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机器人的四大组成部分

控制系统

驱控系统

驱控=驱动系统+控制系统。

注意，这里的控制系统不是机器人层面的控制系统，属于更小层级的，驱控系统的控制系统。

驱动系统：

一般指硬件设备，比如电机驱动器，I/O驱动器等。

控制系统：

驱控系统中的控制系统，可以使用51,STM32单片机芯片，或者ESP32这些控制板。

STM32作为驱动控制系统核心的原因

机器人中为什么使用STM32作为驱控系统控制系统，直接使用树莓派控制电机这些设备不就行了吗？

1. 实时性要求：STM32是“硬实时”的保障

• 树莓派的局限性：

  • 树莓派运行 Linux 系统，属于 非实时操作系统（即使使用 PREEMPT_RT 补丁优化，延迟仍在 毫秒级）。

  • 电机控制（如PID调节）、紧急制动等任务需要 微秒级（μs）响应，Linux的任务调度和中断处理无法满足。

• STM32的优势：

  • 作为 裸机（Bare Metal） 或 实时操作系统（RTOS） 运行的微控制器，中断响应时间可控制在 1μs以内。

  • 示例：

    • 电机编码器信号丢失时，STM32可立即触发保护逻辑，而树莓派可能因系统繁忙延迟响应，导致电机损坏。

2. 外设专用接口：STM32提供硬件级支持

• 树莓派的局限性：

  • GPIO数量有限，且缺乏专用外设（如正交编码器接口、高精度PWM生成硬件）。

  • 驱动电机需额外扩展板（如PCA9685舵机驱动模块），增加复杂性和成本。

• STM32的优势：

  • 内置硬件外设：

    • 定时器（TIM）：直接生成PWM（如控制伺服电机）。

    • 编码器接口：无需软件解码，直接读取电机转速（如STM32的 TIM_EncoderMode）。

    • ADC/DAC：高速采集传感器数据（如电流检测）。

STM32作为驱动系统控制核心的作用

1，实时运动控制（核心作用）

STM32 的 高实时性 和 丰富的外设接口 使其成为机器人运动控制的理想选择。

2. 传感器数据采集与处理

STM32 的 ADC、SPI、I2C、UART 等接口可连接多种传感器，并实时处理数据

3. 通信与协同控制

STM32 作为 底层执行单元，与上位机（如ROS主机、工控机）协同工作。

机器人控制系统(比如树莓派)----上位机；

驱动系统的控制系统(比如STM32)----下位机。

驱控系统包括各种设备的驱动器，控制系统以及很多电路元件和驱动控制板组成，这些驱动器可能被安装在驱动控制板上。

驱控系统的作用：

1，电源管理：

给各个设备提供不同电压的电源。

2，控制信号转换：

将来自控制系统的控制信号转为对应的设备的控制信号，控制设备运行；比如将来自控制系统的数字信号转为电机的电信号。

电机控制的基本流程：

1. 控制指令（如速度、位置信号）由上位机（ROS/工控机）或用户输入。

2. 控制器（如STM32、Arduino）生成PWM或数字信号。

3. 电机驱动器（如H桥、伺服驱动器）将信号转换为电机可识别的电流/电压。

4. 电机执行转动，并通过编码器/霍尔传感器反馈实时数据。

5. 闭环控制：根据反馈调整输出，确保精度（如PID控制）。

执行系统

电机属于执行系统的设备。

传感系统

传感系统分为内部传感系统和外部传感系统。

内部传感系统(内部传感器)：

用于获取机器人内部信息，比如IMU，力传感器等。

外部传感系统(外部传感器):

为机器人获取外部信息，比如测距的激光雷达传感器，相机等。

四大组成部分的相互作用关系