著名的MIT Cheetah Mini四足机器人开源了所有软硬件,包括机载电脑和关节驱动器的软硬件全部开源。这一篇就根据开源的驱动控制软件及相关论文,探索其核心控制算法框架。这篇文章需要结合源代码来看。
主要参考了lab 成员 Benjamin Katz 的论文《A low cost modular actuator for dynamic robots.》,以及公开的源代码https://os.mbed.com/users/benkatz/code/Hobbyking_Cheetah_Compact_DRV8323/。
1. 驱动器状态机
1.1 五种状态
总共有这五种状态:
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#define REST_MODE 0
这个状态下,调用一次enter_menu_state()函数,这个函数做的操作是:禁用驱动IC DRV832x、串口打印menu、led=0; -
#define CALIBRATION_MODE 1
这个状态下运行一次calibrate()函数,这个函数做的操作是:使能驱动IC DRV832x、led=1、调用确定相序函数order_phase()、调用标定函数calibrate()、led=0、串口打印提示、禁用驱动IC DRV832x;
其中确定相序函数order_phase()和标定函数calibrate()具体实现后面再讲; -
#define MOTOR_MODE 2
运行enter_torque_mode()函数一次,然后不断循环torque_control()和commutate()函数,控制频率为40khz;
enter_torque_mode()函数主要是foc控制器的复位处理,具体操作是:使能驱动IC DRV832x、复位超压标志、调用reset_foc()函数复位foc控制器、led=1;
其中torque_control()和commutate()两个函数是具体的FOC控制过程后面再讲; -
#define SETUP_MODE 4
调用enter_setup_state()函数,该函数中通过串口打印Configuration Options; -
#define ENCODER_MODE 5
串口不断打印机械位置、电气位置和原始位置;
1.2 通过串口操作
在串口中断中接收上位机发送过来的指令,根据不同的指令进行不同的操作。有如下几种情况:
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无论当前处于什么状态,如果串口接收到Esc键,则返回REST_MODE;
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如果当前状态为REST_MODE
串口打印manu,可以通过如下指令进入相应的模式;
m - Motor Mode
c - Calibrate Encoder
s - Setup
e - Display Encoder
z - Set Zero Position:重新设置机械零位,并写入flash -
如果当前状态为SETUP_MODE
串口打印Configuration Options,可以通过指令对参数进行设置,并写入flash
b - Current Bandwidth (Hz)
i - CAN ID
m - CAN Master ID
l - Current Limit (A)
f - FW Current Limit (A)
t = CAN Timeout (cycles)(0 = none) -
如果当前状态为ENCODER_MODE
串口会不断打印机械位置、电气位置和原始位置值,可以通过Esc键停止打印并返回REST_MODE -
如果当前状态为MOTOR_MODE
通过键入‘d’可以让foc的参考输入电流为0,或者Esc键返回REST_MODE -
如果当前状态为CALIBRATION_MODE
串口打印Calibration complete,可以通过Esc键返回REST_MODE
1.3 通过CAN操作
1.3.1 CAN接收
CAN接收也有两种情况:
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如果当前状态是MOTOR_MODE
就是正常的控制指令,期望位置、期望速度、期望力矩、kp、kd等,参见后面CAN通信协议; -
如果当前状态不是MOTOR_MODE
接收到的CAN指令分三种情况:
data[0]~data[6]=0xFF, data[7]=0xFC时,进入MOTOR_MODE
data[0]~data[6]=0xFF, data[7]=0xFD时,进入REST_MODE
data[0]~data[6]=0xFF, data[7]=0xFE时,进入设置Zero_Position,与串口设置不一样,这里设置的zero position不会保存到flash;
1.3.2 CAN发送
每接收到一包数据后,会立刻返回数据,返回的数据是机械角度、机械转速、输出力矩;
1.4 状态之间的转换
状态之间的转换,可以通过CAN进行,也可以通过串口。
通过CAN操作时,各状态之间的关系如下: