![[具身智能-805]：运动功能分解](http://pic.xiahunao.cn/yaotu/[具身智能-805]：运动功能分解)
如果说 STM32 运动控制扩展板把各个电机的运动速度转化为 MCU 的 IO 操作指令以及实际电机的驱动电流信号那么把用户的期望转化为每个轮子的转化速度是哪个硬件和软件模块实现的把轮子的旋转速度转化为每个电机的旋转速度是哪个硬件和软件模块实现的整体数据流用户手柄 / 上位机期望 (\(V_x,V_y,\omega\)) →运动学解算模块→各个轮子目标线速度→轮子的转速度→电机转速换算模块→ 电机目标转速 (rpm) → STM32 扩展板外设 (PWM/TIM) IO 输出→ 驱动芯片 (AM2857 等) 输出驱动电流 → 电机转动 → 编码器采样回传注意区分概念轮子线速度轮子接触地面单位 m/s车体运动层面电机转轴转速电机轴转速单位 rpm /rad/s经过减速箱减速之后才是轮子转速。问题 1把用户期望\(V_x,V_y,\omega\)转化为每个轮子的目标线速度哪个模块✅软件模块运动学解算模块运行在下层 STM32 扩展板 MCU 里面软件代码硬件没有专门硬件芯片做这件事纯 CPU 软件运算。输入上位机 / 手柄下发的车体期望\(V_x、V_y、\omega\)用户的运动诉求内部逻辑执行麦克纳姆轮 / 阿克曼 / 滑移四驱逆运动学公式矩阵、三角函数计算。输出每个车轮的目标地面线速度 m/s。实例麦克纳姆轮输入 Vx0.2m/sVy0ω0运动学软件算出 4 个轮子各自目标线速度。阿克曼底盘用户期望速度、转弯曲率运动学软件输出后轮线速度、前轮目标转向角。❗关键点这一步不在 RDK X5/ROS 上层主控运行一般放在 STM32上层只下发车体期望不做轮子换算。 没有专用硬件芯片就是普通 C 语言代码CPU 做浮点数运算。问题 2把轮子旋转线速度 → 电机转轴目标转速哪个模块✅软件模块减速比换算模块同样运行在 STM32 软件层输入车轮目标线速度 (m/s)通过轮子半径把轮子线速度换算成车轮的角速度 (rad/s)\(\omega_{wheel} \frac{v_{wheel}}{R_{wheel}}\) 2. 再带入减速箱减速比 GJGB37‑520 减速电机例如 1:30\(\omega_{motor} \omega_{wheel} \times G\) 输出电机轴的目标转速rad/s 或者 rpm。举例轮子线速度 0.5m/s轮子半径 0.032m减速比 30软件直接算出电机轴应该跑多快。这一步也是纯数学换算没有专用硬件芯片纯软件计算。后续链路电机目标转速 → IO 指令 → 驱动电流电机目标转速 (rpm) →电机 PID 软件模块STM32 内部定时器中断运行PID 输入目标电机转速编码器读到的实际电机转速。 PID 输出PWM 占空比目标值。STM32 硬件外设定时器 TIM软件设置寄存器生成 PWM 方波 IO 电平信号IO 操作指令。信号输出到驱动芯片AM2857接收 PWM、方向 IO驱动芯片内部功率管把 3.3V 逻辑信号转换成大电流驱动电机绕组也就是电机驱动电流信号。编码器反向链路电机转动编码器 A/B 脉冲 → STM32 定时器编码器硬件外设硬件计数软件读取计数值换算得到真实电机转速反馈给 PID。完整分层表软硬件归属表格环节功能硬件软件模块运行位置STM32 扩展板1用户期望\(V_x,V_y,\omega\) → 各车轮目标线速度无专用硬件CPU 运算逆运动学解算麦克纳姆 / 阿克曼 / 滑移2车轮线速度 → 电机转轴目标转速无专用硬件CPU 运算轮子半径、减速比换算3电机目标转速 → PWM 占空比输出值无硬件CPU 运算电机 PID 闭环算法定时器中断4PWM 占空比 → IO 引脚 PWM 方波信号STM32 TIM 定时器外设硬件配置定时器寄存器更新占空比5IO 逻辑电平 → 电机大驱动电流AM2857 驱动芯片功率硬件方向引脚电平控制重要澄清几个容易混淆点运动学、减速比换算、PID 全部是软件算法没有独立专用芯片全部跑在 STM32 这个通用 MCU 里面。STM32 只是通用 CPU靠代码实现这些逻辑只有 PWM 波形生成、编码器脉冲计数是 MCU 片上硬件外设。上层 RDK X5ROS只下发车体运动期望 Vx Vy ω不做运动学不做减速换算不跑 PID。这些全部下沉 STM32。驱动芯片 AM2857 只做一件事接收 3.3V 的 PWM 和方向信号输出大电流给电机它完全不知道转速、轮子、运动学它只管功率放大。通俗比喻运动学软件翻译官把 “小车往右横移” 翻译成 “每个轮子跑多快”。减速换算软件转换器把 “轮子跑多快”换算成 “电机轴要转多快考虑齿轮减速箱”。PID 软件监工盯着编码器反馈调整输出。STM32 定时器硬件干活的输出 PWM 方波。AM2857 驱动功率放大器把微弱 IO 信号变成大电流带动电机。和前面闭环哲学联系运动学 减速换算输出的全部是理论目标值开环期望现实世界扰动负载、电压、打滑真实电机达不到目标依靠编码器反馈 PID 闭环来修正。运动学只管 “应该怎么样”PID 负责 “尽量做到怎么样”。
如果说 STM32 运动控制扩展板把各个电机的运动速度转化为 MCU 的 IO 操作指令以及实际电机的驱动电流信号那么把用户的期望转化为每个轮子的转化速度是哪个硬件和软件模块实现的把轮子的旋转速度转化为每个电机的旋转速度是哪个硬件和软件模块实现的整体数据流用户手柄 / 上位机期望 (\(V_x,V_y,\omega\)) →运动学解算模块→各个轮子目标线速度→轮子的转速度→电机转速换算模块→ 电机目标转速 (rpm) → STM32 扩展板外设 (PWM/TIM) IO 输出→ 驱动芯片 (AM2857 等) 输出驱动电流 → 电机转动 → 编码器采样回传注意区分概念轮子线速度轮子接触地面单位 m/s车体运动层面电机转轴转速电机轴转速单位 rpm /rad/s经过减速箱减速之后才是轮子转速。问题 1把用户期望\(V_x,V_y,\omega\)转化为每个轮子的目标线速度哪个模块✅软件模块运动学解算模块运行在下层 STM32 扩展板 MCU 里面软件代码硬件没有专门硬件芯片做这件事纯 CPU 软件运算。输入上位机 / 手柄下发的车体期望\(V_x、V_y、\omega\)用户的运动诉求内部逻辑执行麦克纳姆轮 / 阿克曼 / 滑移四驱逆运动学公式矩阵、三角函数计算。输出每个车轮的目标地面线速度 m/s。实例麦克纳姆轮输入 Vx0.2m/sVy0ω0运动学软件算出 4 个轮子各自目标线速度。阿克曼底盘用户期望速度、转弯曲率运动学软件输出后轮线速度、前轮目标转向角。❗关键点这一步不在 RDK X5/ROS 上层主控运行一般放在 STM32上层只下发车体期望不做轮子换算。 没有专用硬件芯片就是普通 C 语言代码CPU 做浮点数运算。问题 2把轮子旋转线速度 → 电机转轴目标转速哪个模块✅软件模块减速比换算模块同样运行在 STM32 软件层输入车轮目标线速度 (m/s)通过轮子半径把轮子线速度换算成车轮的角速度 (rad/s)\(\omega_{wheel} \frac{v_{wheel}}{R_{wheel}}\) 2. 再带入减速箱减速比 GJGB37‑520 减速电机例如 1:30\(\omega_{motor} \omega_{wheel} \times G\) 输出电机轴的目标转速rad/s 或者 rpm。举例轮子线速度 0.5m/s轮子半径 0.032m减速比 30软件直接算出电机轴应该跑多快。这一步也是纯数学换算没有专用硬件芯片纯软件计算。后续链路电机目标转速 → IO 指令 → 驱动电流电机目标转速 (rpm) →电机 PID 软件模块STM32 内部定时器中断运行PID 输入目标电机转速编码器读到的实际电机转速。 PID 输出PWM 占空比目标值。STM32 硬件外设定时器 TIM软件设置寄存器生成 PWM 方波 IO 电平信号IO 操作指令。信号输出到驱动芯片AM2857接收 PWM、方向 IO驱动芯片内部功率管把 3.3V 逻辑信号转换成大电流驱动电机绕组也就是电机驱动电流信号。编码器反向链路电机转动编码器 A/B 脉冲 → STM32 定时器编码器硬件外设硬件计数软件读取计数值换算得到真实电机转速反馈给 PID。完整分层表软硬件归属表格环节功能硬件软件模块运行位置STM32 扩展板1用户期望\(V_x,V_y,\omega\) → 各车轮目标线速度无专用硬件CPU 运算逆运动学解算麦克纳姆 / 阿克曼 / 滑移2车轮线速度 → 电机转轴目标转速无专用硬件CPU 运算轮子半径、减速比换算3电机目标转速 → PWM 占空比输出值无硬件CPU 运算电机 PID 闭环算法定时器中断4PWM 占空比 → IO 引脚 PWM 方波信号STM32 TIM 定时器外设硬件配置定时器寄存器更新占空比5IO 逻辑电平 → 电机大驱动电流AM2857 驱动芯片功率硬件方向引脚电平控制重要澄清几个容易混淆点运动学、减速比换算、PID 全部是软件算法没有独立专用芯片全部跑在 STM32 这个通用 MCU 里面。STM32 只是通用 CPU靠代码实现这些逻辑只有 PWM 波形生成、编码器脉冲计数是 MCU 片上硬件外设。上层 RDK X5ROS只下发车体运动期望 Vx Vy ω不做运动学不做减速换算不跑 PID。这些全部下沉 STM32。驱动芯片 AM2857 只做一件事接收 3.3V 的 PWM 和方向信号输出大电流给电机它完全不知道转速、轮子、运动学它只管功率放大。通俗比喻运动学软件翻译官把 “小车往右横移” 翻译成 “每个轮子跑多快”。减速换算软件转换器把 “轮子跑多快”换算成 “电机轴要转多快考虑齿轮减速箱”。PID 软件监工盯着编码器反馈调整输出。STM32 定时器硬件干活的输出 PWM 方波。AM2857 驱动功率放大器把微弱 IO 信号变成大电流带动电机。和前面闭环哲学联系运动学 减速换算输出的全部是理论目标值开环期望现实世界扰动负载、电压、打滑真实电机达不到目标依靠编码器反馈 PID 闭环来修正。运动学只管 “应该怎么样”PID 负责 “尽量做到怎么样”。
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