基于SLAMWARE的服务型机器人底盘电机里程计说明及代码示例
對(duì)于需要自主定位導(dǎo)航的服務(wù)型機(jī)器人而言，電機(jī)里程計(jì)的精準(zhǔn)度影響著整個(gè)機(jī)器人的定位精度，電機(jī)部分的控制是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人底盤(pán)中最為主要的部分。為了便于操作，本文將為大家介紹常見(jiàn)機(jī)器人底盤(pán)的電機(jī)及其編碼器并結(jié)合Breakout 3.0中STM32的參考代碼，對(duì)SLAMWARE系統(tǒng)中用到的里程計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
代碼鏈接：http://makaok.cn/download/slamware/code/slamwarekit_reference_code.20161025.zip
電機(jī)編碼器類(lèi)型選擇
常用的機(jī)器人底盤(pán)電機(jī)編碼器按實(shí)現(xiàn)原理來(lái)分類(lèi)，包括光電編碼器及霍爾編碼器，按照其編碼方式分類(lèi)，主要包括增量型和絕對(duì)型。對(duì)于基于slamware的機(jī)器人底盤(pán)來(lái)說(shuō)，里程計(jì)的分辨率需要在1mm以下，且總誤差最多不能超過(guò)5%，如果超過(guò)此數(shù)值，機(jī)器人將無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航的功能。因此，無(wú)論選擇哪種編碼器，必須要達(dá)到其精度的要求?？梢詤⒖家韵屡袛喙剑?/p>
（2π/每轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)）×輪子半徑≤0.001米
注：輪子半徑單位為米
系統(tǒng)電機(jī)應(yīng)答流程（僅以?xún)奢啿顒?dòng)電機(jī)為例）
SLAMWARE Core 每間隔delta時(shí)間，會(huì)向底盤(pán)發(fā)送左右輪的速度，向前為正，向后為負(fù)，即SET_BASE_MOTOR(0x40)。底盤(pán)會(huì)回復(fù)此時(shí)的左右輪里程計(jì)的累計(jì)值，即GET_BASE_MOTOR_DATA(0x31)。請(qǐng)注意，無(wú)論輪子向前運(yùn)動(dòng)或向后運(yùn)動(dòng)，里程計(jì)的度數(shù)均遞增，因?yàn)镾LAMWARE Core在下發(fā)速度時(shí)，已經(jīng)區(qū)分了向前還是向后。
SLAMWARE Core發(fā)送SET_BASE_MOTOR的請(qǐng)求報(bào)文為, 速度的單位為mm/s。
SET_BASE_MOTOR
typedef struct _base_set_motor_request
{
_s32 motor_speed_mm[4];
} __attribute__((packed)) base_set_motor_request_t;
對(duì)應(yīng)下面的代碼：
SET_BASE_MOTOR
case SLAMWARECORECB_CMD_SET_BASE_MOTOR:
{
base_set_motor_request_t *ans_pkt = (base_set_motor_request_t *) request->payload;
if (!bumpermonitor_filter_motorcmd(ans_pkt->motor_speed_mm[0], ans_pkt->motor_speed_mm[1])) {
set_walkingmotor_speed(ans_pkt->motor_speed_mm[0], ans_pkt->motor_speed_mm[1]);
}
net_send_ans(channel, NULL, 0);
}
break;
底盤(pán)會(huì)通過(guò)響應(yīng)GET_BASE_MOTOR_DATA, 將左右輪的累計(jì)里程發(fā)給SLAMWARE Core，響應(yīng)報(bào)文為，距離單位為mm。
GET_BASE_MOTOR_DATA
typedef struct _base_motor_status_response
{
_s32 motor_cumulate_dist_mm_q16[4];
} __attribute__((packed)) base_motor_status_response_t;
對(duì)應(yīng)的代碼：
GET_BASE_MOTOR_DATA
case SLAMWARECORECB_CMD_GET_BASE_MOTOR_DATA:
{
base_motor_status_response_t ans_pkt;
memset(&ans_pkt, 0, sizeof(ans_pkt));
ans_pkt.motor_cumulate_dist_mm_q16[0] = (_s32) (cumulate_walkingmotor_ldist_mm());
ans_pkt.motor_cumulate_dist_mm_q16[1] = (_s32) (cumulate_walkingmotor_rdist_mm());
net_send_ans(channel, &ans_pkt, sizeof(base_motor_status_response_t));
}
break;
里程計(jì)部分代碼示例：
每米編碼器脈沖數(shù)ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER，需要根據(jù)每轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)以及輪子的直徑來(lái)確定，公式如下：
每米編碼器脈沖數(shù)=每轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)/(π×輪子直徑)
注：輪子直徑單位為米
Odometry
//每米編碼器脈沖數(shù)
#define ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER 6390UL
//行走電機(jī)速度控制頻率：60hz
#define CONF_MOTOR_HEARTBEAT_FREQ 60
#define CONF_MOTOR_HEARTBEAT_DURATION (1000/(CONF_MOTOR_HEARTBEAT_FREQ))
/*
* 刷新行走電機(jī)的里程數(shù)據(jù)函數(shù)
*/
static void _refresh_walkingmotor_odometer(_u32 durationMs)
{
_u32 irqSave = enter_critical_section(); //臨界資源保護(hù)
for (size_t cnt = 0; cnt < WALKINGMOTOR_CNT; ++cnt) {
_lastEncoderTicksDelta[cnt] = _encoderTicksDelta[cnt]; //獲得delta時(shí)間內(nèi)編碼器的脈沖數(shù)
_motorAccumulatedTicks[cnt] += _encoderTicksDelta[cnt]; //獲得累計(jì)編碼器的脈沖數(shù)
_encoderTicksDelta[cnt] = 0;
}
leave_critical_section(irqSave);
if (durationMs == 0) //防止除零
durationMs = 1;
for (size_t cnt = 0; cnt < WALKINGMOTOR_CNT; ++cnt) { //根據(jù)delta的編碼器數(shù)據(jù)計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)速度，即當(dāng)前速度
_lastOdometerSpeedAbs[cnt] = (float) _lastEncoderTicksDelta[cnt] * (1000.0 / ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER) * 1000.0 / durationMs;
}
}
/*
* 計(jì)算左行走電機(jī)累計(jì)里程函數(shù)
* 單位：mm
*/
_u32 cumulate_walkingmotor_ldist_mm(void)
{
return (_motorAccumulatedTicks[WALKINGMOTOR_LEFT_ID] * 1000) / ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER;
}
/*
* 計(jì)算右行走電機(jī)累計(jì)里程函數(shù)
* 單位：mm
*/
_u32 cumulate_walkingmotor_rdist_mm(void)
{
return (_motorAccumulatedTicks[WALKINGMOTOR_RIGHT_ID] * 1000) / ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER;
}
里程計(jì)測(cè)試
可以用slamware_console工具中的run以及vrun命令來(lái)測(cè)試?yán)锍逃?jì)的準(zhǔn)確性，其誤差需要在5%以?xún)?nèi)。
slamware_console工具：
http://makaok.cn/download/slamware/tools/slamware_console-20161012.zip
關(guān)鍵字：激光雷达,SLAM
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