避障机器人设计经验分享_编码电机避障车

竞赛要求：

比赛场地如图，途中标记1~10全是障碍物，其中1～6为随机障碍物，比赛时随机选三个，高度大于10cm。其余均为固定障碍物，7是个斜坡，其余为高度大于10cm的挡板。具体要求自己翻竞赛文档。

方案

以下方案仅简述设计思路，不涉及具体电路！

编码器电机+MPU6050，实现路径规划。

编码器电机：

所谓编码器电机，其实就是电机，后面转上一个光电编码器或者电磁编码器，编码器内置电路可以将电机转动产生的反馈信号转化成方波输出，且电机每转动一圈输出固定个数的方波脉冲，这样就可以编码器反馈的脉冲个数值计算出小车前进的距离（乘以车轮周长即可，注意提前测出电机一圈输出多少个脉冲），进而达到控制小车运行距离的目的。
这里重点注意：
以上论断建立在小车运行可以准确的走直线的前提下：或者更本质点说是建立在小车的所有电机必须转速一致的前提下，否者没有意义!
有人说这不是啥难事，走直线不容易吗，哈哈哈，并不容易！要走直线必须要实现小车电机的闭环控制，保证每一个电机的转速都一致！我们都知道电机的转速是靠输出方波信号的占空比控制的，理论上两个电机在相同信号，相同占空比的条件下，转速应该一致，但是实际中，如果没有完全一样的两个电机，这一点就不可能实现。实际中，我们说的转速一致，是在误差允许的范围内讨论的。要保证电机转速一致，经常会用到PID算法，采用闭环控制。即程序中设定一个目标值，然后输入反馈值，计算误差值，并且循环调用，实时输入，只要误差值没有到达想要的状态，就不断调节，直到达到理想。算法可以通过调节P、I、D三个参数调节输出效果。
如果不用这种闭环控制，而完全使用开环控制，看似走的是直线，实际不是，距离越长偏的越明显，而且误差会不断累计，最终导致越偏越远！只有构建这种闭环控制才能使车子不断自检纠正运行轨迹，保证车辆走直线！注意，这里我说的是PID，不是那种自己随便敲两行代码，判断往左边偏就给左电机加速，虽然看着逻辑上差不多，但是效果差远了，PID可以实现更连续的、精确的调节。当然，我说的容易，PID调起来就不是那么容易了，这三个参数曾经一度令我十分崩溃，好在苦尽甘来！

MPU6050

有的小伙伴可能觉得MPU6050陀螺仪和编码器重复了，MPU6050本身带有加速度计，可以用算法实现对路程的计算，不需要用编码器了。其实这里编码器是用来反馈电机转速的，只用MPU6050无法实现对电机单独闭环控制，而且编码器单独反馈电机脉冲效果还行，可一旦用于全程规划路程，精度就不够用了，就必须外加一个姿态传感器用于对小车的姿态数据不断的反馈，即需要再构建一个闭环，用于更加精确的控制小车的轨迹。
MPU6050输出三元数，即航向角、横滚角、俯仰角，这里小车仅平面运行，用到航向角即可，保证小车沿着初始航线运行不偏航。
这里问题来了，小车转向后咋办，这里可以构建一个变量用于标志小车运行的方向，初始时是0度，左（右）转加（减）90度（这里具体问题具体分析，和陀螺仪初始设计方向有关）。
以上两个闭环都影响小车的电机的控制信号的占空比，要特别注意调节参数！注意相互影响！

规划路径

以上两个逻辑说明白了，就可以构建一下几个函数
1.脉冲捕获函数，用于捕获编码器反馈脉冲个数。
2.小车距离控制函数，通过捕获电机反馈脉冲，算出车轮转动圈数，乘以车轮周长即可得出小车前进多少距离，判断达到相应距离关闭电机即可。
3.转向函数，控制小车转向，具体转向逻辑视小车设置而定，有的靠差速，有的靠舵机，具体问题具体分析，提醒尽可能原地坦克转向！减少对运行路径的影响。转向的角度由MPU6050输出角度决定，函数必须输入转向角度值，当到达陀螺仪标定角度时即停止。
利用以上函数组合即可实现路径规划。
特别提醒：
不要忘了小车车长、轴长，转向半径等因素对轨迹的影响！！！