例：采用

RobomasterDT7控制器+DR16接收机

控制底盘；DR16输出

DBUS信号（与UART信号电平相反）；RobomasterA型开发板

DBUS接口内置取反电路，可将DBUS信号当作UART信号识别处理（如左图、右图）；RobomasterDT7控制器本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计控制器通道与拨杆定义如下图控制器通道与拨杆定义图​控制链路示意图RobomasterDT7控制器与遥控链路控制器参数：工作频率为

2.4GHzISM，开阔室外通信距离达

1km，具备7个通道。DR16接收机通信逻辑：信号输出遵循

DBUS协议；与控制器建立连接后，每隔14ms

向主控板发送

1帧18字节数据；主控板程序对数据解包并赋值，从而实现对机器人的控制（遥控控制链路如右图，数据解包与赋值信息见下表）。j解包操作赋值变量变量含义(rx_message.Data[0]|(rx_message.Data[1]<<8))&0x07ffRC_Ctl.rc.ch0控制器通道0数值((rx_message.Data[1]>>3)|(rx_message.Data[2]<<5))&0x07ffRC_Ctl.rc.ch1控制器通道1数值RC_Ctl.rc.ch2=((sbus_rx_buffer[2]>>6)|(sbus_rx_buffer[3]<<2)|(sbus_rx_buffer[4]<<10))&0x07ffRC_Ctl.rc.ch2控制器通道2数值RC_Ctl.rc.ch3=((sbus_rx_buffer[4]>>1)|(sbus_rx_buffer[5]<<7))&0x07ffRC_Ctl.rc.ch3控制器通道3数值((rx_message.Data[3]>>4)&0x000C)>>2RC_Ctl.rc.s1控制器S1拨杆值((rx_message.Data[3]>>4)&0x0003)RC_Ctl.rc.s2控制器S2拨杆值RC_Ctl.rc.sw=(sbus_rx_buffer[16]|(sbus_rx_buffer[17]<<8))&0x07FFRC_Ctl.rc.sw控制器通道SW数值数据解包、赋值信息本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计4.机器人常用运动控制算法（1）经典PID控制算法背景：底盘受干扰时，开环系统难让电机转速达期望；闭环系统可抗扰动，保障转速跟随性、控制精度、响应速度与稳定性。地位：20世纪30-40年代出现，工业应用最广、技术最成熟的闭环算法；无需精确建模，能解决复杂系统控制问题，对一般线性/非线性系统效果好。核心逻辑：由给定输入

r

和实际输出

y

得到偏差控制链路示意图将偏差的比例、积分、微分线性组合为控制量（算法结构如右图）。连续PID公式43本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计分别为比例系数、积分时间常数、微分时间常数也可令表示为分别为积分系数、微分系数。离散PID公式

为当前采样周期偏差；

为上一采样周期偏差参数整定是设计关键，由于参数对系统稳态/动态性能影响不同，需通过实验整定。增大→提高精度、加快响应，但易超调、稳定性差；过小→精度低、响应缓，需适中。增大→更快消除稳态误差，但易积分饱和、助长超调；过小→无法消稳态误差、精度低。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计高鲁棒性的控制系统需同时具备良好的静态、动态性能。PID控制器中：PID控制器微分环节的作用比例、积分环节是事后调节（依据已发生的偏差

e

调节），对突变输入或外部扰动的应对能力不足；微分环节具备预测作用，能有效克服突变输入/外部扰动（输入量有变化趋势时，比例环节会输出控制量抑制变化）；增大微分系数

\(K_d\)：可增强系统预测能力，提升动态性能；但

\(K_d\)

过大会使系统提前制动，延长调节时间、降低抗干扰性能。串级PID就是在原PID控制块的前面再接一个PID控制块，称为外环。下面是一个申级PID控制的例子，外环是位置（角度）环，内环是速度（角速度）环，最终的执行器是电动机，电动机输出产生了速度（角速度）和位置（角度），框图如下。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计外环PID想要直接获取到当前的位移较困难，可进行一些处理来间接获取，如下图。单级PID局限：小车核心控制量为速度，单级PID可调节速度逼近预设值，但无法直接控制加速度变化。若要实现“起点→终点先加速后减速”的复杂路径（如快速平稳行驶），需持续动态调整速度期望值，操作繁琐低效。串级PID优势：在单级PID前增设一级控制层，能预先规划速度变化曲线（融合加速、减速需求），使底层单级PID据此精确调节速度，实现先加速后减速的平滑运动，大幅提升系统响应速度与控制精度。串级PID控制的引入（以小车底盘运动为例）本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计（2）主动扰动抑制控制（ADRC）ActiveDisturbanceRejectionControl（ADRC）是新型控制算法，抗干扰能力强、适应性好，适用于各类动态系统控制。核心思想：通过建立系统扰动的动态补偿模型，实现对扰动的实时估计与补偿。优势：不依赖系统精确数学模型，通过对扰动实时观测、估计，抑制其对控制性能的影响（算法框架如下图）。ADRC算法框架本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计跟踪微分器（TD）输入系统目标值

，输出

（的平滑过渡过程，无静差/超调，爬升特性由TD参数调节）与

（

的微分）。状态与观测定义：目标速度；v：实际速度；

：跟踪速度；

：跟踪加速度；：观测速度；

：观测加速度；

：观测扰动。扩张状态观测器（ESO）输入反馈值

y、输出值

为系统系数），输出

（跟随

y）、

（跟随

y

的微分）、

（观测总扰动，是自抗扰核心）。非线性状态误差反馈（NLSEF）输入误差

\(e_1=v_1-z_1\)、\(e_2=v_2-z_2\)，输出

\(u_1\)；系统最终输出为

\(u=u_1-z_3/b_0\)（作用于被控对象）。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计（3）线性二次型调节器（LQR）是现代控制理论中广泛应用的最优控制方法，通过最小化二次型代价函数，设计引导系统达到预定性能的控制策略（控制框图如下）。ADRC算法框架系统构成：由系统模型、控制器、观测器三部分组成。代价函数:其中，x为系统状态变量，u为控制输入，Q、R

是加权系数矩阵，用于综合系统状态与控制变量的加权平方和能量度量。参数与控制需求：调整

Q、R的相对大小，可实现不同控制需求（如提升稳定性、降低对输入扰动的敏感度）；代价函数反映控制效果好坏，Q、R体现控制目标与能力的权衡关系。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.3机器人控制设计LQR中的状态反馈控制ADRC算法框架LQR控制通过**增益矩阵K**实现状态反馈，控制器表达式为u：控制输入x：状态向量K：增益矩阵状态反馈控制结构如右图所示3.3机器人控制设计本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.4控制系统开发环境3.4机器人控制系统开发环境1.CubeMXADRC算法框架CubeMX是STM32Cube工具家族成员，为STM32开发提供简洁直观的配置方式：覆盖MCU/MPU选型、引脚/系统时钟/外设时钟设置，以及外设、中间件参数配置；配置完成后，可基于所选IDE生成工程与初始化C代码。同时，它具备功耗计算工具（助力产品功耗评估），支持STM32全系列芯片，包含示例样本、中间组件、硬件抽象层（功能如右图所示）。51本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.4控制系统开发环境下载界面（2）使用流程MCU/MPU选型：进入程序后，在“MCU/MPUSelector”标签页（右图），按Flash/RAM大小、外设、封装、价格等筛选型号；若有AI需求，使能AI筛选项，选择神经网络模型等，CubeMX会计算资源需求并列出匹配MCU。芯片选择界面CubeMX软件操作要点（1）安装从ST官网下载与计算机操作系统（如Windows）匹配的版本（如下图），解压后安装。52本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.4控制系统开发环境工程配置：创建新工程后，打开含“Pinout&Configuration”“ClockConfiguration”等4个标签页的配置窗口（下图）。在“Pinout&Configuration”中，可配置引脚功能、时钟树、外设（外设按系统内核、通信等分组，通信组支持CAN、串口、I2C等配置）。芯片配置界面CubeMX各标签页功能ClockConfiguration：查看MCU时钟树结构（含时钟源、路径、分频/倍频等）。ProjectManager：参数设置后，点击“GENERATECODE”创建工程；需选择项目结构、Cube库版本，设置代码选项。Tools：在“Tools-PCC”标签页进行功耗评估（选电池容量、运行模式/时长，CubeMX计算平均功耗、电池寿命，供产品设计参考）。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.4控制系统开发环境2.KeilμVision5（1）安装KeilMDK软件KeilMDK（又称MDK-ARM）提供完整开发方案（含C语言编译器、宏汇编、链接器、仿真调试器等），通过集成开发环境整合，支持Cortex-M内核处理器开发（软件界面如下图）。KeilμVision5软件界面本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例3.4控制系统开发环境（2）安装下载器驱动编译后的程序需通过下载器烧录至单片机，常用下载器：J-Link：遵循JTAG或SWD协议；ST-Link：遵循SWD协议（如下图）。烧录时PC与开发板通过下载器连接，需在PC安装对应驱动（驱动可从J-Link、ST-Link官方网站下载）。KeilμVision5软件界面本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例轮式机器人控制系统设计流程需求分析：从任务完成角度，提出机器人需具备的功能，分析控制系统需求。方案设计：依据需求，完成机器人总体控制框图设计与技术指标确定。核心开发：控制器设计：包含硬件设计与软件设计；控制开发调试：编写嵌入式代码，开展机器人实机调试；感知及交互控制：加入视觉系统实现机器人感知，搭建控制器通信链路实现人机交互。系统测试与优化：操纵机器人完成特定任务，分析任务结果并综合评价控制系统性能；若控制性能未达指标，返回机器人控制调试或优化控制系统方案（设计流程如左图所示）。轮式机器人控制系统设计本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例1.控制系统需求分析赛项场景：RoboMaster高校单项赛“步兵竞速与智能射击”“步兵对抗”赛项。功能需求：竞速射击：需快速移动、翻越障碍（爬坡、飞坡）、瞄准目标、发射17mm弹丸；步兵对抗：在带遮蔽物的场地中，灵活移动躲避攻击，并用17mm弹丸射击敌方装甲模块。机器人功能与控制系统需求详见下表。j机器人的功能与控制系统需求分析功能需求内容描述控制系统需求全向移动机器人能前进、后退、侧移、转向等全方位的移动底盘三自由度（x、y、z轴旋转）控制目标瞄准机器人能够调整云台姿态使弹道瞄准目标云台二自由度（pitch轴、yaw轴）控制弹丸发射机器人能够以可变射频、射速发射17mm弹丸拨弹轮电动机、摩擦轮电动机转速控制遥控控制机器人能够由控制器控制完成各项运动具备控制器通信链路裁判系统读取读取对应限制参数，保障机器人在规则内进行比赛具有串口读取官方裁判系统的功能视觉通信获取视觉发出的坐标信息与视觉串口通信获得目标数据57本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例2.控制系统方案设计根据机器人控制系统需求分析，控制设计方案将大致分为三大部分，即底盘、云台和发射机构，见下表。j机器人控制设计方案控制设计方案理由底盘拥有多种接口(CAN,UART)能与其他控制器信息交互分别使用M3508直流电动机驱动麦克纳姆轮驱动轮单独控制,可以在算法进行底盘解算后进行全向移动云台yaw轴M6020云台电动机控制能进行2自由度的运动控制pitch轴M6020云台电动机控制拥有多种接口(CAN,UART)能与其他控制器信息交互发射机构摩擦轮M3508电动机快速的动态响应,驱动摩擦轮供弹M2006电动机驱动拨弹盘对链路供弹,进行弹丸填补本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例射击初速度：控制电机驱动摩擦轮，调节PWM占空比来调整初速度；底盘功率：通过裁判系统读取实时功率，闭环控制电机转速，防止超功率；发射管热量：通过裁判系统读取热量，闭环控制射速，实现热量超限与冷却管理。具体参数见下表。比赛相关控制要求与实现j机器人技术指标规格参数射击初速度上限(m/s)30底盘类型(功率优先)上限血量/级150、175、200、225、250、275、300、325、350、400底盘类型（功率优先）底盘功率上限（W）/级60、65、70、75、80、85、90、95、100、100底盘类型（血量优先）上限血量/级200、225、250、275、300、325、350、375、400、400底盘类型（血量优先）底盘功率上限（W）/级45、50、55、60、65、70、75、80、90、100发射机构（爆发优先）发射管热量上限/级200、250、300、350、400、450、500、550、600、650发射机构（爆发优先）发射管热量每秒冷却值/级10、15、20、25、30、35、40、45、50、60发射机构（冷却优先）发射管热量上限/级50、85、120、155、190、225、260、295、330、400发射机构（冷却优先）发射管热量每秒冷却值/级40、45、50、55、60、65、70、75、80、80完成基本运动控制时，需满足射击初速度、底盘功率、发射管热量等比赛要求：59本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例机器人控制系统根据上述控制系统需求，初步设计机器人控制系统如下图。轮式机器人基于FreeRTOS架构编程，核心有三大控制任务：底盘任务：解算并控制底盘四个驱动电机，实现前后、左右、旋转运动；通过串口实时读取裁判系统数据（机器人血量、状态、实时功率/发热量、模块完整性等），转发给云台主控板。云台任务：控制pitch、yaw轴电机，实现云台上下左右转动瞄准；通过CAN接收底盘数据，串口读裁判系统功率数据做功率限制；还能与视觉系统串口通信，接收坐标数据驱动电机，实现对战自瞄与接收控制器数据。发射任务：用一对摩擦轮电机调整弹丸发射初速度；控制拨弹盘电机填补弹丸，配合红外模块辅助瞄准。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例3.机器人控制设计轮式机器人具体程序框架

底层配置对单片机内部定时器、串口、GPIO、SPI、CAN、I2C等引脚进行配置与初始化封装复杂配置的调用函数，为模块运用、任务离线检测提供通信支持

模块运用（含5大模块）通信模块：负责云台与底盘主控的CAN数据传输，视觉数据的串口中断接收，以及电机、陀螺仪、裁判系统实时数据的读取算法模块：处理各传感器数据，调用数学公式库（含电机PID控制算法），向任务执行模块输出操作指令

任务执行(包含控制任务、离线检测、模式切换)控制任务：通信模块读数据→处理→姿态解算（对应模式下）→驱动云台/底盘电机，实现机器人功能离线检测：机器人故障时，通过数据分析，用蜂鸣器/LED告警，快速判断故障12361本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例底盘任务的交互控制图（1）底盘控制交互逻辑：机器人接收DT7控制器数据并响应（交互控制图如右图）。程序流程：经

Chassis_app

确定数据读取通道，完成各模块初始化；由

Chassis_function

添加、声明底盘所需算法；在

Chassis_task

中实现各模式切换（程序结构见下表）。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例j函数程序说明Chassis_appchassis_handle.chassis_can=&can2_obj;底盘CAN选取chassis_handle.imu=IMU_GetDataPointer();底盘陀螺仪读取chassis_handle.ctrl_mode底盘初始化模式选择pid_init(&chassis_handle.chassis_follow_pid,POSITION_PID,0,0)底盘PID初始化OfflineHandle_Init();底盘部分模块离线检测Chassis_functionMecanum_Calculate(ChassisHandle_t*chassis_handle,fp32chassis_vx,fp32chassis_vy,fp32chassis_vw)麦克纳姆轮底盘解算Chassis_LimitPower(ChassisHandle_t*chassis_handle)底盘功率闭环Chassis_taskCHASSIS_RELEASE_CMD无输出模式CHASSIS_SEPARATE_GIMBAL_CMD云台底盘分离模式CHASSIS_FOLLOW_GIMBAL_CMD云台底盘跟随模式CHASSIS_SPIN_CMD陀螺仪模式底盘任务程序结构本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例全向底盘包含三种核心工作模式，支持高阶模式拓展与故障快速排查：高阶拓展与故障排查：可按需增添高阶模式（如快速掉头、变速云台瞄准等）；底盘驱动电机离线/异常时，通过主控板LED灯状态、蜂鸣器鸣叫频率快速排查故障。1云台底盘分离模式通过控制器分别控制底盘全向移动、云台俯仰/左右运动。2云台底盘跟随模式结合云台偏转与底盘转动，利用底盘Yaw轴电机编码器读取二者方位；控制底盘转动，使平台与底盘方向一致，让底盘朝向匹配平台方向。3陀螺仪模式在分离模式基础上，保持底盘顺时针旋转；用陀螺仪读取云台当前位置信息，做云台位置闭环控制；同时进行麦克纳姆轮速度分配，实现底盘旋转时按云台坐标系全向移动。检测参数：底盘功率检测结算频率为10Hz；超限比例公式（：瞬时底盘输出功率；

：上限功率）本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例核心要求：裁判系统持续监控底盘功率，机器人需在功率限制范围内运行。裁判系统的底盘功率监控规则缓冲机制：因运动中瞬时功率难精准控制，设置缓冲能量

Z；缓冲能量耗尽后，若底盘功率超限，每个检测周期扣血公式为：逻辑说明：底盘功率检测及扣血逻辑如右图所示。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例（2）云台控制交互逻辑：机器人接收DT7控制器数据并做出响应（交互控制图如右图）。云台的交互控制图程序流程：经

Gimbal_app

确定数据读取通道，完成各部分初始化；通过

Gimbal_function

声明并添加所需算法；在

Gimbal_task

中实现各云台模式的切换（程序结构见下表）。本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例j函数程序说明Gimbal_appgimbal_handle.gimbal_can=&can1_obj;云台CAN选取gimbal_handle.imu=IMU_GetDataPointer();云台陀螺仪读取Gimbal_appgimbal_handle.ctrl_mode云台初始化模式选择id_init(&gimbal_handle.yaw_motor/pitch_motor.pid.outer_pid,POSI-TION_PID,);云台yaw/pitch轴电动机PID控制初始化gimbal_handle.pitch_motor.max_relative_angle/gimbal_handle.yaw_motor.max_relative_angle云台相对角度限位保护OfflineHandle_Init()云台部分模块离线检测Gimbal_functionAimCalc(AimCalcData_t*data,fp32angle,fp32time,fp32angle_raf)视觉数据解算Gimbal_taskGIMBAL_RELEASE_CMD无输出模式GIMBAL_INIT_CMD初始化模式GIMBAL_GYRO_CMD陀螺仪模式GIMBAL_NORMAL_CMD编码器模式GIMBAL_RELATIVE_CMD分离模式GIMBLA_VISION_CMD视觉模式云台任务程序结构本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例初始化模式：云台复位至初始设定位置。陀螺仪模式：读取云台主控板陀螺仪数据，实现云台位置闭环控制，联动底盘云台分离、陀螺仪模式。编码器模式：读取电机编码器数值定位云台，精度高（无零值漂移），配合底盘跟随模式使用。分离模式：单独测试云台，底盘无输出。视觉模式：以视觉信号为控制信号，云台全自动工作，识别目标后自动跟随打击。云台运行模式（与底盘模式联动）位置闭环控制：编码器模式（电机编码器）、陀螺仪模式（陀螺仪），均获取云台位置信息做闭环控制。控制信号来源：控制器模式：操作员用DT7控制器，通过蓝牙串口远程控制机器人。视觉模式：机器人装载MiniPC，摄像头采集云台视野图像→MiniPC算法解算目标与云台相对角度→USB发送至云台主控板→控制云台转动。云台感知及交互控制68本章小结学习目标学习导图大国重器知识讲解拓展阅读知识测评设计案例设计案例j任务函数说明射击SHOOT_RELEASE_CMD无输出模式SHOOT_START_CMD射击模式SHOOT_STOP_CMD停止模式射击任务程序说明（3）射击控制模式分类：分为控制器模式、视觉模式（程序说明见下表）。发射管热量控制规则设定发射管热量上限为

，当前热量为

每发射1发17mm弹丸，

增加10J热量以10Hz频率结算冷却，每个检测周期冷却值=每秒冷却值/10J。

>

：操作员第一视角可视度降低，直到

恢复。

：每100ms扣血公式为

扣血后结算冷却

：立刻扣血公式为