feat(balance_chassis): enable wheel-leg balance mode and adjust parameters
activate wheel-leg balance mode in RC switch case update crouch and retract leg lengths in config adjust non-contact theta threshold in chassis module add README and USAGE documentation files
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@ -0,0 +1,320 @@
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# 平衡轮足机器人电控系统
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基于 STM32H723 的平衡轮腿机器人电控系统，采用 FreeRTOS 实时操作系统，支持 LQR、VMC 等先进控制算法。
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## 项目简介
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本项目是一个高性能的平衡轮腿机器人电控系统，实现了机器人的平衡控制、运动控制、云台控制、发射机构控制等功能。系统采用模块化设计，具有良好的可扩展性和可维护性。
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### 主要特性
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- ✅ **高性能硬件平台**：STM32H723 微控制器，480MHz 主频
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- ✅ **实时操作系统**：FreeRTOS，多任务并发处理
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- ✅ **先进控制算法**：
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- LQR（线性二次调节器）平衡控制
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- VMC（虚拟模型控制）五连杆运动学解算
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- PID 控制器
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- 卡尔曼滤波器
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- ✅ **多种功能模块**：
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- 平衡底盘控制（轮腿结构）
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- 云台控制（Yaw/Pitch）
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- 发射机构控制
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- 遥控接收（DR16）
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- AI 视觉系统
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- ✅ **丰富的外设接口**：
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- CAN/FDCAN 总线
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- SPI 接口
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- UART 串口
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- PWM 输出
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- ADC 采集
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- ✅ **调试工具**：
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- CLI 命令行接口
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- VOFA+ 数据可视化
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- 监控任务
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## 硬件架构
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### 主控板
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- **型号**：STM32H723XG
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- **主频**：480MHz
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- **Flash**：1MB
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- **RAM**：1.4MB
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### 传感器
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- **IMU**：BMI088（加速度计 + 陀螺仪）
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- **遥控器**：大疆 DR16
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- **电机**：
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- LZ 直流无刷电机（关节电机）
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- LK 直流无刷电机（轮子电机）
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- DM 直流无刷电机（云台电机）
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### 通信接口
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- **CAN/FDCAN**：电机通信、视觉通信
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- **SPI**：IMU 数据读取
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- **UART**：遥控接收、CLI、VOFA+
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## 软件架构
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### 目录结构
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├── Core/ # STM32 HAL 库生成的核心代码
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│ ├── Inc/ # 头文件
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│ └── Src/ # 源文件
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├── Drivers/ # STM32 驱动库
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├── User/ # 用户代码
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│ ├── bsp/ # 板级支持包
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│ │ ├── can.h/.c # CAN/FDCAN 驱动
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│ │ ├── uart.h/.c # UART 驱动
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│ │ ├── spi.h/.c # SPI 驱动
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│ │ ├── gpio.h/.c # GPIO 驱动
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│ │ ├── flash.h/.c # Flash 操作
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│ │ └── ...
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│ ├── component/ # 通用组件
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│ │ ├── lqr.h/.c # LQR 控制器
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│ │ ├── vmc.h/.c # VMC 虚拟模型控制
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│ │ ├── pid.h/.c # PID 控制器
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│ │ ├── kalman_filter.h/.c # 卡尔曼滤波
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│ │ ├── ahrs.h/.c # 姿态解算
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│ │ ├── filter.h/.c # 滤波器
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│ │ ├── limiter.c # 限幅器
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│ │ └── ...
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│ ├── device/ # 设备驱动
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│ │ ├── motor_lz.h/.c # LZ 电机驱动
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│ │ ├── motor_lk.h/.c # LK 电机驱动
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│ │ ├── motor_dm.h/.c # DM 电机驱动
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│ │ ├── dr16.h/.c # 遥控器驱动
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│ │ ├── bmi088.h/.c # IMU 驱动
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│ │ ├── vision_bridge.c # 视觉通信
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│ │ ├── vofa.h/.c # VOFA+ 调试
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│ │ └── ...
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│ ├── module/ # 功能模块
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│ │ ├── balance_chassis.h/.c # 平衡底盘
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│ │ ├── gimbal.h/.c # 云台
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│ │ ├── shoot.h/.c # 发射机构
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│ │ └── config.h/.c # 配置管理
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│ └── task/ # 任务管理
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│ ├── user_task.h/.c # 任务框架
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│ ├── rc.c # 遥控任务
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│ ├── ctrl_chassis.c # 底盘控制任务
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│ ├── ctrl_gimbal.c # 云台控制任务
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│ ├── ctrl_shoot.c # 发射控制任务
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│ ├── ai.c # AI 任务
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│ ├── monitor.c # 监控任务
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│ ├── cli.c # CLI 任务
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│ └── ...
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├── utils/ # 工具和仿真
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├── MDK-ARM/ # Keil MDK 工程文件
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├── build/ # CMake 构建目录
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└── CMakeLists.txt # CMake 构建配置
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```
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### 任务调度
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系统采用 FreeRTOS 实时多任务调度，主要任务包括：
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| 任务名称 | 频率 | 功能描述 |
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|---------|------|---------|
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| Task_rc | 500Hz | 遥控器数据处理 |
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| Task_atti_esit | - | 姿态估计 |
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| Task_ctrl_chassis | 500Hz | 底盘控制 |
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| Task_ctrl_gimbal | 500Hz | 云台控制 |
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| Task_ctrl_shoot | 500Hz | 发射控制 |
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| Task_ai | 500Hz | AI 视觉处理 |
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| Task_monitor | 500Hz | 系统监控 |
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| Task_vofa | 500Hz | VOFA+ 数据发送 |
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| Task_cli | - | CLI 命令行处理 |
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| Task_blink | 500Hz | LED 指示灯 |
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### 核心算法
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#### 1. LQR 控制
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线性二次调节器（Linear Quadratic Regulator）用于实现轮腿机器人的平衡控制。
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**状态向量**：
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- theta：摆杆角度
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- d_theta：摆杆角速度
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- x：驱动轮位移
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- d_x：驱动轮速度
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- phi：机体俯仰角
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- d_phi：机体俯仰角速度
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**控制输出**：
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- T：轮毂力矩
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- Tp：髋关节力矩
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#### 2. VMC 控制
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虚拟模型控制（Virtual Model Control）实现五连杆运动学解算和力矩分配。
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**功能**：
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- 五连杆正运动学解算（关节角度 → 足端位置）
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- 五连杆逆运动学解算（虚拟力 → 关节力矩）
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- 等效摆动杆参数计算
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- 地面接触检测
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#### 3. 平衡控制流程
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```
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遥控输入 → 运动指令 → LQR 控制 → VMC 解算 → 电机输出 → 平衡控制
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↓
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姿态反馈
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```
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## 编译环境
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### 推荐开发环境
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1. **IDE**：
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- Keil MDK-ARM 5.x
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- VS Code + Cortex-Debug 插件
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2. **编译工具链**：
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- ARM GCC Toolchain (arm-none-eabi-gcc)
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- CMake 3.22+
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3. **调试工具**：
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- ST-Link V2/V3
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- J-Link
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### 依赖库
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- STM32 HAL 库
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- FreeRTOS
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- CMSIS DSP 库
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## 快速开始
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### 1. 克隆项目
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```bash
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git clone ssh://git@gitea.qutrobot.top:222/robofish/rm_balance.git
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cd balance_infantry
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```
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### 2. 使用 Keil MDK 编译
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1. 打开 `MDK-ARM/CtrBoard-H7_ALL.uvprojx`
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2. 选择正确的编译配置（Debug/Release）
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3. 点击编译（F7）
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4. 下载到开发板（F8）
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### 3. 使用 CMake 编译
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```bash
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# 创建构建目录
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mkdir -p build && cd build
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# 配置 CMake
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cmake ..
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# 编译
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make -j4
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# 生成 HEX 文件位于 build 目录
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```
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### 4. 使用 VS Code 开发
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项目已配置 `.clangd`，支持：
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- 智能代码补全
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- 语法检查
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- 跳转到定义
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- 重构功能
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## 配置说明
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### 参数配置
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主要参数配置文件位于 `User/module/config.c`，包括：
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- **底盘参数**（`Chassis_Params_t`）：
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- 电机参数
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- VMC 参数
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- LQR 增益矩阵
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- PID 参数
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- 跳跃参数
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- **云台参数**（`Gimbal_Params_t`）：
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- 电机参数
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- PID 参数
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- **发射参数**（`Shoot_Params_t`）：
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- 摩擦轮参数
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- 拨弹轮参数
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### 配置文件格式
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项目使用 YAML 格式的配置文件（部分模块）：
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- `User/task/config.yaml`
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- `User/bsp/bsp_config.yaml`
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- `User/component/component_config.yaml`
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- `User/device/device_config.yaml`
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## 调试工具
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### 1. CLI 命令行
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通过串口连接，可使用以下命令：
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```bash
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help # 显示帮助信息
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status # 显示系统状态
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motor # 电机控制
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chassis # 底盘控制
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gimbal # 云台控制
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```
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### 2. VOFA+ 数据可视化
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支持实时数据监控和绘图，配置串口参数后即可使用。
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### 3. 监控任务
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`Task_monitor` 实时监控系统状态，包括：
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- 电池电压
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- CPU 温度
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- 任务运行频率
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- 栈使用情况
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## 注意事项
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### 安全事项
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⚠️ **重要**：
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1. 首次运行前务必检查电机方向和限位
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2. 调试时使用低电压，避免失控
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3. 确保 IMU 安装正确，校准零点
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4. 测试跳跃功能时做好防护
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### 常见问题
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1. **编译错误**：
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- 检查 ARM GCC 工具链是否正确安装
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- 确认 CMake 版本 >= 3.22
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2. **下载失败**：
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- 检查 ST-Link/J-Link 连接
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- 确认 BOOT 模式设置正确
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3. **平衡控制失效**：
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- 检查 IMU 数据是否正常
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- 确认 LQR 参数是否合理
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- 验证电机反馈数据
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## 贡献指南
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欢迎提交 Issue 和 Pull Request！
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## 许可证
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本项目采用 MIT 许可证。
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## 联系方式
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- 项目地址：ssh://git@gitea.qutrobot.top:222/robofish/rm_balance.git
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**祝您使用愉快！**
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733
USAGE.md
Normal file
733
USAGE.md
Normal file
@ -0,0 +1,733 @@
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# 平衡轮足机器人使用指南
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本指南提供详细的操作步骤，帮助您快速上手使用平衡轮足机器人系统。
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## 目录
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- [环境准备](#环境准备)
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- [编译与烧录](#编译与烧录)
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- [系统启动](#系统启动)
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- [操作说明](#操作说明)
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- [调试与监控](#调试与监控)
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- [参数调优](#参数调优)
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- [故障排查](#故障排查)
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## 环境准备
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### 1. 硬件准备
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**必需设备**：
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- STM32H723 控制板
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- ST-Link V2/V3 或 J-Link 调试器
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- 电池（推荐 24V 锂电池）
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- 大疆 DR16 遥控器
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- USB 转 TTL 串口模块（用于 CLI 调试）
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- 各类电机（LZ、LK、DM）
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**可选设备**：
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- VOFA+ 数据可视化软件
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- 示波器
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- 万用表
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### 2. 软件准备
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**开发工具**：
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- [Keil MDK-ARM 5.x](https://www.keil.com/download/product/)（推荐）
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- 或 [VS Code](https://code.visualstudio.com/) + [Cortex-Debug](https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=marus25.cortex-debug)
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||||
- [STM32CubeMX](https://www.st.com/zh/development-tools/stm32cubemx.html)
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**调试工具**：
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- [VOFA+](https://www.vofa.plus/) - 数据可视化
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||||
- 串口调试助手（如 SecureCRT、XShell、Putty）
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**编译工具链**（如使用 CMake 编译）：
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||||
- ARM GCC Toolchain: [下载地址](https://developer.arm.com/downloads/-/gnu-rm)
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- CMake: [下载地址](https://cmake.org/download/)
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### 3. 驱动安装
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1. **ST-Link 驱动**：
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- 下载 [ST-Link 驱动包](https://www.st.com/zh/development-tools/stsw-link009.html)
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||||
- 安装完成后，设备管理器中应能看到 ST-Link 设备
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||||
2. **串口驱动**（如使用 CH340）：
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||||
- 下载并安装对应芯片的 USB 串口驱动
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## 编译与烧录
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### 方法一：使用 Keil MDK
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#### 步骤 1：打开项目
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1. 启动 Keil MDK
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2. 打开项目文件：`MDK-ARM/CtrBoard-H7_ALL.uvprojx`
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#### 步骤 2：配置编译选项
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1. 点击菜单栏 `Project` → `Options for Target`
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||||
2. 在 `Target` 选项卡中确认：
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||||
- MCU: STM32H723XG
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||||
- ARM Compiler: 版本 6.x 或更高
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||||
3. 在 `Debug` 选项卡中选择调试器：
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||||
- 使用 `ST-Link Debugger` 或 `J-Link Debugger`
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||||
4. 在 `Flash Download` 选项卡中确认：
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||||
- Programming Algorithm: STM32H7x3 1MB Flash
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||||
- 选中 `Reset and Run` 选项
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||||
#### 步骤 3：编译项目
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||||
1. 点击 `Project` → `Build Target`（或按 F7）
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||||
2. 等待编译完成，检查是否有错误
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||||
3. 成功后会在 `MDK-ARM/CtrBoard-H7_ALL/` 目录生成 `.hex` 文件
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||||
#### 步骤 4：烧录程序
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||||
1. 连接 ST-Link 到控制板
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||||
2. 点击 `Flash` → `Download`（或按 F8）
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||||
3. 等待下载完成，提示 "Programming Done"
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||||
4. 控制板会自动复位运行
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||||
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||||
### 方法二：使用 CMake
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||||
#### 步骤 1：配置构建环境
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||||
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||||
```bash
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||||
# 进入项目根目录
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||||
cd balance_infantry
|
||||
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||||
# 创建并进入构建目录
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||||
mkdir build && cd build
|
||||
|
||||
# 配置 CMake
|
||||
cmake ..
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 步骤 2：编译项目
|
||||
|
||||
```bash
|
||||
# 使用 4 个线程并行编译
|
||||
make -j4
|
||||
|
||||
# 编译完成后，生成的文件位于 build 目录
|
||||
```
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||||
|
||||
#### 步骤 3：烧录程序
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||||
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||||
使用 OpenOCD 或 ST-Link 工具烧录：
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||||
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||||
```bash
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||||
# 使用 OpenOCD 烧录（需要先安装 openocd）
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||||
openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32h7x.cfg \
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||||
-c "program CtrBoard-H7_ALL.hex verify reset exit"
|
||||
```
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||||
|
||||
或使用 ST-LINK Utility 图形界面工具。
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---
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## 系统启动
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### 1. 首次启动检查清单
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⚠️ **重要**：首次启动前请务必完成以下检查：
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- [ ] 电池电压正常（推荐 22V-28V）
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- [ ] 所有电机连接正确，没有短路
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- [ ] IMU 安装稳固，方向正确
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||||
- [ ] 遥控器已配对，电量充足
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||||
- [ ] 电机 ID 配置正确（参考 `User/device/` 目录下电机驱动）
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||||
- [ ] 机械结构紧固，无松动
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||||
- [ ] 运动空间充足，无障碍物
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||||
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||||
### 2. 上电启动流程
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1. **连接电源**：
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||||
- 将电池连接到电源输入端
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||||
- 确认电压稳定在正常范围
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||||
2. **系统初始化**：
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||||
- 系统会自动运行初始化任务（`Task_Init`）
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||||
- LED 指示灯开始闪烁
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||||
- 电机进行零点校准
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||||
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||||
3. **等待就绪**：
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||||
- 等待约 2-3 秒，系统进入待机状态
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||||
- LED 常亮或按固定频率闪烁（根据代码配置）
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||||
4. **连接遥控器**：
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||||
- 打开 DR16 遥控器
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||||
- 确认遥控器与接收器已连接
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||||
- 遥控器 LED 常绿表示连接成功
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||||
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### 3. 模式选择
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||||
系统支持多种控制模式，通过遥控器切换：
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||||
| 模式 | 说明 | 切换方式 |
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|------|------|---------|
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||||
| 放松模式 | 电机不输出，用于调试 | 遥控器左摇杆按下 |
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||||
| 复位模式 | 机器人回到初始位置 | 遥控器特定按键 |
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||||
| 平衡模式 | 机器人自我平衡 | 遥控器特定按键 |
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||||
| 小陀螺模式 | 陀螺仪辅助平衡 | 遥控器特定按键 |
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||||
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||||
**具体按键配置请参考 `User/task/rc.c` 文件。**
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||||
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---
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## 操作说明
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### 1. 基本运动控制
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#### 遥控器操作（DR16）
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||||
```
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左摇杆：
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- 前后推拉：前进/后退
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||||
- 左右推拉：平移
|
||||
- 按下：模式切换
|
||||
|
||||
右摇杆：
|
||||
- 前后推拉：云台 Pitch 轴控制
|
||||
- 左右推拉：云台 Yaw 轴控制
|
||||
- 按下：发射机构控制
|
||||
|
||||
左拨轮：调节目标高度
|
||||
|
||||
右拨轮：调节运动速度
|
||||
```
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||||
|
||||
#### 注意事项
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||||
|
||||
1. **首次操作**：
|
||||
- 从低速开始，逐步熟悉控制手感
|
||||
- 保持足够的缓冲空间
|
||||
- 随时准备切换到放松模式
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||||
|
||||
2. **平衡模式**：
|
||||
- 机器人会自动保持平衡
|
||||
- 输入较小的运动指令测试响应
|
||||
- 观察机器人姿态是否稳定
|
||||
|
||||
3. **高度控制**：
|
||||
- 使用左拨轮调整目标高度
|
||||
- 高度变化应平缓，避免突变
|
||||
|
||||
### 2. 云台控制
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||||
|
||||
#### 云台 Yaw 轴控制
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||||
|
||||
- 使用遥控器右摇杆左右推拉
|
||||
- 控制底盘旋转角度
|
||||
- 平稳转动，避免快速摆动
|
||||
|
||||
#### 云台 Pitch 轴控制
|
||||
|
||||
- 使用遥控器右摇杆前后推拉
|
||||
- 控制发射机构俯仰角
|
||||
- 注意角度限制，避免碰撞
|
||||
|
||||
### 3. 发射机构控制
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||||
|
||||
#### 开启发射机构
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||||
|
||||
1. 切换到发射模式
|
||||
2. 按下右摇杆（或特定按键）启动摩擦轮
|
||||
3. 等待摩擦轮达到稳定转速
|
||||
4. 再次按键发射弹丸
|
||||
|
||||
#### 注意事项
|
||||
|
||||
- ⚠️ 发射前确保前方安全，无人员
|
||||
- ⚠️ 不使用时及时关闭发射机构
|
||||
- 定期检查摩擦轮磨损情况
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||||
|
||||
### 4. 跳跃功能
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||||
|
||||
#### 触发跳跃
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||||
|
||||
跳跃功能仅在 `CHASSIS_MODE_WHELL_LEG_BALANCE` 模式下可用。
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||||
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||||
**跳跃流程**：
|
||||
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||||
1. **蓄力阶段（JUMP_CROUCH）**：
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||||
- 机器人降低重心，缩短腿长
|
||||
- 蓄力时间：`jump_params.crouch_time_ms`（默认配置）
|
||||
|
||||
2. **起跳阶段（JUMP_LAUNCH）**：
|
||||
- 机器人发力向下，产生向上推力
|
||||
- 发力时间：`jump_params.launch_time_ms`
|
||||
|
||||
3. **收腿阶段（JUMP_RETRACT）**：
|
||||
- 腿部收缩，准备落地
|
||||
- 收腿时间：`jump_params.retract_time_ms`
|
||||
|
||||
4. **落地阶段（JUMP_LAND）**：
|
||||
- 缓冲着陆，恢复平衡
|
||||
- 缓冲时间：`jump_params.land_time_ms`
|
||||
|
||||
#### 跳跃参数调整
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||||
|
||||
在 `User/module/config.c` 中修改跳跃参数：
|
||||
|
||||
```c
|
||||
.jump_params = {
|
||||
.crouch_time_ms = 500, // 蓄力时间 (ms)
|
||||
.launch_time_ms = 100, // 起跳发力时间 (ms)
|
||||
.retract_time_ms = 200, // 收腿时间 (ms)
|
||||
.land_time_ms = 300, // 落地缓冲时间 (ms)
|
||||
.crouch_leg_length = 0.3, // 蓄力时腿长 (m)
|
||||
.launch_force = 500.0, // 起跳力 (N)
|
||||
.retract_leg_length = 0.2, // 收腿时腿长 (m)
|
||||
.retract_force = -100.0, // 收腿前馈力 (N)
|
||||
},
|
||||
```
|
||||
|
||||
**调试建议**：
|
||||
- 先调整蓄力时间和腿长，找到合适的蓄力状态
|
||||
- 逐步增加起跳力，避免跳得太高
|
||||
- 根据实际表现调整各阶段时间
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 调试与监控
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||||
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||||
### 1. CLI 命令行调试
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||||
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||||
#### 连接方式
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||||
|
||||
1. 使用 USB 转 TTL 串口模块连接到开发板的串口
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||||
2. 串口参数配置：
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||||
- 波特率：115200
|
||||
- 数据位：8
|
||||
- 停止位：1
|
||||
- 校验位：无
|
||||
3. 使用串口调试工具打开对应 COM 口
|
||||
|
||||
#### 常用命令
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||||
|
||||
```bash
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||||
# 显示帮助信息
|
||||
help
|
||||
|
||||
# 查看系统状态
|
||||
status
|
||||
# 输出示例：
|
||||
# Battery: 24.5V (80%)
|
||||
# CPU Temp: 45°C
|
||||
# Tasks: Running normally
|
||||
|
||||
# 电机控制
|
||||
motor
|
||||
# 子命令：
|
||||
# list 列出所有电机状态
|
||||
# calibrate [id] 校准指定电机
|
||||
# enable [id] 启用指定电机
|
||||
# disable [id] 禁用指定电机
|
||||
|
||||
# 底盘控制
|
||||
chassis
|
||||
# 子命令：
|
||||
# mode [mode] 设置底盘模式
|
||||
# balance 进入平衡模式
|
||||
# relax 进入放松模式
|
||||
|
||||
# 云台控制
|
||||
gimbal
|
||||
# 子命令：
|
||||
# reset 复位云台
|
||||
# calibrate 校准云台
|
||||
|
||||
# 监控任务信息
|
||||
monitor
|
||||
# 输出各任务运行频率、栈使用情况
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 2. VOFA+ 数据可视化
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||||
|
||||
#### 配置步骤
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||||
|
||||
1. 打开 VOFA+ 软件
|
||||
2. 新建工程，选择 "JustFloat" 协议
|
||||
3. 配置串口：
|
||||
- 波特率：115200
|
||||
- 数据位：8
|
||||
- 停止位：1
|
||||
4. 点击连接按钮
|
||||
|
||||
#### 可视化数据
|
||||
|
||||
系统会自动发送以下数据：
|
||||
|
||||
- IMU 数据：加速度、陀螺仪、欧拉角
|
||||
- 电机数据：位置、速度、电流
|
||||
- 控制输出：LQR 输出、VMC 输出
|
||||
- 系统状态：电池电压、CPU 温度
|
||||
|
||||
#### 数据导出
|
||||
|
||||
- 点击 "录制" 按钮开始记录数据
|
||||
- 停止录制后，数据可导出为 CSV 格式
|
||||
- 使用 Excel、MATLAB 等工具分析数据
|
||||
|
||||
### 3. 监控任务
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||||
|
||||
`Task_monitor` 实时监控系统状态，包括：
|
||||
|
||||
**监控内容**：
|
||||
- 电池电压和电量百分比
|
||||
- CPU 温度
|
||||
- 各任务运行频率
|
||||
- 任务栈使用情况
|
||||
- 设备在线状态
|
||||
|
||||
**查看方式**：
|
||||
- 通过 CLI 命令 `monitor`
|
||||
- 或通过 VOFA+ 实时查看
|
||||
|
||||
**正常指标**：
|
||||
- 电池电压：22V - 28V
|
||||
- CPU 温度：< 70°C
|
||||
- 任务频率：稳定在设定值（如 500Hz）
|
||||
- 栈使用率：< 80%
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 参数调优
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||||
|
||||
### 1. LQR 参数调优
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||||
|
||||
#### LQR 增益矩阵
|
||||
|
||||
LQR 控制器的增益矩阵存储在 `User/module/config.c` 中：
|
||||
|
||||
```c
|
||||
LQR_GainMatrix_t lqr_gains = {
|
||||
// K 矩阵第一行（轮毂力矩 T）
|
||||
.k11_coeff = { ... }, // theta 的增益
|
||||
.k12_coeff = { ... }, // d_theta 的增益
|
||||
.k13_coeff = { ... }, // x 的增益
|
||||
.k14_coeff = { ... }, // d_x 的增益
|
||||
.k15_coeff = { ... }, // phi 的增益
|
||||
.k16_coeff = { ... }, // d_phi 的增益
|
||||
|
||||
// K 矩阵第二行（髋关节力矩 Tp）
|
||||
.k21_coeff = { ... },
|
||||
.k22_coeff = { ... },
|
||||
.k23_coeff = { ... },
|
||||
.k24_coeff = { ... },
|
||||
.k25_coeff = { ... },
|
||||
.k26_coeff = { ... },
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 调优方法
|
||||
|
||||
**步骤 1：确定目标**
|
||||
- 平衡性：机器人能稳定平衡
|
||||
- 响应性：对指令响应迅速
|
||||
- 稳定性：无明显振荡
|
||||
|
||||
**步骤 2：逐步调整**
|
||||
1. 从小增益开始，逐步增大
|
||||
2. 先调整 theta 和 phi 的增益（姿态控制）
|
||||
3. 再调整 x 的增益（位置控制）
|
||||
4. 最后调整角速度的增益（阻尼）
|
||||
|
||||
**步骤 3：测试验证**
|
||||
- 每次调整后重新编译烧录
|
||||
- 测试平衡性能
|
||||
- 使用 VOFA+ 观察响应曲线
|
||||
|
||||
**调优技巧**：
|
||||
- 增益过小：响应慢，容易失衡
|
||||
- 增益过大：振荡，不稳定
|
||||
- 角速度增益影响阻尼，防止振荡
|
||||
- 位置增益影响响应速度
|
||||
|
||||
### 2. PID 参数调优
|
||||
|
||||
#### PID 控制器位置
|
||||
|
||||
系统中有多个 PID 控制器：
|
||||
- Yaw 轴 PID（`pid.yaw`）
|
||||
- Roll 轴 PID（`pid.roll`）
|
||||
- 摆力矩 PID（`pid.tp`）
|
||||
- 腿长 PID（`pid.leg_length`）
|
||||
- 摆角 PID（`pid.leg_theta`）
|
||||
|
||||
#### 调优步骤（经典方法）
|
||||
|
||||
**步骤 1：设置初始值**
|
||||
```
|
||||
Kp = 0
|
||||
Ki = 0
|
||||
Kd = 0
|
||||
```
|
||||
|
||||
**步骤 2：调整 Kp**
|
||||
- 逐步增大 Kp
|
||||
- 直到系统开始振荡
|
||||
- 将 Kp 减半（约为临界值的 50%-70%）
|
||||
|
||||
**步骤 3：调整 Kd**
|
||||
- 增大 Kd
|
||||
- 减小振荡
|
||||
- 直到振荡消失
|
||||
- 保持适当的阻尼
|
||||
|
||||
**步骤 4：调整 Ki**
|
||||
- 增大 Ki
|
||||
- 消除稳态误差
|
||||
- 避免积分饱和
|
||||
|
||||
**步骤 5：微调**
|
||||
- 小幅调整三个参数
|
||||
- 找到最佳平衡点
|
||||
|
||||
#### 参数配置示例
|
||||
|
||||
```c
|
||||
KPID_Params_t yaw = {
|
||||
.kp = 5.0,
|
||||
.ki = 0.1,
|
||||
.kd = 0.5,
|
||||
.integral_limit = 10.0,
|
||||
.output_limit = 10.0,
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3. VMC 参数调优
|
||||
|
||||
#### VMC 运动学参数
|
||||
|
||||
```c
|
||||
VMC_Param_t vmc_param = {
|
||||
.hip_length = 0.15, // 髋关节间距 (m)
|
||||
.leg_1 = 0.2, // 大腿前端长度 (m)
|
||||
.leg_2 = 0.2, // 大腿后端长度 (m)
|
||||
.leg_3 = 0.25, // 小腿长度 (m)
|
||||
.leg_4 = 0.1, // 小腿前端长度 (m)
|
||||
.wheel_radius = 0.06, // 轮子半径 (m)
|
||||
.wheel_mass = 0.5, // 轮子质量 (kg)
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 调优要点
|
||||
|
||||
1. **运动学参数**：
|
||||
- 根据实际机械尺寸精确测量
|
||||
- 使用 MATLAB 工具（`utils/Simulation-master/`）验证
|
||||
- 确保单位一致（全部使用米）
|
||||
|
||||
2. **滤波参数**：
|
||||
- 调整 `low_pass_cutoff_freq` 优化信号质量
|
||||
- 太高频：噪声大
|
||||
- 太低频：响应慢
|
||||
|
||||
### 4. 使用工具辅助调优
|
||||
|
||||
项目提供 MATLAB 仿真工具：
|
||||
|
||||
1. **LQR 增益计算**：
|
||||
- 运行 `utils/6. 综合运动控制验证/LQR_K.m`
|
||||
- 输入系统参数
|
||||
- 自动计算最优 LQR 增益
|
||||
|
||||
2. **运动学仿真**：
|
||||
- 使用 `utils/Simulation-master/` 中的 MATLAB 模型
|
||||
- 验证五连杆运动学
|
||||
- 测试不同参数组合
|
||||
|
||||
3. **参数优化脚本**：
|
||||
- 使用 `utils/k_calc/` 中的脚本
|
||||
- 批量测试参数
|
||||
- 找到最优解
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 故障排查
|
||||
|
||||
### 1. 系统无法启动
|
||||
|
||||
**症状**：上电后无反应，LED 不亮
|
||||
|
||||
**可能原因**：
|
||||
- 电池电压不足或未连接
|
||||
- 电源线路故障
|
||||
- MCU 未烧录程序
|
||||
|
||||
**解决方法**：
|
||||
1. 检查电池电压是否正常（22V-28V）
|
||||
2. 检查电源线路是否接触良好
|
||||
3. 重新烧录程序
|
||||
|
||||
### 2. 电机不转动
|
||||
|
||||
**症状**：系统运行正常，但电机不转动
|
||||
|
||||
**可能原因**：
|
||||
- 电机 ID 配置错误
|
||||
- CAN 通信故障
|
||||
- 电机未使能
|
||||
- 电机驱动板故障
|
||||
|
||||
**解决方法**：
|
||||
1. 使用 CLI 命令 `motor list` 检查电机状态
|
||||
2. 检查 CAN 线连接
|
||||
3. 确认电机 ID 配置正确
|
||||
4. 使用 `motor enable [id]` 使能电机
|
||||
5. 检查电机驱动板供电
|
||||
|
||||
### 3. IMU 数据异常
|
||||
|
||||
**症状**：姿态角不稳定或数据异常
|
||||
|
||||
**可能原因**：
|
||||
- IMU 供电不稳定
|
||||
- IMU 安装不牢固
|
||||
- SPI 通信错误
|
||||
- IMU 未校准
|
||||
|
||||
**解决方法**：
|
||||
1. 检查 IMU 供电电压（3.3V）
|
||||
2. 重新安装 IMU，确保稳固
|
||||
3. 检查 SPI 线连接
|
||||
4. 使用 CLI 命令校准 IMU
|
||||
5. 更新 AHRS 算法参数
|
||||
|
||||
### 4. 机器人无法平衡
|
||||
|
||||
**症状**：机器人启动平衡模式后立即倒下
|
||||
|
||||
**可能原因**：
|
||||
- LQR 参数不合理
|
||||
- IMU 数据异常
|
||||
- 电机响应不足
|
||||
- 机械结构问题
|
||||
|
||||
**解决方法**：
|
||||
1. 检查 IMU 数据是否正常
|
||||
2. 使用 VOFA+ 观察姿态角变化
|
||||
3. 重新调整 LQR 参数（参考参数调优章节）
|
||||
4. 检查电机输出能力
|
||||
5. 检查机械结构，确保无松动
|
||||
|
||||
### 5. 通信故障
|
||||
|
||||
**症状**：遥控器失联或 VOFA+ 无法连接
|
||||
|
||||
**可能原因**：
|
||||
- 遥控器未配对
|
||||
- 串口参数错误
|
||||
- 通信线路故障
|
||||
- 任务未正常运行
|
||||
|
||||
**解决方法**：
|
||||
1. 重新配对 DR16 遥控器
|
||||
2. 检查串口参数（115200, 8N1）
|
||||
3. 检查通信线路
|
||||
4. 使用 CLI 命令 `monitor` 查看任务状态
|
||||
|
||||
### 6. 编译错误
|
||||
|
||||
**症状**：编译时出现错误
|
||||
|
||||
**可能原因**：
|
||||
- 工具链版本不兼容
|
||||
- CMake 版本过低
|
||||
- 路径问题
|
||||
- 代码语法错误
|
||||
|
||||
**解决方法**：
|
||||
1. 更新 ARM GCC 到最新版本
|
||||
2. 确认 CMake 版本 >= 3.22
|
||||
3. 检查项目路径是否有中文或特殊字符
|
||||
4. 查看错误信息，定位代码问题
|
||||
5. 清理构建目录后重新编译：`make clean && make`
|
||||
|
||||
### 7. 跳跃功能异常
|
||||
|
||||
**症状**：跳跃后无法落地或姿态失控
|
||||
|
||||
**可能原因**：
|
||||
- 跳跃参数不合理
|
||||
- 腿长限位设置错误
|
||||
- 落地检测失效
|
||||
- 控制器响应不足
|
||||
|
||||
**解决方法**：
|
||||
1. 降低起跳力，从较小值开始测试
|
||||
2. 调整各阶段时间参数
|
||||
3. 检查腿长限位是否合理
|
||||
4. 优化落地缓冲参数
|
||||
5. 使用 VOFA+ 观察跳跃过程数据
|
||||
|
||||
### 获取更多帮助
|
||||
|
||||
如果以上方法无法解决问题：
|
||||
|
||||
1. **查看日志**：
|
||||
- 使用 VOFA+ 记录故障时的数据
|
||||
- 使用 CLI 命令查看详细状态
|
||||
|
||||
2. **查阅文档**：
|
||||
- 检查代码注释
|
||||
- 查看 `utils/` 目录中的技术文档
|
||||
|
||||
3. **提交 Issue**：
|
||||
- 在项目仓库提交详细的问题描述
|
||||
- 包含：硬件型号、软件版本、错误日志、重现步骤
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 附录
|
||||
|
||||
### A. 术语表
|
||||
|
||||
| 术语 | 全称 | 说明 |
|
||||
|------|------|------|
|
||||
| LQR | Linear Quadratic Regulator | 线性二次调节器 |
|
||||
| VMC | Virtual Model Control | 虚拟模型控制 |
|
||||
| IMU | Inertial Measurement Unit | 惯性测量单元 |
|
||||
| PID | Proportional-Integral-Derivative | 比例-积分-微分控制器 |
|
||||
| CAN | Controller Area Network | 控制器局域网 |
|
||||
| FDCAN | Flexible Data-rate CAN | 灵活数据速率 CAN |
|
||||
| CLI | Command Line Interface | 命令行接口 |
|
||||
| AHRS | Attitude and Heading Reference System | 姿态和航向参考系统 |
|
||||
|
||||
### B. 串口引脚定义
|
||||
|
||||
| 串口 | TX | RX | 功能 |
|
||||
|------|----|----|------|
|
||||
| USART1 | PA9 | PA10 | CLI 调试 |
|
||||
| USART2 | PA2 | PA3 | VOFA+ 数据 |
|
||||
| USART3 | PB10 | PB11 | 视觉通信 |
|
||||
| UART4 | PA0 | PA1 | 遥控接收 |
|
||||
|
||||
### C. 电机 ID 分配
|
||||
|
||||
| 电机类型 | ID | 位置 | 用途 |
|
||||
|---------|----|----|------|
|
||||
| LZ 电机 | 1-4 | 关节 | 髋关节控制 |
|
||||
| LK 电机 | 1-2 | 轮子 | 驱动轮控制 |
|
||||
| DM 电机 | 1 | 云台 | Yaw 轴控制 |
|
||||
| DM 电机 | 2 | 云台 | Pitch 轴控制 |
|
||||
|
||||
### D. 常用按键映射
|
||||
|
||||
| 按键 | 功能 | 说明 |
|
||||
|------|------|------|
|
||||
| 左摇杆按下 | 模式切换 | 在不同控制模式间切换 |
|
||||
| 右摇杆按下 | 发射控制 | 控制发射机构开关 |
|
||||
| 左拨轮 | 高度调节 | 调节机器人目标高度 |
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| 右拨轮 | 速度调节 | 调节运动速度上限 |
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**祝您调试顺利！**
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如有问题，请参考 README.md 中的联系方式获取支持。
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@ -24,7 +24,7 @@
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#define LEG_LENGTH_RANGE 0.16f /* 腿长调节范围 (m) */
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#define MIN_LEG_LENGTH 0.10f /* 最小腿长 (m) */
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#define MAX_LEG_LENGTH 0.34f /* 最大腿长 (m) */
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#define NON_CONTACT_THETA 0.16f /* 离地时的摆角目标 (rad) */
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#define NON_CONTACT_THETA 0.0f /* 离地时的摆角目标 (rad) */
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#define LEFT_BASE_FORCE 60.0f /* 左腿基础支撑力 (N) */
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#define RIGHT_BASE_FORCE 60.0f /* 右腿基础支撑力 (N) */
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@ -336,9 +336,9 @@ Config_RobotParam_t robot_config = {
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.launch_time_ms = 120,
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.retract_time_ms = 80,
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.land_time_ms = 300,
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.crouch_leg_length = 0.14f,
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.crouch_leg_length = 0.1f,
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.launch_force = 200.0f,
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.retract_leg_length = 0.16f, /* 收腿目标更短 */
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.retract_leg_length = 0.1f, /* 收腿目标更短 */
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.retract_force = -120.0f, /* 收腿前馈力加大 */
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},
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.theta = 0.0f,
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@ -160,13 +160,13 @@ switch (dr16.data.sw_l) {
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cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_RELAX;
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break;
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case DR16_SW_MID:
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cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_RECOVER;
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// cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_WHELL_LEG_BALANCE;
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// cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_RECOVER;
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cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_WHELL_LEG_BALANCE;
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||||
break;
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||||
case DR16_SW_DOWN:
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// cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_RECOVER;
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// cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_BALANCE_ROTOR;
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cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_WHELL_LEG_BALANCE;
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cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_BALANCE_ROTOR;
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// cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_WHELL_LEG_BALANCE;
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// cmd_for_chassis.mode = CHASSIS_MODE_CALIBRATE;
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break;
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default:
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