RM麦轮控制以及底盘解算

一个典型的RM机器人四轮底盘由电机，底板，悬挂等构成，底盘安装在底盘的四角，呈矩形分布，麦克纳姆轮的辊子方向会影响其运动性能，一般采用如下图所示，四个麦轮的辊子延长线都过底盘中心的安装方法。

底盘解算的主要目的是将底盘的运动期望解算至电机，因为电机才是我们最后进行控制的执行机构，为了控制底盘的方向和速度，实际上最后依然是要依靠控制电机的转向和转速来实现。

为此需要对底盘进行运动学分析，将底盘速度期望解算成四个电机的转速期望。如下图中，建立底盘坐标系XY，其中底盘速度期望设为：

给四个电机标为1，2，3，4号（对应于电调ID），设n号电机的速度期望为 Vn

运动解算的目标是得到以Vx,Vy和ωv，电机的Vn以底盘朝 X 为正方向

在这里插入图片描述

解算的方法很多，这里介绍最简单的一种方式，即将三个正交的底盘运动方向方向Vx,Vy和ωv 进行线性叠加的方式，这种方法的好处在于可以直接通过实验的方式就能获得结果 —— 只需要将装好的底盘按照各个方向推一推就可以知道了。

首先假设底盘速度期望只有沿X方向的分量

显然此时需要四个电机沿X方向同样的速度旋转，可以得到四个电机的转换期望

再假设底盘速度期望只有沿Y方向分量，即底盘横向平移

则此时电机转速需要做出正负的区分（麦轮的特性）

最后假设底盘速度期望只有ωv，即底盘原地旋转

则此时电机转速为

当轮子1和轮子2的速度 V1 和 V2 是负的，意味着它们在逆时针方向上旋转，这通常发生在底盘顺时针旋转时。
轮子3和轮子4的速度 V3 和 V4 是正的，意味着它们在顺时针方向上旋转，这通常发生在底盘逆时针旋转时。

对以上公式进行叠加后就可以得到在底盘速度期望为

对应的电机转速为

以上推导过程也可以通过严格的动力学分析完成，最后得到的结果是一致的。最后还是以官方代码为例看一下这个解算过程的代码实现。

在mecanum.c下我们可以找到解算函数mecanum_calculate(struct mecanum *mec)中的解算部分

会发现这段代码和我们公式推导的结果有一点出入，这是由于轮子的标号不一致以及电机正方向规定不一致导致的，我们将推得的公式和代码之间重新对应一下，关系如下：

拿wheel_rpm【0】来说：

mec->speed.vw×rotate_ratio_frmec->speed.vw×rotate_ratio_fr：底盘的角速度 mec->speed.vwmec->speed.vw 乘以前右轮相对于旋转中心的位置比例因子 rotate_ratio_frrotate_ratio_fr。这个乘积表示由于底盘旋转，前右轮需要额外增加或减少的速度。

可见在代码实现时，解算公式要由轮子安装方式，实际的电调设置以及电机正方向决定。

为了方便，一般写完一套代码之后，共用这套代码的所有机器人都要用一样的安装方式和电调设置方式。

闭环控制

光完成底盘运动解算是不够的，如果用只做了解算的底盘拿去开，会发现这个底盘相当的“飘逸”，按一会方向键然后松手，底盘不会立马刹住，而是会“漂移”一段距离才能停下来，这是因为目前电机都是开环控制的，不能及时响应期望的变化，这个时候就需要给电机添加PID控制器了。

底盘的控制流程一般是通过遥控器获取底盘运动期望----->底盘运动期望解算至电机转速期望----->电机转速闭环控制

值得一提的是，在通过遥控器获取底盘运动期望时，由于底盘控制周期（一般1-2ms）往往远小于遥控器数据的刷新周期14ms，所以在底盘控制进程看来，遥控器的输入是阶跃的，这样会使底盘开起来有卡顿感，不够流畅，此外速度突变也容易导致底盘出现超功率。为此需要对输入信号进行平滑处理，处理的方式有很多，比如数字滤波或者斜坡函数。

下图为底盘控制进程获得的遥控器原始数据。

经过低通滤波平滑之后

通过斜坡函数处理

小陀螺

小陀螺是近几年兴起的一股技术风潮，自从中国矿业大学掏出这一黑科技，并取得全国四强的好成绩之后，众多学校纷纷效仿。

使用小陀螺的机器人可以提高对方的瞄准难度，降低被打中装甲板的概率，提高生存率，此外由于云台可以在底盘不动的情况下指向任意位置，也有了更高的灵活性。

小陀螺的实现关键是导电滑环，底盘到云台的过线必须经过导电滑环才能避免在底盘360°旋转时发生线缠住的问题。目前RM选购滑环的主要厂家有森瑞普，默孚龙等。在备赛时，这两家的产品都使用过，但是最后用在步兵车上的默孚龙的滑环是出了一些问题的，滑环在旋转到不同角度时压降不一致，使传感器的供电不稳定，发生自动复位，导致了比较严重的后果。