基于R128开发板的自平衡赛车机器人设计

经常翻车的朋友们都知道，能在翻车后快速摆正车身的车才是好车。

就像动画《四驱兄弟》中展现的那样，在比赛中需要跟着赛车一起跑圈，而且赛车如果被撞翻还需要重新用手扶正，所浪费的时间非常影响比赛结果。

如果小豪和小烈可以拥有一款能通过发挥R128的WiFi&蓝牙特性的平衡小车，从而能通过WiFi或蓝牙连接的方式进行控制，既可以自平衡和转向，又可以远程操控，那冠军岂不是手到擒来。

它，就是可以自平衡的赛车机器人——B_ROBOT_100ASK

项目简介

本项目基于jjrobots的开源项目B-ROBOT EVO2进行复刻，与原开源项目不一样的地方是，作者将原本适配的的Arduino控制板移植为DShanMCU-R128s2-DevKit开发板，与此同时还添加了一些功能，比如自平衡功能、WiFi&蓝牙控制、App控制以及语音控制功能，让平衡小车的操控乐趣更上一层楼。

B_ROBOT_100ASK

自平衡演示

硬件设计

本项目中的自平衡赛车机器人的硬件设计结构非常简单，硬件部分主要由R128开发板和几个驱动模块组成。

硬件设计模块

供电模块

自平衡机器人采用锂电池供电的方式，并利用mini360航模电池降压模块来将较进行电压的转化工作，以满足小车设备对电压方面的需求

电机驱动模块

自平衡机器人选用两个NEMA17步进电机，并选用DDRV8825步进电机驱动模块来负责与电机之间的控制信息传输。

DDRV8825步进电机驱动模块的体积小，驱动能力强，它只需要一个PWM波就能控制步进电机，同时基本上三个引脚就能完全控制步进电机。

通过该模块可以使小车快速反应R128下达的运动信息，驱动小车本身的轮子进行运动。

平衡模块

MPU6050是一种6轴运动跟踪传感器，它包含3轴陀螺仪、3轴加速度计、运动处理器和温度传感器。它可以通过I2C总线接口与微控制器进行通信，并且可以通过辅助I2C总线与其他传感器设备通信。

MPU6050的主要作用是帮助机器人实现姿态感知和运动控制，提高机器人的自主性和灵活性。

遥控手柄UI控制（LVGL）

作者本人还利用R128开发板来移植了一个酷炫的LVGL遥控手柄UI，通过手柄上的菜单栏UI可以选择不同的机器人基础参数设置和进行机器人操控。

手柄UI菜单栏滑动

在自平衡机器人启动后，可以通过面包板上的两个手柄去遥控机器人的前进后退和转弯，并且在屏幕上还会实时返回机器人的倾斜角度、速度、电量等状态。

实现App控制

在机器人竞速中，必须要在准确性和速度之间找到平衡。为了更好的反馈给自平衡机器人设置不同参数下的运动状态，作者针对自平衡机器人进行了控制App的适配。

App控制自平衡小车界面

App可以实时显示电池状态和机器人的倾斜角度，操作者只需要通过App中的几个可视化按钮和滑动栏来实时修改其PID，以实现对机器人速度和状态的远程控制。

自平衡机器人的一般行为由一组参数定义：

// NORMAL MODE PARAMETERS 
 #define MAX_THROTTLE 550 MAXIMUM VELOCITY
 #define MAX_STEERING 140 MAXIMUM SPINNING VELOCITY
 #define MAX_TARGET_ANGLE 14 MAXIMUM ANGLE REACHED WHEN MOVING


// PRO MODE = MORE AGGRESSIVE (MAXIMUM SETTINGS)
 #define MAX_THROTTLE_PRO 860 MAXIMUM VELOCITY. PRO MODE
 #define MAX_STEERING_PRO 280 MAXIMUM SPINNING VELOCITY. PRO MODE
 #define MAX_TARGET_ANGLE_PRO 32 MAXIMUM ANGLE REACHED WHEN MOVING. PRO MODE


 #define KP 0.32 // 0.14
 #define KD 0.050 // 0.028
 #define KP_THROTTLE 0.075 //0.075
 #define KI_THROTTLE 0.1 // 0.1
 #define KP_POSITION 0.06 //0.055
 #define KD_POSITION 0.45 //0.5
 //#define KI_POSITION 0.02

比如：

高MAX_THROTTLE_PRO值会使机器人更快，但如果不能顺利恢复垂直位置，稳定性会降低。

高MAX_STEERING_PRO值会让机器人旋转得更快，但转弯时更难精确控制。

高MAX_TARGET_ANGLE_PRO值将使机器人减小其相对于地板的角度，但这会使恢复和转弯变得更加困难。

UDP网络通信控制

这个功能的实现比较简单，利用R128本身自带的WiFi&蓝牙特性，来实现两块R128开发板（机器人自身携带&手上的操控端）的UDP网络通信控制。

UDP网络通信控制演示

源码获取

基于R128-S2设计的全套开发板已上线淘宝百问网韦东山老师个人店进行售卖，包含黑色的DshanMCU-R128s2-R16N16模组和全套的DshanMCU-R128s2-DEVKIT。

审核编辑：汤梓红