【RoboMaster】中科大电控教学开源

Trojan · 2025 年12 月 26 日 01:27

教程文档

0 主要功能与实际效果

本项用于电控教学, 内含若干大小技术点, 可使得新起步的队伍快速上手电控, 也可使得研发与传承困难, 技术积淀较少的队伍少走一定的弯路

1 教程概述

1.1 教程整体构成

配套教学视频

https://space.bilibili.com/337732684/channel/collectiondetail?sid=1043942

环境配置安装包

index

配套代码与其他相关资料 ( 内容完全一致, 根据网络状况酌情下载. 由于Gitee平台有容量限制, 但本仓库容量较大, 因此该项目于202308242000转移至Github以及中国科大Linux用户协会校内Gitlab平台中. 原Gitee链接仍有效, 只是不保持更新 )

Making sure you're not a bot!

GitHub - yssickjgd/robowalker_train: RoboMaster机甲大师机器人大赛中国科大RoboWalker战队电控组培训教学资料

配套PPT资料 ( 由于中国科大Rec网盘于20251201停止维护, 因此该项目于202506161600转移至中国科大新网盘科大云盘平台中. 原Rec网盘链接将失效 )

科大云盘

1.2 教程目录

标黄为已更新内容

电控 ( electrical )
1. 电控简介 ( electrical_introduction )
  1. 电控导论
  2. 番外篇如何去提问
2. STM32CubeMX基础 ( stm32cubemx_basic )
  1. 环境配置与基础教学
  2. GPIO输出电压
  3. EXTI外部中断
  4. TIM定时器中断
  5. UART通信
  6. PWM呼吸灯
  7. ADC测电压
3. 电机控制 ( motor_control )
  1. C++
  2. CAN通信
  3. CAN接口与大疆RM电机初步控制
  4. UART接口与串口绘图
  5. 串口绘图接口与电机反馈
  6. PID算法
  7. PID接口与电机闭环控制
  8. 电机接口与多环PID
  9. 动态目标与前馈PID
  10. 多电机控制
  11. 番外篇达妙电机控制
  12. 番外篇大疆电机进阶控制与相关库的累积更新
4. 开发工具篇 ( develop_tools )
  1. Markdown基础教学
  2. Git基础操作教学
  3. CLion开发环境配置
  4. gcc, Make与CMake
  5. 番外篇数学加速库arm_math.h的引入
  6. 番外篇开发相关的官方软件与官方文档获取
  7. 番外篇如何Debug
5. 底盘篇 ( chassis )
  1. DR16与DT7遥控器模块
  2. 底盘概述
  3. 底盘的运动学与动力学解算
  4. 欧拉角与旋转矩阵
  5. 力补偿适配方法
  6. 功率控制前瞻
  7. 电机功率模型
  8. 功率控制策略
  9. 算法层的斜坡规划器
  10. 底盘小陀螺行进
  11. 底盘跟随行进
  12. 全向轮与麦轮适配算法
  13. 舵轮适配算法
  14. 操作逻辑
  15. 驱动层的看门狗
  16. 总结与致谢
  17. 番外篇无功率反馈的缓冲能量功率控制
6. 云台篇 ( gimbal )
  1. 云台概述
  2. 结合成品陀螺仪的云台控制
  3. 角度开环控制
  4. 操作逻辑
  5. 控制信号设定与云台自稳机制
  6. 阻力扭矩补偿、重力补偿与加速度补偿
  7. 异构型云台的控制
  8. 总结与致谢
7. 发射机构篇 ( booster )
  1. 发射机构概述
  2. 算法层的有限状态机
  3. 发射机构控制
  4. 操作逻辑
  5. 卡弹处理算法
  6. 热量控制算法
  7. 无裁判系统的热量检测算法
  8. 总结与致谢
8. 裁判系统 ( referee )
  1. 裁判系统简介
  2. 裁判系统环境搭建
  3. 裁判系统用户协议解析
  4. 双缓冲接收区与粘包处理算法
  5. 番外篇计算机网络常识梳理-上篇
  6. 番外篇计算机网络常识梳理-中篇
  7. 番外篇计算机网络常识梳理-下篇
  8. 番外篇校验算法与CRC校验
9. 结语 ( conclusion )
  1. 电控结语
电控进阶 ( electrical_plus )
1. 开篇 ( electrical_plus_introduction )
  1. 电控进阶导论
2. 达妙板篇 ( damiao_mc02 )
  1. 达妙板与H7系列简介
  2. USB概述
  3. USB虚拟串口通信与接口
  4. Vofa+绘图工具
  5. FD_CAN通信与接口
  6. 达妙板RM电机的使用
  7. 达妙板达妙电机的使用
  8. SPI通信接口与WS2812自定义灯
  9. OSPI通信接口与W25Q64存储芯片
3. 观测器篇 ( observer )
  1. 观测器概述
  2. 频选滤波器前瞻
  3. 频选滤波器之卷积与系统论基础
  4. 频选滤波器优化电机电流值
  5. 频选滤波器之原理篇
  6. Kalman滤波前瞻
  7. Kalman滤波器之概率论基础
  8. Kalman滤波器之矩阵分析基础
  9. Kalman滤波器优化电机反馈速度
  10. Kalman滤波器之原理篇
  11. 频选滤波器与Kalman滤波器的对比
  12. 番外篇频率的形象化理解
  13. 番外篇 Joseph形式更新协方差矩阵
  14. 番外篇扩展Kalman滤波器
4. 陀螺仪IMU篇 ( gyroscope )
  1. IMU概述
  2. IMU接口与读写调度器
  3. 欧拉角与旋转矩阵的补充
  4. 旋转向量的轴角法与旋转矩阵
  5. 四元数与旋转矩阵
  6. 六轴陀螺仪IMU姿态解算概述
  7. EKF实现六轴陀螺仪IMU姿态解算
  8. 陀螺仪适配算法
  9. 总结与致谢
  10. 番外篇复数的引入
5. 控制器篇 ( controller )
  1. 控制器概述
  2. LQR控制器前瞻
  3. LQR控制器之系统建模基础
  4. LQR控制器控制双轴云台
  5. LQR控制器之原理篇
6. 轮腿机器人篇 ( wheel_legged )
  1. 轮腿机器人概述
  2. 轮腿底盘的运动学与动力学模型
  3. 轮腿底盘的LQR控制器构建
  4. 轮腿机器人的适配算法
  5. 总结与致谢
7. 超级电容篇 ( supercap )
  1. 超级电容概述
  2. 超级电容通信接口与策略
  3. 总结与致谢
8. 自瞄篇 ( autoaiming )
  1. 自瞄系统概述
  2. 自瞄系统通信接口与策略
  3. 总结与致谢
9. 组别合作 ( cooperating )
  1. 组别合作导论
  2. 机械组工作内容
  3. 硬件组工作内容
  4. 视觉算法组工作内容
  5. 宣传运营组工作内容
  6. 番外篇电机模块选型经验分享
  7. 番外篇 Solidworks建模经验分享
  8. 番外篇拓竹3D打印机使用经验分享
  9. 番外篇嘉立创EDA基本操作教学
  10. 番外篇宣传平面设计经验分享
  11. 番外篇技术评审视频经验分享
  12. 番外篇直播推流经验分享

1.3 教程开发环境

本教程内含两套开发环境, 且均有完整的环境配置教学视频, 详情可查找目录

Keil环境
- 该环境较为简单, 初学者易于上手
- 环境配置教学位于目录中 [1_电控]->[2_STM32CubeMX基础]->[1_环境配置与基础教学] 部分
- 第二, 三章节, 即STMCubeMX基础章节与电机控制章节, 此部分内容较为基础, 因此基于该环境进行开发
CLion环境
- 该环境需要开发者手动配置内容较多, 如若想完全理解配置过程, 则需C语言以及ARM开发基础. 与此同时, 该开发环境功能更加优越, 相比Keil, 其代码提示更加智能, 且多线程编译使得编译速度大大加快
- 环境配置章节位于目录中 [1_电控]->[4_开发工具篇]->[3_CLion开发环境配置] 部分
- 第四章节及后续上手对整个步兵机器人进行开发时, 本教程将主要采用该环境进行开发

1.4 教程特色

教程内含海量图片, 如流程图, 电路图, 用户手册重要部分的截图等内容进行辅助讲解. 与此同时, 教程也会细致介绍每个技术细节的工程原理, 通过工程师的"测试->思考->迭代"思维进行教学与思维训练

照顾新手. 本教程仅需C语言基础即可上手, 其它任何所需的前置知识均有所提及
- 如电机控制部分, 将会引入C++相关内容
- 在底盘篇及其后续内容, 将会频繁用到Markdown笔记, 因此本人也对Markdown进行了细致讲解
- 在引入新的开发环境后, 由于大多数学校的C语言并未细致讲解gcc以及相关编译知识, 因此本人对编译的原理进行了相应的讲解
- 在底盘篇及其后续内容中, 由于频繁涉及了坐标系转换, 但考虑到RM电控同学可能未学过机器人学等相关内容, 且数学基础也仅限于一般的线性代数基础, 因此本人对欧拉角与旋转矩阵等概念也进行了细致讲解
理论实践相结合, 穷究原理洞悉本质. 这也是我校校训"理实交融"的印证. 本教程每个工程实践部分, 均有前置背景知识的回顾与铺垫, 以及理论讲解作为引导, 且尽量避免硬调参, 盲调参的现象, 尽可能通过建模来进行更好的控制
- 如单片机教学部分, 本人会在每一小节进行讲解该外设的实现原理, 而后才会进行嵌入式实验
- 如电机控制部分, 本人从CAN通信原理开始讲起, 接下来是PID算法教学, 而后才进行对开环控制, 角速度闭环控制, 角度环双环闭环控制, 前馈控制等相关内容逐步讲解, 环环相扣
- 如底盘控制部分, 本人带电控同学们了解了旋转矩阵的相关原理, 还在功率控制部分温习了泰勒展开的相关知识, 切实做到了理论指导实践
测试, 思考, 迭代的三个过程环环相扣, 充分体现了工程师思维. 通过各种测试发现问题, 引入解决方案. 下举一小部分示例说明
- 如底盘篇
  - 从小陀螺行进走偏引入底盘小陀螺角速度前馈等
- 如云台篇
  - 从云台电机响应差的现象分析, 得出云台角速度反馈精度低的结论, 从而通过利用陀螺仪反馈云台角速度来解决该问题
  - 从云台会随底盘小陀螺以及上下坡运动, 操作手体验不佳的测试现象分析, 从而引出了云台自稳的概念
由浅入深, 循序渐进, 不止基础, 引人入胜. 本教程虽然面向新队员, 但与此同时也不乏高技术含量与新颖的内容. 这些内容也无不透露着RM"穷究原理洞悉本质"的口号
- 如底盘篇的功率控制算法, 本人从轮速闭环搭配限流的传统底盘控制与功率控制算法出发, 经测试发现其功率利用率低，通过一系列的分析，从而引出了力控底盘, 底盘的动力学解算以及电机建模与功率闭环控制等相关概念, 且在RMUL2025山东站青工会分享以及各大群聊中, 引起了一众RMer的讨论与交流
- 如云台控制部分, 本人分析了传统双轴云台的运动学特征, 并在此基础上完善了三轴云台的控制策略. 本人也对双枪云台的干涉问题进行了一定的分析与讲解. 与此同时, 我队的薛佳龙同学, 针对本人双轴云台控制算法有待完善的部分提出了双稳云台的概念, 将传统云台相对于底盘坐标系控制转为大地坐标系下, 将云台的Yaw和Pitch解耦, 大幅提升了自瞄系统的云台跟随性能
图文并茂. 对必要部分进行电路图, 流程图, 框架展示说明等内容的展示
- 本图片摘自 [1_电控]->[1_电控简介]->[1_电控导论] 部分
  
  1111832×1061 172 KB
- 本图片摘自 [1_电控]->[3_电机控制篇]->[12_达妙电机控制] 部分
  达妙电机控制1797×1027 212 KB
- 本图片摘自 [1_电控]->[7_发射机构篇]->[2_算法层的有限状态机] 部分
  算法层的有限状态机1793×1021 218 KB
幽默风趣. 内含适当的网络梗, 可在教学过程中起到活跃气氛的作用
- 本图片摘自 [1_电控]->[2_STM32CubeMX基础]->[4_TIM定时器中断] 部分
  
  TIM定时器中断1805×1026 93.5 KB