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File metadata and controls

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**MickRobot ** 是一个开源小车制作项目，教程内容包含底盘的搭建过程，基于激光雷达的导航内容。项目中小车的3D图、控制板原理图和PCB文件、控制代码均为开源。该项目具有一下特性

  • 1）支持两轮差速小车、四轮差速小车、麦克纳姆轮底盘三种底盘运动学模型
  • 2）支持DBUS遥控器（大疆DT7遥控器）、SBUS遥控器（RadioLink T8FB）
  • 3）配套ROS节点和URDF模型

fig10-1

QQ交流群（开源ROS自主导航小车：1149897304）

QQGroup

感谢：

  • 徐久铭师弟帮忙设计小车的机械图以及组装。
  • 于力率、温宝愉、舒康设计测试原型控制板。
  • 重庆大学机器人与智慧系统实验室（RIS）经费支持。

1、开箱视频，介绍机器人的接线，结构 2、分析控制板的接口 3、分析功能代码：

  • DBUS的解码功能
  • CAN总线电机读取
  • PID控制器
  • IMU数据读取
  • 上位机通讯，单片机端，ROS端应该如何编写

==注：== 本系列教程中开源的PCB文件、3D模型、相关代码，仅仅供大家自己学习自主导航小车使用，不可用于商业用途。

版本信息 V1.0.0

1、移动底盘简介

该小车是一款简易的4轮差速小车，通过4个轮毂电机实现小车差速运动，其性能参数如表1所示。小车所有的3D图纸、PCB文件、嵌入式端控制代码全部开源，开源地址：https://github.com/RuPingCen/mick_robot_chasiss。




							表1 Mick-V3小车性能指标
名称 指标
名称 指标
尺寸 600 * 480 * 265 mm
左右轮轴距 400 mm
前后轮轴距 400 mm
轮胎直径 200 mm（8寸）
最小转弯半径 0
小车最大速度 2.2 m/s (250 R/min)
电机额定扭矩 7 N.m
电机峰值扭矩 18 N.m
负载能力 ≤40Kg
续航里程 ≥15KM
充电时长 约4-5小时

2 小车使用说明

2.1 小车面板说明

下图所示，小车车尾面板第一排接口从左到右依次为电量显示模块、急停按钮、三色指示灯、电源按钮，面板第二排接口从左到右依次为电池充电口、外部供电接口（24V/10A）、232串口、以太网调试口。面板对外提供24V/10A的电源用作传感器供电，采用GX16-2芯航空插头（1号引脚为VCC，2号引脚为GND，注意面板放电口输出电压为 2.4-29.4V**）。

image-20241011195735355

（1）小车状态指示灯

小车面板状态指示灯正常情况为绿灯闪烁，部分异常情况如下：

1、若呈现绿灯闪烁同时红灯常亮则代表急停按钮未松开；

2、若在开机的时候出现黄色灯单独快闪则代表小车未收到遥控器信号；

3、若在小车开机时刻出现红灯慢闪4次则表示控制板传感器故障（IMU未初始化）。

（2）以太网调试口

小车面板上以太网调试口IP地址固定为“192.168.0.7”，将网线连接面板调试口与电脑，配置电脑IP地址为“192.168.0.201”。利用github仓库目录下“Reference_Documents/02_调试工具/网络_串口调试工具.exe”工具，将调试工具默认端口设置为8234，串口波特率为256000，工作模式设置为TCP服务端，即可打印小车调试信息。

小车内部是通过外接串口转以太网模块实现以太网通讯的。再对小车维修时，若设置模块后忘记参数及IP地址。可打开小车外壳，找到如下图所示的串口转以太网模块，通过短接GND与模块上的复位引脚RST(引脚编号为4)进行复位（短接时间≥200ms），网络复位以后网络模块ip默认为192.168.0.7，通讯波特率为115200。模块引脚如下图所示。

image-20241011195824371

（3）小车底盘充电

对小车电池充电请使用配套的充电器进行充电！充电时将充电器圆孔插头插入小车面板充电口，充电器功率约为180W，充电器输出电压为24-29.4V,充电时长约为4-5小时。

image-20241011195859911

小车充电器背面与正面

2.2 小车固件更新

固件可以通过源代码或者ST-link工具进行更新，源代码更新方式直接使用keil工具编译源代码下载即可。这里主要介绍通过ST-link工具下载编译好的Hex文件。

从ST官方或者本项目的github代码仓库目录（mick_robot_chasiss\Reference_ Documents\01_固件下载）下载烧写软件（STM32 ST-LINK Utility v4.6.0）。STM32 ST-LINK utility安装时候一直下一步默认即可。完成安装以后在桌面上找到如下图标：

                           ![image-20241011200030261](MickRobot.assets/image-20241011200030261-1728648032055-7-1728648033538-9.png)

打开软件，使用STLink连接到STM32板子。接下来点击这个插头一样的东西（如果没有识别到就拔插一下STLink下载器）

image-20241011200040091

成功以后就可以看到芯片的信息

image-20241011200046987

接下来选中需要下载的hex文件 xxx.hex

image-20241011200052520

成功打开以后这两个地方会有信息提示成功打开文件

image-20241011200057768

接下来点击烧写程序

image-20241011200104072

image-20241011200112383

2.3 遥控器操控说明

四轮差速小车的控制与mick开源项目中其他小车的操做方法一致。默认采用乐迪T8FB遥控器（SBUS协议）

2.3.1 遥控器配置方法

购买整车时遥控器默认已经配置好，不需要再重新配置。

当自行组装车辆或者更换遥控器时，需利用安卓充电线（micro usb）将遥控器与电脑连接，使用（"Reference\RadioLink_T8FB\T8S-T8FB电脑调参APP V4.2\T8S&T8FB电脑调参APP V4.2"）遥控器自带的APP进行配置。

image-20241011200210707

将第1通道（右手摇杆竖直方向通道）反向，保证摇杆拉到最下方的时候遥控器输出最小值，最上方输出最大值。同时，对于水平方向通道而言，拉到最左边输出最小值，最右方向输出最大值，下图是修改后的状态。

image-20241011200217076

2.3.2 遥控器操作说明

这里使用的是左手油门的RadioLink T8FB遥控器。

  1. 遥控器左上角的拨动开关为功能选择按键：置于L档，即最上方位置，表示开启自动驾驶（遥控器操作无效），置于H档表示由遥控器控制小车，忽略上位机命令。
  2. 遥控器右上角拨动开关上中下位置分别对应小车1m/s、2m/s、2.2m/s速度。
  3. 左手边摇杆竖直方向通道（ch3）控制小车前后运动（如下图所示），右边的摇杆水平通道控制小车左右旋转。

image-20241011200227431

2.3.3 遥控器充电

遥控器电池电压低的时候，会发出 “滴滴~”的声响，此时打开后盖将电池取出。*（注意电池插头的正负方向，对应遥控器背后”+“，”—“标识）

image-20241011200320779

使用配套充电器充电，电池充满以后充电器的灯由红色变为绿色。遥控器充电时需使用遥控器对应的充电器，遥控器电池为2s电池，电池电压范围（6.4V-8.4V）。

image-20241011200330198

2.4 小车ROS接口说明

2.4.1 ROS1接口

小车ROS1节点https://github.com/RuPingCen/mick_robot_chasiss/tree/master/ROS_Node

该目录中包含两个文件夹：mick_bringup和mick_description，mick_bringup为小车对应的ROS驱动节点，mick_description为urdf模型。

step1：将ROS_Node放置于ROS工作空间下进行编译

cp -r ROS_Node ~/catkin_ws/src   #拷贝文件到ROS工作空间
cd ~/catkin_ws/src
catkin_make

step2：将小车USB串口连接到电脑，并赋予串口权限

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB*

step3：启动ROS节点

roslaunch mick_bringup mickrobot-v3.launch

小车节点启动以后可以通过rostopic list命令查看到该ROS节点会对外发布如下Topic

image-20241011200404891

其中：

  • /mickrobot/chassis/Imu 对外发布小车自身IMU测量数据

  • /mickrobot/chassis/odom 小车里程计数据

  • /mickrobot/chassis/odom/path 小车里程计数据对应的路径（默认不发布）

  • /mickrobot/rc_remotes/joy 遥控器数据（默认不发布）

  • /mickrobot/chassis/cmd_vel 小车控制命令接收话题

step4: 新建终端，通过ROS话题向 /mickrobot/chassis/cmd_vel 话题发布数据 控制小车移动（注意 将遥控器左上角拨码开关拨到最上，表示开启自动驾驶模式）

rostopic pub /mickrobot/chassis/cmd_vel -r 10 geometry_msgs/Twist "linear:    x: 0.0    y: 0.0    z: 0.0   angular:    x: 0.0    y: 0.0    z: -0.1"

角速度方向： 逆时针为正，速度方向：车头方向为x方向。

2.4.2 ROS2 接口

在系统安装串口库serial：

git clone https://github.com/ZhaoXiangBox/serial
cd serial && mkdir build
cmake .. && make
sudo make install

将ROS的驱动板拷贝到工作空间下，进入工作空间主目录:

cd bringup_ws

使用colcon build进行编译:

colcon build

在运行之前，由于节点里面涉及到串口的打开，因此需要先打开串口权限:

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

最后在编译无报错之后就可以运行了:

sourse install/setup.bash
ros2 run mick_bringup mick_node

ROS2输出的话题名称及消息定义均与ROS1接口一致。

image-20241011200508622

注：可以将小车垫高，随后在命令行终端里输入以下指令：

ros2 topic pub -r 100 /cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 1.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.0}}"

2.5 小车底盘通讯协议

小车底盘与PC机通过串口连接，为增强底盘的通用性，若需要不依赖ROS中间件，可以向串口设备按照以下约定的协议发送数据，也可实现小车控制。底盘的通讯接口可参考在线文档：

https://docs.qq.com/sheet/DV2hmSEdSYVVtclB4?tab=bb08j2

2.5.1 命令下发接口

如表2-1所示差速底盘速度控制模式下，指令发送的格式为

							表2-1 MickX4差速小车速度控制指令
帧头 帧长度 命令字 数据 校验位 帧尾
Byte0 Byte1 Byte2 Byte3 Byte[4:5] Byte[6:7] Byte[8:9] Byte10 Byte11 Byte12 Byte13 Byte14
0XAE 0xEA 1 Byte 0xF3 X方向速度（0.01m/s） Y方向速度0x00 旋转角速度(0.01 rad/s) 保留字（0x00） 保留字（0x00） 数据校验位 0XEF 0xFE
  1. Byte[0:1]：uint8类型数据，表示数据帧头，固定值0XAE、0xEA。
  2. Byte[2]：uint8类型数据，表示数据帧长度，数据长度=自身长度（1个字节）+命令类型（1个字节）+数据（N个字节）+校验位（1个字节）（即除帧头帧尾以外的所有数据位）
  3. Byte[3]：uint8类型数据，控制命令0xF3表示针对差速底盘下发速度指令控制
  4. Byte[4:5] : uint16类型数据，高位在前，X表示小车底盘x方向（车头方向）速度，在发送的时候需要进行手动偏移，偏移量为10m/s,同时将待发送的速度量speed_x放大100倍，将其转为正数进行发送。
  5. Byte[6:7] :uint16类型数据，表示小车底盘y方向（车头方向）速度，差速底盘上设置无效，默认为0；
  6. Byte[7:8] :uint16类型数据，表示小车底盘旋转角速度，单位0.01rad/s ，偏移量为10 rad/s；
  7. Byte[10:11] 两个字节为保留字，固定为0x00;
  8. Byte[12]：数据校验位，数据校验位=数据长度+命令类型+所有的数据位（取结果的低8位）；
  9. Byte[13:14]：表示数据帧尾，固定值0XEF、0xFE;

表2-2列举其他控制器向底盘发送控制指令的样例函数

表2-2 MickX4差速小车速度控制指令发送函数示例

void send_speed_to_X4chassis(float x,float y,float w)
{
	uint8_t data_tem[50];
	unsigned int speed_0ffset=10; //速度偏移值 10ｍ/s，把速度转换成正数发送
	unsigned char i,counter=0;	 
	unsigned int check=0;

	data_tem[counter++] =0xAE;
	data_tem[counter++] =0xEA;
	data_tem[counter++] =0x0B;
	data_tem[counter++] = 0xF3; //针对MickX4的小车使用F3 字段 
	data_tem[counter++] =((x+speed_0ffset)*100)/256; // X
	data_tem[counter++] =((x+speed_0ffset)*100);
	data_tem[counter++] =((y+speed_0ffset)*100)/256; // Y
	data_tem[counter++] =((y+speed_0ffset)*100);
	data_tem[counter++] =((w+speed_0ffset)*100)/256; // X
	data_tem[counter++] =((w+speed_0ffset)*100);
	data_tem[counter++] =0x00; //保留字
	data_tem[counter++] =0x00;
	data_tem[2] =counter-2;
	for(i=2;i<counter;i++) // 计算校验值
	{
		check+=data_tem[i];
	}
	data_tem[counter++] =0xEF;
	data_tem[counter++] =0xFE;
	ros_ser.write(data_tem,counter);
}

数据下发示例：假设下发的速度x=1m/s,则下发的实际值=(1m/s+10)*100 = 1100,对应16进制为0x044C；y=0 m/s,则下发的实际值=(0 m/s+10)*100 = 1000,对应16进制为0x03E8;角速度w=0 rad/s,则下发的实际值=(0 rad/s+10)*100 = 1000。对应16进制为0x03E8;发送数据时采用大端模式，即高位在前。

AE EA 0B F3 04 4C 03 E8 03 E8 00 00 39 EF FE

2.5.2 数据上传协议

2.5.2.1 里程计数据上传

底盘向上位机发送数据的命令字为0xA7，其中上传的里程计数据包含小车车体坐标系下，X方向速度（0.001m/s），Y方向速度（差速底盘固定为0，0.001m/s），绕小车旋转的角速度（逆时针为正0.001rad/s）

							表2-3 MickX4差速小车里程计数据上传指令
帧头 帧长度 命令字 数据 校验位 Byte[12] 帧尾 Byte[13:14]
Byte[0] Byte[1] Byte[2] Byte[3] Byte[4:5] Byte[6:7] Byte[8:9] Byte[12] Byte[13] Byte14]
0XAE 0xEA 1 Byte 0xA7 X方向速度（0.001*m/s） Y方向速度 0x00 旋转角速度0.001 rad/s) 数据校验位 0XEF 0xFE

  1. Byte[0:1]：uint8类型数据，表示数据帧头，固定值0XAE、0xEA。

  2. Byte[2]：uint8类型数据，表示数据帧长度，数据长度=自身长度（1个字节）+命令类型（1个字节）+数据（N个字节）+校验位（1个字节）（即除帧头帧尾以外的所有数据位）

  3. Byte[3]：uint8类型数据，控制命令0xF3表示针对差速底盘下发速度指令控制

  4. Byte[4:5] : int16类型数据，高位在前，X表示小车底盘x方向（车头方向）速度,单位为0.001m/s。

  5. Byte[6:7] :int16类型数据，表示小车底盘y方向（车头方向）速度，差速底盘上设置无效，默认为0；

  6. Byte[7:8] :int16类型数据，表示小车底盘旋转角速度，单位0.001rad/s；

  7. Byte[9]：数据校验位，数据校验位=数据长度+命令类型+所有的数据位（取结果的低8位）；

  8. Byte[10]：表示数据帧尾，固定值0XEF、0xFE;

     						表2-4 MickX4差速小车里程计上传函数

void Chassis_Odom_Upload_Message(float odom_vx, float odom_vy, float odom_w)
{
	unsigned char senddata[25];
	unsigned char i=0,j=0;	
	unsigned int sum=0x00;	
	int16_t tem =0;
	
	senddata[i++]=0xAE;
	senddata[i++]=0xEA;
	senddata[i++]=0x01;//数据长度在后面赋值
	senddata[i++]=0xA7; //命令字

	tem = (int16_t)((odom_vx*1000)/1); //odom_vx最大值65.535
	senddata[i++] = tem>>8;
	senddata[i++] = tem;
	tem = (int16_t)((odom_vy*1000)/1);
	senddata[i++] = tem>>8;
	senddata[i++] = tem;
	tem = (int16_t)((odom_w*1000)/1);
	senddata[i++] = tem>>8;
	senddata[i++] = tem;
	
	senddata[2]=i-1; //数据长度
	for(j=2;j<i;j++)
		sum+=senddata[j];
	
	senddata[i++]=sum;
	senddata[i++]=0xEF;
	senddata[i++]=0xFE;

	UART_send_buffer(USART1,senddata,i);
}

其中：odom_vx, odom_vy, odom_w分别表示小车车体坐标系下x方向速度，y方向速度以及旋转角速度。

2.5.2.2 IMU数据上传协议

小车控制板安装有型号为MPU6050的6轴惯性测量单元，对外提供控制板自身的加速度和陀螺仪测量值。

表2-3 MickX4差速小车板载IMU数据上传指令

帧头 帧长度 命令字 IMU****数据 校验位 帧尾
Byte[0] Byte[1] Byte[2] Byte[3] Byte[4:9] Byte[10:15] Byte[16:21] Byte[22:27] Byte[28] Byte[29] Byte[30]
0XAE 0xEA 1 Byte 0xA0 x,y,z轴 加速度（原始数据） x,y,z角速度（原始数据） x,y,z轴磁力计 （原始数据、保留位） Roll-Pitch-Yaw 欧拉角（0.01度） 校验位 0XEF 0xFE
  1. Byte[0:1]：uint8类型数据，表示数据帧头，固定值0XAE、0xEA。
  2. Byte[2]：uint8类型数据，表示数据帧长度，数据长度=自身长度（1个字节）+命令类型（1个字节）+数据（N个字节）+校验位（1个字节）（即除帧头帧尾以外的所有数据位）
  3. Byte[3]：uint8类型数据，控制命令0xA0表示底盘向PC端发送IMU测量数据帧
  4. Byte[4:5]: int16类型，高位在前，x轴方向加速度原始输出数据；
  5. Byte[6:7]: int16类型，高位在前，y轴方向加速度原始输出数据；
  6. Byte[8:9]: int16类型，高位在前，z轴方向加速度原始输出数据；
  7. Byte[10:11]: int16类型，高位在前，绕x轴旋转角速度原始输出数据；
  8. Byte[12:13]: int16类型，高位在前，绕y轴旋转角速度原始输出数据；
  9. Byte[14:15]: int16类型，高位在前，绕z轴旋转角速度原始输出数据；
  10. Byte[16:17]: int16类型，高位在前，x轴磁场原始输出数据；(保留)
  11. Byte[18:19]: int16类型，高位在前，y轴磁场原始输出数据；(保留)
  12. Byte[20:21]: int16类型，高位在前，z轴磁场原始输出数据；(保留)
  13. Byte[22:23]: int16类型，高位在前，欧拉角，Roll角，单位0.01度；
  14. Byte[24:25]: int16类型，高位在前，欧拉角，Pitch角，单位0.01度；
  15. Byte[26:27]: int16类型，高位在前，欧拉角，Yaw角，单位0.01度；
  16. Byte[28]：数据校验位，数据校验位=数据长度+命令类型+所有的数据位（取结果的低8位）；
  17. Byte[29:30]：表示数据帧尾，固定值0XEF、0xFE;

2.5.2.3 遥控器数据协议

小车遥控器数据上传使用命令字0xA3。

								表2-3 MickX4差速小车遥控器数据上传指令
帧头 帧长度 命令字 IMU****数据 校验位 帧尾
Byte[0] Byte[1] Byte[2] Byte[3] Byte[4:11] Byte[12:15] Byte[16] Byte[17] Byte[18] Byte[19] Byte[20] Byte[21]
0XAE 0xEA 1 Byte 0xA3 ch1-ch4 (每个通道占用2字节) SW1-SW4 (每个通道占用1字节) Type 遥控器 类型 错误码 保留字 校验位 0XEF 0xFE
  1. Byte[0:1]：uint8类型数据，表示数据帧头，固定值0XAE、0xEA。
  2. Byte[2]：uint8类型数据，表示数据帧长度，数据长度=自身长度（1个字节）+命令类型（1个字节）+数据（N个字节）+校验位（1个字节）（即除帧头帧尾以外的所有数据位）；
  3. Byte[3]：uint8类型数据，控制命令0xA3表示底盘向PC端发送遥控器测量数据帧；
  4. Byte[4:5]: int16类型，高位在前，遥控器Ch1摇杆通道原始输出数据；
  5. Byte[6:7]: int16类型，高位在前，遥控器Ch2摇杆通道原始输出数据；
  6. Byte[8:9]: int16类型，高位在前，遥控器Ch3摇杆通道原始输出数据；
  7. Byte[10:11]: int16类型，高位在前，遥控器Ch4摇杆通道原始输出数据；
  8. Byte[12]: uint8类型，高位在前，遥控器SW1拨动开关原始输出数据；
  9. Byte[13]: uint8类型，高位在前，遥控器SW2拨动开关原始输出数据；
  10. Byte[14]: uint8类型，高位在前，遥控器SW3拨动开关原始输出数据；
  11. Byte[15]: uint8类型，高位在前，遥控器SW4拨动开关原始输出数据；
  12. Byte[15]: uint8类型， Type-遥控器类型（1:DJI-DBUS 2:SBUS）;
  13. Byte[16]: uint8类型，错误码((0x00表示在正常，0xA1通讯丢失);
  14. Byte[17]: uint8类型，保留字(0x00)
  15. Byte[18]：数据校验位，数据校验位=数据长度+命令类型+所有的数据位（取结果的低8位）；
  16. Byte[20:21]：表示数据帧尾，固定值0XEF、0xFE;

2.5.2.4 GPIO状态上传

小车控制板输入/输出端口状态数据上传使用命令字0xAC。

表2-3 MickX4差速小车输入输出端口状态数据上传指令

帧头 帧长度 命令字 端口数据 校验位 帧尾
Byte[0] Byte[1] Byte[2] Byte[3] Byte[4] Byte[5] Byte[6] Byte[7] Byte[8]
0XAE 0xEA 1 Byte 0xAC 输入端口 (占用1字节) 输出端口 (占用1字节) 校验位 0XEF 0xFE
  1. Byte[0:1]：uint8类型数据，表示数据帧头，固定值0XAE、0xEA。
  2. Byte[2]：uint8类型数据，表示数据帧长度，数据长度=自身长度（1个字节）+命令类型（1个字节）+数据（N个字节）+校验位（1个字节）（即除帧头帧尾以外的所有数据位）；
  3. Byte[3]：uint8类型数据，控制命令0xAC表示底盘向PC端发送遥控器测量数据帧；
  4. Byte[4]: uint8类型，输入端口；每一个bit位对应一个通道，例如bit0表示通道0的状态。每一个bit位上数据0 表示端口电平为0电平，数据1表示端口电平是1电平。
  5. Byte[5]: uint8类型，输输出端口；每一个bit位对应一个通道，例如bit0表示通道0的状态。每一个bit位上数据0 表示端口电平为0电平，数据1表示端口电平是1电平。
  6. Byte[6]：数据校验位，数据校验位=数据长度+命令类型+所有的数据位（取结果的低8位）；
  7. Byte[7:8]：表示数据帧尾，固定值0XEF、0xFE;

2.6 扩展支架尺寸

小车上面版有两个20型材可做为外部固定支架，型材中心间距为213mm,车头方向有安装孔阵列作为备用，安装孔从中心线出发间隔45mm向两侧扩展，以间距50mm沿纵向方向扩展。

image-20241011200808063