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File metadata and controls

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RobStride Control

RobStride电机控制库，提供Python、C++、Rust、Arduino四种语言的电机控制实现。

License: MIT C++ Python Rust Arduino

项目特性

  • 多语言支持：Python（易用性）、C++（高性能）、Rust（安全性）、Arduino（嵌入式）
  • 多种控制模式：MIT模式、位置控制、速度控制、扭矩控制
  • 实时性能：高频率控制循环，低延迟响应
  • 工业级可靠性：完善的错误处理和安全保护机制
  • 跨平台支持：Linux系统、嵌入式控制器

支持的电机型号

型号 最大扭矩 最大速度 KP范围 KD范围
RS-00 17 Nm 50 rad/s 500.0 5.0
RS-01 17 Nm 44 rad/s 500.0 5.0
RS-02 17 Nm 44 rad/s 500.0 5.0
RS-03 60 Nm 50 rad/s 5000.0 100.0
RS-04 120 Nm 15 rad/s 5000.0 100.0
RS-05 17 Nm 33 rad/s 500.0 5.0
RS-06 60 Nm 20 rad/s 5000.0 100.0

项目结构

RobStride-Control/
├── python/              # Python实现
│   ├── src/            # 源代码
│   ├── examples/       # 示例程序
│   └── robstride_dynamics/  # Python SDK
├── cpp/                 # C++实现
│   ├── src/            # 源代码
│   ├── include/        # 头文件
│   └── examples/       # 示例程序
├── rust/                # Rust实现
│   ├── src/            # 源代码
│   └── examples/       # 示例程序
├── arduino/             # Arduino实现
│   ├── simple_joint_control/    # 简单关节控制
│   ├── joint_position_control/   # 位置控制
│   ├── dual_motor_control/       # 双电机控制
│   └── advanced_motor_control/   # 高级控制
└── scripts/             # 构建和安装脚本

快速开始

系统要求

  • 操作系统：Linux (Ubuntu 18.04+ / Debian 10+)
  • 硬件：支持SocketCAN的CAN接口
  • 权限：root权限或sudo访问CAN设备

环境配置

# 安装CAN工具
sudo apt-get install can-utils

# 设置CAN接口
sudo ip link set can0 type can bitrate 1000000
sudo ip link set up can0

# 运行环境配置脚本
./scripts/setup.sh

Python版本

cd python
pip install -r requirements.txt

# 位置控制
python3 src/position_control.py 11

# 速度控制
python3 src/speed_control.py 11

# 示例程序
python3 examples/basic_usage.py 11

C++版本

cd cpp
make install-deps
make

# 运行主程序
sudo ./build/robstride-mit-position 11

# 运行示例
g++ -std=c++17 -I../include examples/basic_control.cpp -o basic_control
sudo ./basic_control 11

Rust版本

cd rust
cargo build --release

# 运行主程序
cargo run --release --bin robstride-mit-position -- 11

# 运行示例
cargo run --release --bin basic_control -- 11

Arduino版本

cd arduino

# 使用Arduino IDE
1. 打开 simple_joint_control/simple_joint_control.ino
2. 选择 ESP32 Dev Module
3. 上传程序

# 使用PlatformIO
pio run --target upload

# 不同控制示例
- simple_joint_control     # 基础关节控制
- joint_position_control    # 位置控制
- dual_motor_control        # 双电机控制
- advanced_motor_control    # 高级控制

性能指标

实现语言 控制频率 延迟 CPU使用率 内存占用 平台
Python 100 Hz 5ms 15% 50MB Linux
C++ 200 Hz 1ms 5% 10MB Linux
Rust 150 Hz 2ms 8% 15MB Linux
Arduino 50-200Hz 2-20ms 5-15% 10-50KB ESP32/MCU

控制模式

MIT模式 (Mode 0)

直接发送位置、速度、扭矩目标，适用于高性能控制应用。

  • 控制频率：50-100Hz
  • 应用场景：机器人关节控制、精密定位

位置模式 (Mode 1)

基于内部位置环的位置控制。

  • 控制频率：20-50Hz
  • 应用场景：点到点运动，轨迹跟踪

速度模式 (Mode 2)

速度闭环控制。

  • 控制频率：20-50Hz
  • 应用场景：传送带控制，轮式机器人

使用示例

Python MIT位置控制

from src.position_control import PositionControllerMIT

# 初始化控制器
controller = PositionControllerMIT(motor_id=11)
controller.connect()

# 设置位置到90度
controller.set_angle(90.0)

# 调整控制参数
controller.set_kp(30.0)  # 位置增益
controller.set_kd(0.5)   # 阻尼增益

C++ MIT位置控制

#include "can_interface.h"
#include "protocol.h"

CanInterface can;
can.init("can0");

// 设置电机参数
enable_motor(can.socket(), 11);
set_mode_raw(can.socket(), 11, ControlMode::MIT_MODE);

// 发送位置指令
write_operation_frame(can.socket(), 11, M_PI/2, 30.0, 0.5);

Rust MIT位置控制

let socket = Arc::new(Mutex::new(CanSocket::open("can0")?));

// 启用电机并设置模式
enable_motor(&socket, 11)?;
set_mode_raw(&socket, 11, 0)?;

// 发送位置指令
write_operation_frame(&socket.lock()?, 11, std::f64::consts::PI/2.0, 30.0, 0.5)?;

Arduino MIT位置控制

#include "TWAI_CAN_MI_Motor.h"

TWAI_CAN_MI_Motor motor(11);  // 电机ID=11

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    motor.init(CAN_SPEED_1000KBPS);
    motor.enable_motor();
}

void loop() {
    // 设置位置到90度
    motor.send_mit_command(PI/2, 30.0, 0.5);
    delay(2000);

    // 回到原点
    motor.send_mit_command(0, 30.0, 0.5);
    delay(2000);
}

交互式控制

位置控制命令

  • 90 - 设置到90度
  • -45 - 设置到-45度
  • kp 30 - 设置位置增益为30
  • kd 0.5 - 设置阻尼增益为0.5
  • home - 回零位
  • status - 显示状态
  • quit - 退出

速度控制命令

  • 5.0 - 设置正向5 rad/s
  • -3.0 - 设置反向3 rad/s
  • stop - 停止电机
  • status - 显示状态
  • quit - 退出

故障排除

常见问题

  1. 找不到电机

    # 检查CAN连接
sudo ip link show can0
# 扫描电机
python3 -c "from robstride_dynamics import RobstrideBus; print(RobstrideBus.scan_channel('can0'))"

  2. 权限被拒绝

    # 添加用户到dialout组
sudo usermod -a -G dialout $USER
# 重启系统

  3. 控制不稳定

    • 调整Kp/Kd参数
    • 检查CAN总线负载
    • 验证电源稳定性

调试工具

# 监控CAN流量
sudo candump can0

# 过滤特定ID
sudo candump can0,0C0:7FF

# 检查CAN统计
sudo ip -details link show can0

开发指南

编译要求

  • Python: Python 3.8+, python-can
  • C++: GCC 7+或Clang 8+, CMake 3.12+
  • Rust: Rust 1.70+, Cargo
  • Arduino: Arduino IDE 1.8.19+, ESP32支持

测试

# Python测试
python3 examples/basic_usage.py 11

# C++测试
make test

# Rust测试
cargo test

# Arduino测试
通过Arduino IDE串口监视器查看调试信息

贡献代码

  1. Fork项目
  2. 创建功能分支
  3. 提交更改
  4. 创建Pull Request

许可证

MIT License - 详见LICENSE文件

技术支持