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【R209】双轮平衡车
作者：机器谱
概述 自平衡 |
1. 运动功能说明
R209样机是一款双轮小车，适合作为自平衡车的实验模型。本文示例将实现双轮小车自主平衡功能，当人为的去打破小车的平衡点时，小车会自动调节至平衡点并稳定下来。
2. 结构说明
该样机主要由两个 直流驱动轮模组 构成。
概述
3. 电子硬件
在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：
| 主控板 | |
| 扩展板 | |
| 传感器 | 加速度传感器 |
| 电池 | 7.4V锂电池 |
| /*------------------------------------------------------------------------------------ 版权说明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved. Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at https://opensource.org/licenses/MIT by 机器谱 2023-04-12 https://www.robotway.com/ ------------------------------*/ #include <SignalFilter.h> SignalFilter Filter; char filtered; int a,b,c,d; const int analogInPin = A0; // Analog input pin that the potentiometer is attached to
int sensorValue = 0; // value read from the pot int outputValue = 0; // value output to the PWM (analog out)
void setup() { // initialize serial communications at 9600 bps: Serial.begin(9600); Filter.begin(); Filter.setFilter('m'); Filter.setOrder(2); }
void loop() { // read the analog in value: sensorValue = analogRead(analogInPin); // map it to the range of the analog out: char outputValue = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255); filtered= Filter.run(outputValue); int a=abs(filtered);
if((a>=91)&&(a<=100)) { analogWrite(9,0); analogWrite(10,0); analogWrite(5,0); analogWrite(6,0); delay(5);}
if(a>=101) { c=a+(a-100)*5; d=a+20+(a-100)*5; analogWrite(9,0); analogWrite(10,c); analogWrite(5,0); analogWrite(6,d); delay(5); analogWrite(9,30); analogWrite(10,0); analogWrite(5,40); analogWrite(6,0);}
if(a<=90) {c=a+(90-a)*3+40; d=a+20+(90-a)*3+40; analogWrite(9,c); analogWrite(10,0); analogWrite(5,d); analogWrite(6,0); delay(5); analogWrite(9,0); analogWrite(10,30); analogWrite(5,0); analogWrite(6,40); } Serial.print(a);Serial.print("/"); Serial.print(c);Serial.print("/"); Serial.println(d); } |
电路连接：将两个直流电机分别连接在Bigfish扩展板的（D5,D6）以及（D9,D10）接口上；加速度传感器连接在Bigfish扩展板的A0端口上。
4. 运动功能实现
编程环境：Arduino 1.8.19
将参考例程（self_balance_car.ino）下载到主控板，小车将实现双轮自平衡功能，运动效果可参考实验演示视频。
5. 资料清单
序号 | 内容 |
| 1 | R209-例程源代码 |
| 2 | R209-样机3D文件 |
【整体打包】-【R209】双轮平衡车-概述-资料附件.zip | 583.76KB | 下载3次 | 下载 |
自平衡
1. 功能说明
在双轮小车上安装一个 六轴陀螺仪传感器 ，本文示例将实现双轮小车自主平衡功能。
2. 电子硬件
在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：
| 主控板 | |
| 扩展板 | |
| 传感器 | 六轴陀螺仪 |
| 电池 | 7.4V锂电池 |
| /*------------------------------------------------------------------------------------ 版权说明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved. Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at https://opensource.org/licenses/MIT by 机器谱 2023-04-25 https://www.robotway.com/ ------------------------------*/ void Get_gyroscope_And_Control()//读取陀螺仪参数，并判断平衡小车前倾、后仰或者是平放状态 { int gyroscope_acc_data= 0; int map_data= 0; if(sign) { sign=0; if(Re_buf[0]==0x55) //检查帧头 { switch(Re_buf [1]) { case 0x51: { a[0] = (short(Re_buf [3]<<8| Re_buf [2]))/32768.0*16; a[1] = (short(Re_buf [5]<<8| Re_buf [4]))/32768.0*16; a[2] = (short(Re_buf [7]<<8| Re_buf [6]))/32768.0*16; //把陀螺仪的加速度包的Y轴数据转换为直流电机的速度 map_data = fabs(a[1]) * 100; //fabs()取浮点数的绝对值 if( (map_data >= (map_to_int[2]-10)) && (map_data <= (map_to_int[2]+10)) ) { //小车处于平衡态 Motor_State(Stop,0,0); } else if( (map_data < (map_to_int[2]-10)) && (map_data >= map_to_int[0]) ) { /*当小车前倾，自行调整至平衡 假如现在获取到陀螺仪数据0.50，转换为50并进行映射为直流的pwm值过程 Motor_State(Forward,60+map(50,64,5,0,20), 70+map(50,64,5,0,20)) */ Motor_State(Forward,left_Motor_Speed_Init+map(map_data,(map_to_int[2]-10),map_to_int[0],Motor_Speed_Mix,Motor_Speed_Max),right_Motor_Speed_Init+map(map_data,(map_to_int[2]-10),map_to_int[0],Motor_Speed_Mix,Motor_Speed_Max) ); } else if( (map_data <= map_to_int[1]) && (map_data > (map_to_int[2]+10)) ) { //当小车后仰，自行调整至平衡 Motor_State(Back,left_Motor_Speed_Init+map(map_data,(map_to_int[2]+10),map_to_int[1],Motor_Speed_Mix,Motor_Speed_Max),right_Motor_Speed_Init+map(map_data,(map_to_int[2]+10),map_to_int[1],Motor_Speed_Mix,Motor_Speed_Max) ); } }break; } } } } void Motor_State(int _mode, int _left, int _right)//电机状态函数 { switch(_mode) { case Forward: {analogWrite(motor_pin[0],_right);analogWrite(motor_pin[1],0);analogWrite(motor_pin[2],_left);analogWrite(motor_pin[3],0);}break; case Back: {analogWrite(motor_pin[1],_right);analogWrite(motor_pin[0],0);analogWrite(motor_pin[3],_left);analogWrite(motor_pin[2],0);}break; case Stop: {analogWrite(motor_pin[0],0);analogWrite(motor_pin[1],0);analogWrite(motor_pin[2],0);analogWrite(motor_pin[3],0);}break; } } |
/*------------------------------------------------------------------------------------ 版权说明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved. Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at https://opensource.org/licenses/MIT by 机器谱 2023-04-25 https://www.robotway.com/ ------------------------------*/ /* 功能：自平衡小车 接线：陀螺仪传感器(GND、VCC、RX、TX)接在扩展板的( Gnd、Vcc（3.3v）、RX、TX)； 直流电机分别接在（5,6），（9,10） */ #include<Math.h> #define Gyroscope_left_LimitAngle_Y -0.05 //读取到陀螺仪 Y 轴向前的极限数值 #define Gyroscope_Right_LimitAngle_Y 1.13 //读取到陀螺仪 Y 轴向后的极限数值 #define Gyroscope_Middle_LimitAngle_Y 0.74 //读取到陀螺仪 Y 轴平放时的数值 #define Motor_Pin_Count 4 /* 由于直流电机的物理差异，左右电机的速度值不同； 需要先微调两电机的pwm值，保证小车能走直线(否则会出现小车原地打转) */ #define left_Motor_Speed_Init 60 //左侧电机的初始速度（0-255） #define right_Motor_Speed_Init 70 //右侧电机的初始速度（0-255） #define Motor_Speed_Mix 0 //电机速度增量最小值 #define Motor_Speed_Max 20 //电机速度增量最大值 unsigned char Re_buf[11],counter=0; //存储陀螺仪数据的变量 unsigned char sign=0; //定义是否接收到陀螺仪数据的标志位 float a[3]; //用于存储x、y、z三轴的角速度包数值 int motor_pin[4] = {5,6,9,10};//定义电机引脚 int map_to_int[3] = {0,0,0}; //用于存储Y轴向左偏、向右偏、平放的数值 enum{Forward = 1,Back,Stop}; //定义电机前进、后退、停止三种状态 void setup() { delay(1000);Serial.begin(115200);//打开串口，并设置波特率为115200 for(int i=0;i<Motor_Pin_Count;i++){ pinMode(motor_pin[i],INPUT); //将电机的四个引脚设置为输出模式 } map_to_int[0] = Gyroscope_left_LimitAngle_Y*100; //重新赋予陀螺仪 Y 轴向前的极限数值 map_to_int[1] = Gyroscope_Right_LimitAngle_Y*100; //重新赋予陀螺仪 Y 轴向后的极限数值 map_to_int[2] = Gyroscope_Middle_LimitAngle_Y*100; //重新赋予陀螺仪 Y 轴平放时的数值 } void loop() { Get_gyroscope_And_Control();//读取陀螺仪参数，并判断平衡小车前倾、后仰或者是平放状态 } //实时读取陀螺仪发送的数据(serialEvent()函数会自动运行) void serialEvent() { while (Serial.available()) { Re_buf[counter]=(unsigned char)Serial.read(); if(counter==0&&Re_buf[0]!=0x55) return; //第0号数据不是帧头 counter++; if(counter==11) //接收到11个数据 { counter=0; //重新赋值，准备下一帧数据的接收 sign=1; } } } |
电路连接：
① 六轴陀螺仪传感器（GND、VCC、RX、TX）连接在Bigfish扩展板的Gnd、Vcc（3.3v）、RX、TX；
② 2个直流电机分别连在Bigfish扩展板的（5,6）、（9,10）。
3. 功能实现
编程环境：Arduino 1.8.19
实现思路：实现小车的自平衡。当人为去打破小车的平衡时，小车能够自行恢复到平衡状态。这里当俯视小车时，小车处于水平位置代表平衡状态；前倾或后仰等均为非平衡状态。
3.1 测试数据
① 需要先测出陀螺仪沿Y轴的状态数据。下表是本实验中测试出的实验数据，大家可参考格式，测试出自己的实验数据。
② 找准双轮小车的平衡状态（大家可尝试把锂电池安装在小车底部，让小车默认为平衡态）
3.2 示例程序
将参考例程（Gyroscope_Control_Car.ino）下载到主控板：
判断双轮小车前倾、后仰或者是平放状态的参考程序（Gyroscope_Device.ino）如下：
4. 资料清单
序号 | 内容 |
| 1 | 【R209】-自平衡-程序源代码 |
【整体打包】-【R209】双轮平衡车-自平衡-资料附件.zip | 5.18KB | 下载0次 | 下载 |
