关于电机里程计，你还有这些不知道的事儿

說到機(jī)器人自主定位導(dǎo)航解決方案及技術(shù)，大家腦海里肯定會浮現(xiàn)“定位”、“建圖”、“避障”、“路徑規(guī)劃”等字眼。

在思嵐提供的自主定位導(dǎo)航解決方案中，主要是通過雷達(dá)和里程計(jì)的數(shù)據(jù)來進(jìn)行定位。雖然激光雷達(dá)在一定范圍之內(nèi)會糾正里程計(jì)的誤差，但在某些特殊環(huán)境下（如雷達(dá)掃描的有效點(diǎn)較少時(shí)），里程計(jì)的準(zhǔn)備度還是會影響定位的效果。

因此，對于需要自主定位導(dǎo)航的服務(wù)機(jī)器人而言，電機(jī)里程計(jì)的精準(zhǔn)度，往往是決定整個(gè)機(jī)器人定位精度的關(guān)鍵因素之一。

SDP Mini 里程計(jì)

里程計(jì)類型的選擇：

常用的機(jī)器人底盤電機(jī)編碼器按實(shí)現(xiàn)原理來分類，包括光電編碼器及霍爾編碼器；按照其編碼方式分類，主要包括增量型和絕對型。對于基于slamware的機(jī)器人底盤來說，里程計(jì)的分辨率需要在1mm以下，且總誤差最多不能超過5%，如果超過此數(shù)值，機(jī)器人將無法正常實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航的功能。因此，無論選擇哪種編碼器，必須要達(dá)到其精度的要求。可以參考以下判斷公式：

（2π/每轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)）×輪子半徑≤0.001米

注：輪子半徑單位為米

系統(tǒng)電機(jī)應(yīng)答流程：

(以兩輪差動(dòng)電機(jī)為例）

SLAMWARE Core 每間隔delta時(shí)間，會向底盤發(fā)送左右輪的速度，向前為正，向后為負(fù)，即SET_BASE_MOTOR(0x40)。底盤會回復(fù)此時(shí)的左右輪里程計(jì)的累計(jì)值，即GET_BASE_MOTOR_DATA(0x31)。

請注意，無論輪子向前運(yùn)動(dòng)或向后運(yùn)動(dòng)，里程計(jì)的度數(shù)均遞增，因?yàn)镾LAMWARE Core在下發(fā)速度時(shí)，已經(jīng)區(qū)分了向前還是向后。

SLAMWARE Core發(fā)送SET_BASE_MOTOR的請求報(bào)文為, 速度的單位為mm/s：

里程計(jì)代碼示例詳見：

SET_BASE_MOTOR

typedefstruct_base_set_motor_request

{

_s32 motor_speed_mm[4];

} __attribute__((packed)) base_set_motor_request_t;

對應(yīng)下面的代碼：

SET_BASE_MOTOR

caseSLAMWARECORECB_CMD_SET_BASE_MOTOR:

{

base_set_motor_request_t *ans_pkt = (base_set_motor_request_t *) request->payload;

if(!bumpermonitor_filter_motorcmd(ans_pkt->motor_speed_mm[0], ans_pkt->motor_speed_mm[1])) {

set_walkingmotor_speed(ans_pkt->motor_speed_mm[0], ans_pkt->motor_speed_mm[1]);

}

net_send_ans(channel, NULL, 0);

}

break;

底盤會通過響應(yīng)GET_BASE_MOTOR_DATA, 將左右輪的累計(jì)里程發(fā)給SLAMWARE Core，響應(yīng)報(bào)文為，距離單位為mm：

GET_BASE_MOTOR_DATA

typedefstruct_base_motor_status_response

{

_s32 motor_cumulate_dist_mm_q16[4];

} __attribute__((packed)) base_motor_status_response_t;

對應(yīng)的代碼：

GET_BASE_MOTOR_DATA

caseSLAMWARECORECB_CMD_GET_BASE_MOTOR_DATA:

{

base_motor_status_response_t ans_pkt;

memset(&ans_pkt, 0, sizeof(ans_pkt));

ans_pkt.motor_cumulate_dist_mm_q16[0] = (_s32) (cumulate_walkingmotor_ldist_mm());

ans_pkt.motor_cumulate_dist_mm_q16[1] = (_s32) (cumulate_walkingmotor_rdist_mm());

net_send_ans(channel, &ans_pkt, sizeof(base_motor_status_response_t));

}

break;

里程計(jì)部分代碼示例：

每米編碼器脈沖數(shù)ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER，需要根據(jù)每轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)以及輪子的直徑來確定，公式如下：

每米編碼器脈沖數(shù)=每轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)/(π×輪子直徑)

注：輪子直徑單位為米

Odometry

//每米編碼器脈沖數(shù)

#define ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER 6390UL

//行走電機(jī)速度控制頻率：60hz

#define CONF_MOTOR_HEARTBEAT_FREQ 60

#define CONF_MOTOR_HEARTBEAT_DURATION (1000/(CONF_MOTOR_HEARTBEAT_FREQ))

/*

* 刷新行走電機(jī)的里程數(shù)據(jù)函數(shù)

*/

staticvoid_refresh_walkingmotor_odometer(_u32 durationMs)

{

_u32 irqSave = enter_critical_section(); //臨界資源保護(hù)

for(size_tcnt = 0; cnt < WALKINGMOTOR_CNT; ++cnt) {

_lastEncoderTicksDelta[cnt] = _encoderTicksDelta[cnt]; //獲得delta時(shí)間內(nèi)編碼器的脈沖數(shù)

_motorAccumulatedTicks[cnt] += _encoderTicksDelta[cnt]; //獲得累計(jì)編碼器的脈沖數(shù)

_encoderTicksDelta[cnt] = 0;

}

leave_critical_section(irqSave);

if(durationMs == 0) //防止除零

durationMs = 1;

for(size_tcnt = 0; cnt < WALKINGMOTOR_CNT; ++cnt) { //根據(jù)delta的編碼器數(shù)據(jù)計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)速度，即當(dāng)前速度

_lastOdometerSpeedAbs[cnt] = (float) _lastEncoderTicksDelta[cnt] * (1000.0 / ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER) * 1000.0 / durationMs;

}

}

/*

* 計(jì)算左行走電機(jī)累計(jì)里程函數(shù)

* 單位：mm

*/

_u32 cumulate_walkingmotor_ldist_mm(void)

{

return(_motorAccumulatedTicks[WALKINGMOTOR_LEFT_ID] * 1000) / ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER;

}

/*

* 計(jì)算右行走電機(jī)累計(jì)里程函數(shù)

* 單位：mm

*/

_u32 cumulate_walkingmotor_rdist_mm(void)

{

return(_motorAccumulatedTicks[WALKINGMOTOR_RIGHT_ID] * 1000) / ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER;

}

那么，對于里程計(jì)而言，我們該如何判斷其定位數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確呢？下面，就要借助可擴(kuò)展的機(jī)器人管理與開發(fā)應(yīng)用軟件：Robo Studio

首先，先將準(zhǔn)備工作做好：

在調(diào)試之前，請找到一處合適測試的區(qū)域，該區(qū)域需有清晰的邊界，比如，矩形的空房間。安裝好Robo Studio，并連接上機(jī)器人（如SDP Mini）。Robo Studio下載鏈接及在線文檔可至思嵐官網(wǎng)下載安裝。

利用Robo Studio調(diào)試?yán)锍逃?jì)準(zhǔn)確度測試方法：

1.將機(jī)器人控制到離一面直墻若干米的位置，面朝直墻，如下圖所示。

2.將之前建好的地圖清除掉，點(diǎn)擊清空地圖，此時(shí)，機(jī)器人當(dāng)前的區(qū)域會重建。當(dāng)前區(qū)域重建好之后，可以點(diǎn)擊暫停建圖，停止地圖更新。最后，可以將暫停定位開啟，開啟后，將關(guān)閉激光定位，僅用里程計(jì)的數(shù)據(jù)來定位。

3.控制機(jī)器人向前朝墻運(yùn)動(dòng)，觀察激光點(diǎn)是否和墻重合，如果和墻重合，證明里程計(jì)較為準(zhǔn)確；

如果激光點(diǎn)超出墻，證明底盤上報(bào)的里程計(jì)數(shù)據(jù)要大于實(shí)際運(yùn)動(dòng)的距離，里程計(jì)偏大。

如果激光點(diǎn)在墻之內(nèi)，證明底盤上報(bào)的里程計(jì)數(shù)據(jù)要小于實(shí)際運(yùn)動(dòng)的距離，里程計(jì)偏小。

如果激光點(diǎn)和墻重合，可以繼續(xù)控制機(jī)器人倒退，左右轉(zhuǎn)動(dòng)，看看激光點(diǎn)是否和周圍環(huán)境匹配；