Wheel-Rail Integrated Chassis

基于 STM32H723VGT6 的轮轨复合四舵轮底盘实时控制工程

项目采用六层嵌入式架构组织底盘控制 遥控输入 电机协议 运动学 日志和 STM32 HAL 适配

功能特性

• 四舵轮底盘逆运动学解算
• 单圈舵角限制与最近等效舵角选择
• FS-iA10B iBUS 遥控输入与链路超时检测
• 四节点本末驱动电机速度控制与反馈轮询
• 四节点 RS06 舵向电机位置控制
• 驱动速度限幅与每周期斜坡控制
• CAN 发送错误与驱动反馈超时监控
• 故障锁存 安全停止和显式故障清除
• USART1 分级日志输出
• CubeMX 用户代码区应用入口

硬件

模块	配置
MCU	STM32H723VGT6 Cortex-M7
驱动电机	本末总线电机 4 台 节点 ID 1 至 4
舵向电机	RS06 4 台 节点 ID 5 至 8
驱动总线	FDCAN1 500 kbit/s
舵向总线	FDCAN2 1 Mbit/s
遥控器	FS-iA10B UART5 iBUS 115200-8-N-1
日志	USART1 9600-8-N-1

软件架构

src/
├── app/       # 应用入口
├── service/   # 底盘装配 控制调度 状态与安全策略
├── device/    # 遥控器 驱动电机和舵向电机协议
├── domain/    # 四舵轮运动学
├── infra/     # 通用日志基础设施
└── platform/  # STM32 FDCAN UART Tick 临界区与板级适配

依赖方向保持为以下结构

app -> service -> device/domain/infra/platform

app 只调用 service 层

device 通过 PortOps 接收平台能力

domain 和 infra 不直接依赖 STM32 HAL

platform 是业务源码访问 STM32 HAL 和 CubeMX 外设句柄的唯一出口

控制参数

参数	数值
轴距	0.725 m
轮距	0.730 m
轮半径	0.0215 m
单轮线速度限制	0.45 m/s
驱动转速范围	-210 至 210 RPM
驱动斜坡	每 10 ms 改变 5 RPM
控制周期	10 ms
遥控链路超时	200 ms
驱动反馈超时	200 ms

启动与调度

CubeMX 完成 GPIO DMA FDCAN UART 和定时器初始化后调用应用入口

entry_init();

while (1) {
    entry_loop();
}

entry_init() 初始化底盘运动学 驱动总线 舵向总线 遥控接收和日志输出

entry_loop() 持续维护接收队列并按 10 ms 周期执行遥控映射 运动学解算 电机命令下发 反馈轮询和安全检查

构建与烧录

1. 使用 VS Code 打开 wheel_rail.code-workspace
2. 安装 Embedded IDE 扩展
3. 在 EIDE 中选择 Debug 或 Release target
4. 使用 ARM GCC 工具链构建固件
5. 通过 OpenOCD 或 J-Link 烧录目标板

工程构建配置使用 .eide/eide.yml 文件

CubeMX 硬件配置使用 wheel_rail.ioc 文件

核心接口

ChassisServiceStatus chassis_service_init(void);
ChassisServiceStatus chassis_service_update(void);
ChassisServiceStatus chassis_service_stop(void);
ChassisServiceStatus chassis_service_fault_clear(void);
ChassisServiceStatus chassis_service_get_state(ChassisServiceState* out);

chassis_service_stop() 锁存人工停止并向全部执行器发送安全停止命令

chassis_service_fault_clear() 需要新的有效遥控帧且 VRB 速度使能关闭后才能清除锁存故障

安全行为

• 上电目标速度保持为零
• 遥控失联或 VRB 关闭时下发零速度
• 初始化失败会进入锁存故障
• 连续三次控制发送失败会进入锁存故障
• 驱动反馈超时会进入锁存故障
• 运动学输入或模型异常会进入锁存故障
• 故障锁存后驱动轮下发零速且 RS06 下发停止命令
• 停止命令发送失败时会在后续轮询中继续尝试
• 锁存故障不会自动恢复