基于RoboMaster C型开发板的轮腿机器人项目，采用达妙电机进行驱动。已集成MATLAB设计的LQR控制器用于稳定性调节和跳跃控制。
- 开发板: RoboMaster C型开发板 (STM32F405RG)
- 关节电机: 达妙6215（4个，用于腿部关节驱动）
- 驱动电机: 达妙4310（4个，用于轮子驱动）
- 通信: CAN总线 (1Mbps)
- 采样周期: 5ms (200Hz)
robomaster-c/
├── hardware/ # 硬件设计文件
├── software/ # 软件代码
│ ├── src/ # 源代码
│ │ ├── motor_controller.c
│ │ ├── can_driver.c
│ │ ├── leg_controller.c
│ │ ├── motion_planner.c
│ │ ├── lqr_controller.c # ★ LQR反馈控制
│ │ ├── lqr_gains.c # ★ 增益矩阵计算
│ │ ├── flight_controller.c # ★ 飞行相位控制
│ │ ├── lqr_system.c # ★ 系统集成
│ │ └── test_lqr.c # ★ 单元测试 (11个)
│ ├── include/ # 头文件
│ └── lib/ # 库文件
├── config/ # 配置文件
├── docs/
│ └── LQR_INTEGRATION.md # 详细集成指南
├── LQR_INTEGRATION_REPORT.md # 集成完成报告
├── LQR_QUICK_REFERENCE.md # 快速参考卡
└── README.md # 本文件
- ✓ LQR增益矩阵计算 (来自MATLAB lqr_k.m)
- ✓ 离散LQR反馈控制 (采样周期5ms)
- ✓ 飞行相位关节保持 (PD控制)
- ✓ 完整跳跃序列管理
- ✓ 11个单元测试
#include "lqr_system.h"
// 初始化 (L0=腿长)
lqr_system_t sys;
lqr_system_init(&sys, 0.07f); // 7cm
// 主控制循环
while (1) {
lqr_state_t state = read_sensors();
lqr_system_update(&sys, &state);
float T_body, T_leg;
lqr_system_get_output(&sys, &T_body, &T_leg);
motor_set_torque(1, T_body);
motor_set_torque(2, T_leg);
usleep(5000); // 5ms
}- LQR_INTEGRATION.md - 完整集成指南
- LQR_INTEGRATION_REPORT.md - 集成报告 (文件清单、性能指标)
- LQR_QUICK_REFERENCE.md - 快速参考卡
状态空间 (6维):
- θ: 身体俯仰角
- θ̇: 身体角速度
- x: 水平位置
- ẋ: 水平速度
- φ: 腿部角度
- φ̇: 腿部角速度
控制输入 (2维):
- T: 身体转矩
- Tₚ: 腿部转矩
权重矩阵:
- Q = diag([1, 10, 100, 20, 1000, 1]) (状态权重)
- R = diag([1, 1]) (控制权重)
┌────────────────────────────┐
│ 运动规划层 │
│ (Motion Planner) │
├────────────────────────────┤
│ LQR控制 + 飞行控制 │ ★ 新增
│ (LQR + Flight Control) │
├────────────────────────────┤
│ 腿部运动学 │
│ (Leg Kinematics) │
├────────────────────────────┤
│ 电机抽象 │
│ (Motor Abstraction) │
├────────────────────────────┤
│ CAN驱动 │
│ (CAN Driver) │
└────────────────────────────┘
| 模块 | 文件 | 功能 |
|---|---|---|
| 电机驱动 | motor_controller.c | 8个电机的CAN控制 |
| CAN通信 | can_driver.c | 消息队列、ISR处理 |
| 腿部控制 | leg_controller.c | 正逆运动学 (3链条腿) |
| 运动规划 | motion_planner.c | 步态生成 (小跑) |
| LQR控制 | lqr_controller.c | 反馈稳定性调节 ★ |
| 增益计算 | lqr_gains.c | 多项式增益评估 ★ |
| 飞行控制 | flight_controller.c | 飞行阶段PD控制 ★ |
| 系统集成 | lqr_system.c | 统一管理&模式切换 ★ |
- CMake 3.10 或更高版本
- ARM GCC 交叉编译工具链 (arm-none-eabi-gcc)
- STM32F405 相关库 (STM32CubeF4)
cd software
mkdir build
cd build
cmake ..
make# 应该包含LQR模块的编译
# [100%] Building C object CMakeFiles/firmware.elf.dir/src/lqr_*.c.o
# [100%] Linking C executable firmware.elf// 在main函数中调用测试
run_lqr_tests(); // 执行11个LQR单元测试
// 预期输出:
// [PASS] LQR Gain Computation
// [PASS] LQR Controller Init
// ...
// All tests passed!- 电机驱动初始化
- CAN总线通信框架
- 关节电机控制
- 驱动电机控制
- 腿部运动学 (FK/IK)
- 小跑步态规划
- 数据日志记录
- UART调试接口
- LQR控制器 ★
- 飞行相位控制 ★
- 单元测试框架 ★
- STM32 HAL集成 (CAN/UART初始化)
- IMU传感器驱动
- 编码器反馈处理
- 高级步态规划
| MATLAB文件 | 对应C代码 | 说明 |
|---|---|---|
| sys_calc.m | lqr_gains.c | 增益系数表 |
| lqr_k.m | lqr_gains_compute() | 多项式求值 |
| flight_joint_hold.m | flight_controller.c | PD控制 |
| flight_hold_params.m | flight_params_t | 参数 |
详见 MATLAB文件夹: ../matlab/
| 指标 | 值 |
|---|---|
| 增益计算 | O(1) |
| 控制律执行 | O(12) |
| 采样周期 | 5ms (200Hz) |
| 内存占用 | <1KB |
| 代码行数 | ~2000行 |
- RoboMaster C型开发板文档
- 达妙电机通讯协议
- MATLAB仿真模型 (../matlab文件夹)
- LQR控制理论 (../../matlab/中的设计文档)
Q: 如何集成LQR到我的应用?
A: 参考 LQR_QUICK_REFERENCE.md
Q: 如何调整控制参数?
A: 修改MATLAB文件并重新生成，或参考 lqr_gains.c 中的系数表
Q: 支持哪些控制模式?
A: IDLE、LQR_REGULATION、LQR_TRACKING、FLIGHT_HOLD、JUMP_SEQUENCE
- 项目版本: 1.0.0
- LQR集成版本: 1.0.0 ★
- 创建日期: 2026-05-09
- 最后更新: 2026-05-09
- MATLAB对应: sys_calc.m (2026-03-24)
RoboMaster开发团队