共轴麦轮平衡车

项目说明

esp32共轴麦轮平衡车，四个麦克纳姆轮共轴排列实现平衡车左右平移及全向移动。
共轴麦轮和经典麦轮双模式控制。根据不同车身装配方式可实现共轴麦轮和经典4轮麦轮小车的双模式切换。
主控采用esp-wroom-32核心板，pcb电路大部分采用排针焊接（模块直插）的方案，焊接难道小，原理简单，易于复刻。
采用串级pid进行直立平衡控制。
solidworks结构建模并采用3d打印制作车身框架，打印耗材使用petg或者pla。
使用app inventor制作蓝牙上位机进行遥控，通过蓝牙控制能够进行前后，原地左右转，左右平移及左上(下)右上(下)全向移动。

开源协议

GPL 3.0.(未经作者授权，禁止转载)

项目相关功能

共轴麦轮和经典麦轮双模式控制。根据不同车身装配方式可实现共轴麦轮和经典4轮麦轮小车的双模式切换。
共轴麦轮模式：
1.通过串级pid控制基本的直立平衡
2.使用蓝牙app进行遥控，通过蓝牙控制能够进行前后，原地左右转，左右平移及左上(下)右上(下)全向移动。

经典麦轮模式：
1.使用蓝牙app进行遥控，通过蓝牙控制能够进行前后，原地左右转，左右平移及左上(下)右上(下)全向移动。

项目进度

solidwrks建模验证完成。
pcb及原理图设计验证完成。
软件代码编写验证完成。

硬件介绍

1.1 esp32主控

主控模块使用esp-wroom-32核心板,主频240Mhz,板载串口转TTL芯片可直接通过micro usb数据线连接电脑进行串口下载.

1.2 供电电路

使用3s锂电池11.1v直接给4个电机进行供电,11.1v再通过mp1584en降压模块输出5v给到esp32核心板的Vin引脚通过核心板板载的ams1117得到3V3电压给芯片,mpu6050,oled模块进行供电.

1.3 IIC模块

MPU6050和oled显示模块通过一路iic进行控制,3v3供电.

1.4 电机接口

电机接口位zh1.5-8p,其中8个引脚,MxENCODERx为各电机编码器的两相信号线,电机内集成的编码器通过3v3进行供电.MxDIR为电机方向控制引脚,MxBRK为电机启停控制,MxPWM控制电机转速,注意pwm占空比为0电机满速运行,占空比为1电机停转,与寻常逻辑反一下.电机由电池直接供电.

2.1 车架硬件

车架整体使用solidworks进行建模,使用petg耗材3d打印制作.

2.2 电机及麦克纳姆轮

电机使用的是拆机nidec无刷电机,内置电机驱动,带100线编码器.12v-24v供电.和一般有刷减速电机操作逻辑类似,通过一路pwm进行调速,两个gpio进行方向和启停控制,性能好,价格低,性价比很高.
麦克纳姆轮使用A轮B轮各两个,轮子直径80mm,使用6mm联轴器,采用如图所示ABBA排列方式.左右平移运动通过在前后平衡的基础上叠加4个轮子的差速即可实现.运动状态各轮子转动方向如下图.

前进

后退
左平移

右平移

左转

右转

软件说明

1 代码说明

代码编写使用VScode Platformio +Arduino框架
整体程序思路为各模块初始化完成后.根据车架组装模式通过蓝牙app选择共轴麦轮和经典麦轮控制模式后进入loop主循环判断各事件标志位并执行对应函数,定时器1周期触发中断函数标记mpu6050姿态数据读取,编码器外部中断计数读取以及pid计算的标志位.esp32的定时器中断函数中放太复杂的函数会出错,所有仅在中断函数中置位标记位然后在loop循环中判断执行.
运动控制采用串级pid,内环角度环,外环速度环.,再加上一个转向环(仅产生差速非yaw轴闭环).

2 app说明

蓝牙app使用app inventor开发,图形模块化编程,简单易上手.

设计注意事项

提示：这里说明作品在制作中需要注意的一些注意事项（没有可以不写）

实物展示