1 更新日志

在自主导航小车开源项目中，我们分享了第一版的小车底盘结构和搭建过程。在使用的过程中发现了如下问题：
1、由于电机轴直接通过法兰连接轮胎，时间久了以后会导致电机轴变形，轮子和电机连接松动。
2、同一侧的轮子在原地旋转的时候，每个轮子受力不同，因此导致转向不灵活，同一侧的轮胎的速度会不一样影响里程计。

1.1 硬件方面

1、更新底盘机械机构（增加轴承和同步带），保证载重和同一侧轮子速度一直。
2、自行设计了一套电源板对外提供电源，规范布线。
3、设计了一套控制板，包含DBUS、串口、485、CAN等常用接口和隔离输入输出IO。

1.2 软件方面

1、更新小车底盘控制代码结构，将部分操作函数移到了中断函数里面。
2、增加IMU数据读取（MPU9250），增加了注释。

2 底盘硬件结构

因此我们使用了增加了轴承座和同步带来解决这个问题。下图中左侧是第一版的小车底盘，右图是第二版的小车底盘。

2.1 底盘机械组装

小车的机械部分我们还是每一个轮子对应连接一个电机。并利用同步带把前后的电机连接起来。小车的3D机械图纸也是开源的，可以加扣扣群获取。（这里感谢师弟(徐久铭)帮忙设计机械）
实际中各位可以按照自己的实际情况找一个铝板固定电机支座子。以下是我们所使用到的设备清单：

有需要硬件清单的同学可以在评论区留下邮箱，看到后发送excel到你的邮箱中。

2.2 底盘硬件框图

小车硬件框图如下图所示的，第二版小车电机共使用4个大疆的M3508 电机，电机通过CAN总线与嵌入式处理器STM32相连，小车板载的IMU（MPU9250）使用IIC总线与STM32相连。处理器使用STM32F103单片机，单片机通过232串口与工控机实现数据交换。底盘STM32处理器主要实现遥控器数据采集、IMU数据采集和电机速度的闭环控制。底盘控制器接收遥控器或者是工控机发送的目标速度指令（v,w）,根据当前电机反馈的状态数据，通过PID控制器计算控制量，最后通过CAN总线下发电流值到每一个电机上，实现速度闭环控制。

电机使用的是大疆的M3805电机，该电机峰值功率高达220W,峰值扭矩5Nm;最大持续功率为150W,可以持续输出3.5N-m的扭矩，M3508电机使用CAN总线通讯，可实时反馈电机电流、速度、位置。
遥控器使用的是大疆DT7遥控器，通讯协议为DBUS协议。使用反相器连接遥控器的引脚，将串口的波特率设置为1M以后，可通过串口解析遥控器的数据
IMU使用MPU9250提供三轴加速度、三轴旋转角速度和三轴的磁力，利用四元数互补滤波实现9轴姿态融合算法，计算输出3个姿态角（roll,pitch,yaw），用于测量小车姿态。
超声波使用是一个自制的模块（提供ROS节点），该模块同样使用STM32作为处理器实时读取12路超声波传感器的数据，并将数据打包转换到CAN总线和串口总线上，上传到工控机中。

2.3 底盘电气系统

工业用途底盘的电气系统主要负责为传感器和工控机供电，对电池充放电进行管理，检测电池电量、过流保护及控制小车各模块上电顺序。通常小车上使用DC-DC电压转换模块对外提供12V、19V、5V 等直流电源，而小车电机这类大功率设备的供电（高压供电）应由主控板通过控制固态继电器或者接触器实现。此外电气系统还应具备过载保护的功能，当系统某一路电压出现过载时，主控板可通过控制继电器断开该路电压保障系统的安全。

实际我们搭建的小车由于使用的功率较小，因此我们对电气系统进行了简化。没有使用高低压顺序上电，也没有使用接触器控制电机的上电。电池使用的是大疆的电池，该电池自带有过放电、充电保护和电池电量显示的功能。在此基础上我们自制了如下的电源板，电源板输入20-36V DC直流，输出1路DC 5V 2A 、1路DC 3.3-19V 2A 可调电源、1路DC 12V 3.5A、1路DC 19V 3.5A，可满足对工控机和自主导航小车车载传感器供电需求。

该电源板经过电子负载实际测试，5V和3.3V-19V （采用LM2596S方案）,每一路可实现2A的稳定输出，加装散热片以后可实现2.5A长时间输出。
12V 在电子负载实测中可以达到长时间稳定输出3.5A 输出，加装扇热片以后可以实现4A长时间输出，短时可达4.5A。
19V在电子负载实测中可以达到长时间稳定输出3.5A 输出，加装扇热片以后可以实现4A长时间输出，短时可达4.5A。

电源板实物图如下：（该电源板的原理图可在底盘github代码仓库中找到）

电池依旧还是使用的和第一版小车一样的电池2块。

注意: 大家在选取电池的时候一定要选择带有过冲和过放保护、质量过硬的电池，否则在使用过程中可能会造成电池鼓包，产生安全隐患。

3 差速底盘软件结构

3.1 控制板介绍

新的控制板在第一版的基础上增加了12V和5V对外输出，对外引出了485和232的接口。

这里我们使用了多个电路板分层的思想去设计底盘的控制器，控制板和电源板的板子外形都是一样的，可以堆叠在一起。这种结构的优势在于：快速开发、积木式组合、故障快速更换。

3.2 代码结构

代码的结构并没有很大的改变，只增加了IMU的读取，以及增加了一些注释和功能

下图展示了小车底盘运动控制的功能模块图，单片机控制器主要包含有4个功能：1）解析遥控器和上位机发送过来的数据指令。2）分别设置一个PID控制器控制每一个轮子的速度。3）解析电机反馈的电机状态数据。4）上传电机数据到上位机。

这里涉及到的STM32的模块有：CAN模块，串口2中断接收、串口1DMA接收、IIC模块

我们在实现上述功能的时候，将实时性要求高的操作，如PID运算，电机状态数据读取等操作放在了中断函数中，而读取遥控器数据设置小车目标速度、上传电机状态数据等实时性要求相对较弱的操作放在主循环中，通过状态变量实现。