两轴云台及击发控制的设计与实现.docVIP

RoboMasters机器人大赛 两轴云台及击发控制的设计与实现 目录 一. 项目概述 4 1. 比赛简介 4 2. 课题简介 4 二. 项目目标 5 1. 基本功能与性能 5 2. 扩展功能与性能 5 三. 系统设计方案 5 1. 系统框图 5 2. 子系统框图 6 3. 方案比较 7 3.1、控制算法比较与选择.............................................................7 3.2、PID算法改进方式选择........................................................10 四. 各模块工作原理（详细设计部分） 12 1. 串口通信协议设计 12 2. 弹药击发结构及驱动设计 13 3. 两轴云台运动控制 14 五. 系统测试及调试 16 1. 以云台控制视觉识别为例介绍测试流程 16 2. 其他的问题以及解决方案 18 2.1、云台运行噪声问题.............................................................. 18 2.2、pitch轴电机运动不稳定，工作电流过大问题................. 18 2.3、串口通信数据串扰及数据错误问题.................................. 19 六. 项目实施总结及心得体会 17 七. 致谢 20 八. 参考文献 21 九. 附录 21 1. 电路图 22 2. 源工程详见附件 23 一. 项目概述 1. 比赛简介 RoboMasters 是一项全新的机器人超级对抗赛。参赛队伍通过自行设计制造多种机器人进行射击对抗，完成指定任务，由比赛裁判系统判定比赛胜负。参赛机器人包括可以发射“弹丸”的手动机器人以及能够完成一定任务的自动机器人。参赛队员需要遥控手动机器人在复杂的场地中移动并发射“弹丸”，攻击对方机器人和基地以取得胜利。自动机器人将在比赛中自动完成指定任务。 每场比赛双方最多可各有6 台机器人上场参与对抗，每队的编制是2 台机器步兵、2 台机器射手、1 台机器炮手和1 台机器哨兵。2 台机器步兵由比赛组委会提供，其余机器人均由参赛队员自行设计制作完成。 比赛采用红、蓝双方对抗的形式，每场比赛采用多局制，每局限时5 分钟。 2. 课题简介 图1.1：战车主要模块分布图 本项目基于STM32F405开发平台，主要利用位置式双闭环PID控制算法，实现对两轴云台的运动以及发弹的控制。 云台控制板通过串口分别与主控板及工控机进行通信，从底盘主控板或工控机获取两轴云台运动指令及发射子弹指令，再经由电流环、位置环双闭环PID控制算法，精确控制云台运动模式，并尽可能快、尽可能稳地使两轴云台达到目标位置；同时通过输出不同占空比PWM波，驱动并控制双摩擦轮转速，达到发射子弹的要求。 二. 项目目标 1. 基本功能与性能 （1）通信部分：云台控制部分能够通过串口与底盘主控和工控机正常通信，正常接收与传送数据或指令。 （2）云台运动：两轴云台可以按照指定指令，快速到达规定角度位置，并稳定下来。 （3）子弹发射：可以正常驱动双摩擦轮，并以固定速度发射子弹。 2. 扩展功能与性能 （1）串口通信在正常通信的情况下，要在满足系统对通信速率的要求下，设计相应具有查错或纠错能力的通信协议，使误码率尽可能低，提高通信的稳定性。 （2）两轴云台在满足系统对稳定性的要求下，改进系统参数，要求尽可能提高对系统指令的响应速度。 （3）在实现以单一速度驱动双摩擦轮的基础上，实现根据底盘指令，变速控制双摩擦轮，多级调速，满足不同对战环境下的发射子弹速度要求。 三. 系统设计方案 1. 系统框图 图3.1：系统框图 由图3.1，云台控制部分处于整个通信系统的中心：一方面，云台控制中心需要通过串口与底盘主控进行通信，接收来自操作手通过遥控器转发过来的关于云台的相关指令；另一方面，云台控制中心需要通过串口与火控部分工控机进行直接通信，接收在自动瞄准过程中的云台自动调整功能，这一部分的设计由于环境等因素在区域赛中没有起到作用。 特别地，在炮手系统设计中，云台控制中心还要负责转发工控机关于底盘自适应性运动的相关指令，控制底盘运动，如下图： 图3.2：炮手通信 2. 子系统框图 子系统主要涉及到摩擦轮驱动部分以及两轴云台驱动部分。具体框图如下： 图3.3：摩擦轮驱动系统框图 由图3.3，云台控制版输出PWM波，需经由HG900电调模块驱动电机转动。