DJI RoboMaster C 型开发板三/四全向轮底盘

基于 DJI RoboMaster Development Board Type C（大疆 RoboMaster C 型开发板） 的全向移动底盘控制工程，面向 Robocon、RoboMaster和机器人底盘原型开发。

项目支持：

三轮 120° 全向轮底盘；
四轮 X 型全向轮底盘；
DJI M3508 电机与 C620 电调；
DJI DBUS 遥控器；
CAN 电机反馈与速度闭环；
FreeRTOS 周期控制任务；
遥控器/电机离线保护和首次上电限流。

Important

本工程针对的是 DJI RoboMaster C 型开发板，主控为 STM32F407IGHx，不是普通 STM32F4 最小系统板，也不是 A 型或其他型号 RoboMaster 开发板。工程中的时钟、CAN、DBUS、IMU、LED、FreeRTOS 和引脚初始化均继承自大疆 C 板示例工程。迁移到其他控制板时必须重新配置板级外设和引脚。

Warning

M3508 底盘具备较大的输出力矩。首次通电必须架空车轮、启用调试限流，并准备能够直接切断动力电源的急停方式。离线软件检查不能替代实物接线、轮序、方向和急停测试。

1. 项目概述

本工程以 DJI C 型开发板示例 17.chassis_task 为底层骨架，保留其成熟的 STM32 HAL、CMSIS-RTOS/FreeRTOS、DBUS、CAN、设备离线检测、PID 和板载传感器支持，在此基础上重新整理底盘运动学和 M3508 控制接口。

原示例的轮速分解固定面向四轮麦克纳姆底盘。本项目将运动学独立为 omni_kinematics.c，使上层只需给出车体速度：

vx：前后平移速度
vy：左右平移速度
wz：底盘旋转角速度

运动学模块会根据配置生成三路或四路轮缘速度，再由各电机速度 PID 计算 C620 所需电流。

当前默认配置

项目	默认值
控制板	DJI RoboMaster Development Board Type C
MCU	STM32F407IGHx，UFBGA176
底盘结构	四轮 X 型全向轮
电机/电调	M3508 + C620
电机反馈 ID	`0x201`～`0x204`
电流控制帧	`0x200`
CAN 总线	CAN1，1 Mbit/s
遥控器	DJI DBUS，USART3，100000 bit/s，偶校验（沿用 C 板示例配置）
控制周期	2 ms / 500 Hz
调试限流	开启，最大指令值 2500

2. 系统工作原理

flowchart LR
    RC["DJI 遥控器 / DBUS"] --> Decode["通道解析、死区和低通滤波"]
    Decode --> Cmd["车体速度指令 vx / vy / wz"]
    Cmd --> IK["三轮或四轮全向运动学逆解"]
    IK --> Limit["轮速统一归一化限幅"]
    Limit --> PID["4 路 M3508 速度 PID"]
    PID --> Safety["遥控与电机离线保护、调试限流"]
    Safety --> CAN["CAN1：0x200 电流帧"]
    CAN --> ESC["C620 电调"]
    ESC --> Motor["M3508 + 全向轮"]
    Motor --> Feedback["0x201～0x204 转速/电流/温度反馈"]
    Feedback --> PID
    Feedback --> FK["运动学正解：估计 vx / vy / wz"]

底盘任务每 2 ms 执行一次：

判断遥控器开关对应的底盘模式；
更新 M3508 转速反馈和底盘速度估计；
将遥控通道转换为 vx、vy、wz；
通过运动学逆解得到各轮目标速度；
对全部车轮统一限速，保持运动方向不变；
运行各轮速度 PID；
检查 DBUS 和电机在线状态；
通过 CAN1 发送四路电流指令。

3. 坐标系与轮序

本项目采用车体坐标系：

+vx：车体向前；
+vy：车体向左；
+wz：从车体上方向下看，逆时针旋转；
线速度单位为 m/s，角速度单位为 rad/s。

三轮底盘

三只全向轮的驱动方向相隔 120°：

逻辑轮	C620 ID	反馈 ID	驱动方向
Wheel 0	1	`0x201`	0°
Wheel 1	2	`0x202`	120°
Wheel 2	3	`0x203`	240°
第 4 路	4	`0x204`	不使用，程序强制发送 0

这里的角度描述的是轮子的主动滚动方向，不是被动滚子方向。

四轮 X 型底盘

逻辑轮	安装位置	C620 ID	反馈 ID
Wheel 0	前左	1	`0x201`
Wheel 1	前右	2	`0x202`
Wheel 2	后右	3	`0x203`
Wheel 3	后左	4	`0x204`

实际电机安装朝向可能不同，因此方向不能仅凭线色判断。应在架空测试后，通过 CHASSIS_MOTOR_x_DIRECTION 单独修正每只电机的正负号。

4. 全向轮运动学

4.1 三轮 120° 逆运动学

设：

L 为底盘中心到轮接地点的距离；
v0、v1、v2 为三只轮的轮缘线速度；
vx、vy、wz 为车体速度。

三轮逆解为：

$$ \begin{aligned} v_0 &= v_x + L\omega_z \\ v_1 &= -\frac{1}{2}v_x + \frac{\sqrt{3}}{2}v_y + L\omega_z \\ v_2 &= -\frac{1}{2}v_x - \frac{\sqrt{3}}{2}v_y + L\omega_z \end{aligned} $$

三路旋转项均为 L × wz，因此纯旋转时三只轮具有相同的逻辑速度。物理电机正反方向由方向配置进一步映射。

对应正解为：

$$ \begin{aligned} v_x &= \frac{2}{3}\left(v_0-\frac{1}{2}v_1-\frac{1}{2}v_2\right) \\ v_y &= \frac{v_1-v_2}{\sqrt{3}} \\ \omega_z &= \frac{v_0+v_1+v_2}{3L} \end{aligned} $$

4.2 四轮 X 型逆运动学

四轮逻辑轮速为：

$$ \begin{aligned} v_0 &= \frac{-v_x+v_y}{\sqrt{2}}+L\omega_z \\ v_1 &= \frac{ v_x+v_y}{\sqrt{2}}+L\omega_z \\ v_2 &= \frac{ v_x-v_y}{\sqrt{2}}+L\omega_z \\ v_3 &= \frac{-v_x-v_y}{\sqrt{2}}+L\omega_z \end{aligned} $$

四轮正解为：

$$ \begin{aligned} v_x &= \frac{-v_0+v_1+v_2-v_3}{2\sqrt{2}} \\ v_y &= \frac{ v_0+v_1-v_2-v_3}{2\sqrt{2}} \\ \omega_z &= \frac{v_0+v_1+v_2+v_3}{4L} \end{aligned} $$

4.3 轮速归一化

平移和旋转叠加后，某一只轮可能超过允许速度。程序寻找轮速绝对值最大值 vmax_actual。若它超过配置上限 vmax_limit，则对所有轮使用同一比例缩放：

$$ v_i' = v_i \frac{v_{max_limit}}{v_{max_actual}} $$

统一缩放可以限制轮速，同时保留各轮之间的比例，避免分别截断造成运动方向失真。

5. M3508 与 C620 控制原理

5.1 CAN 通信

C620 按 DJI 电机协议周期返回反馈：

字节	内容
0～1	转子编码器值 `ecd`
2～3	转子转速 `speed_rpm`，有符号 16 位
4～5	实际转矩电流，有符号 16 位
6	温度
7	保留

底盘使用标准帧 0x200 同时控制 ID 1～4：

字节	对应电机
0～1	ID 1 / `0x201`
2～3	ID 2 / `0x202`
4～5	ID 3 / `0x203`
6～7	ID 4 / `0x204`

每个控制值为大端序有符号 16 位电流指令。工程另外限制了最大控制输出，并在调试模式下进一步限流。

5.2 转速换算

C620 返回的是 M3508 转子转速。轮缘线速度根据轮半径和减速比换算：

$$ v_{wheel}=RPM_{rotor}\frac{2\pi R}{60i} $$

其中：

R：轮半径，默认 0.076 m；
i：减速比，默认 19；
参数必须与实际轮组一致，否则速度估计和 PID 标度都会错误。

5.3 速度闭环

每只有效车轮拥有独立 PID：

目标轮缘速度
      ↓
按减速比/轮径换算后的实际轮缘速度
      ↓
速度误差 → PID → C620 电流指令

默认 PID 仅作为安全起调值，不是对所有底盘都适用的最终参数。机器人质量、轮径、轮胎接触、供电电压、控制频率和机械阻力都会影响整定结果。

6. 软件结构

CBoard_Omni_Chassis/
├─ application/
│  ├─ chassis_config.h       # 底盘类型、机械参数、方向、限速和 PID
│  ├─ omni_kinematics.c/.h   # 三轮/四轮正解、逆解和轮速归一化
│  ├─ chassis_task.c/.h      # 2 ms 底盘任务、反馈更新和速度闭环
│  ├─ chassis_behaviour.c/.h # 遥控器模式与速度指令
│  ├─ CAN_receive.c/.h       # M3508 反馈解析和电流帧发送
│  ├─ remote_control.c/.h    # DJI DBUS 接收与解析
│  ├─ detect_task.c/.h       # 遥控器和电机离线检测
│  └─ INS_task.c/.h          # C 板板载 IMU 姿态任务
├─ bsp/                      # DJI C 板板级支持
├─ components/               # PID、AHRS、BMI088、IST8310 等组件
├─ Drivers/                  # STM32F4 HAL 与 CMSIS
├─ Middlewares/              # FreeRTOS
├─ Inc/、Src/                # STM32CubeMX 生成的外设与系统代码
├─ MDK-ARM/                  # Keil MDK 工程
├─ tests/                    # 运动学参考数据
├─ chassis_task.ioc          # STM32CubeMX 配置
└─ LICENSE                   # GPL-3.0-or-later 完整协议文本

主要修改底盘功能时，建议遵循以下分层：

机械尺寸、方向、限速：修改 chassis_config.h；
底盘几何模型：修改 omni_kinematics.c；
遥控映射和工作模式：修改 chassis_behaviour.c；
PID 和发送安全逻辑：检查 chassis_task.c；
CAN ID 或电机协议：修改 CAN_receive.c/.h。

7. 硬件要求与连接

连接说明

C 板 CAN1 连接所有底盘 C620，CAN_H 对 CAN_H，CAN_L 对 CAN_L。
CAN 必须采用总线结构，避免长支线；总线物理两端各放置一个 120 Ω 终端电阻。
C 板、C620 信号地和系统电源地应可靠共地。
C620 ID 依次设置为 1～3 或 1～4。
DJI DBUS 接收机连接 C 板 DBUS 接口；MCU 侧使用 USART3 RX（PC11）。
电机动力回路必须配置保险、总开关或急停，不要把软件停机作为唯一保护。

Note

chassis_task.ioc 中 CAN1 使用 PD0/PD1，USART3 使用 PC10/PC11。这些是 C 型开发板 MCU 侧引脚信息，实际接线应以开发板丝印和接口定义为准。

8. 配置方法

所有常用底盘参数集中在 application/chassis_config.h。

选择三轮或四轮

// 三轮 120°
#define CHASSIS_GEOMETRY OMNI_CHASSIS_3

// 四轮 X 型
#define CHASSIS_GEOMETRY OMNI_CHASSIS_4_X

只能选择一种结构。非法配置会在编译阶段触发 #error。

设置机械参数

#define CHASSIS_CENTER_TO_WHEEL_M 0.220f
#define CHASSIS_WHEEL_RADIUS_M    0.076f
#define M3508_REDUCTION_RATIO     19.0f

CHASSIS_CENTER_TO_WHEEL_M 应测量底盘旋转中心到轮接地点的距离，而不是车架外形尺寸。

修正电机方向

#define CHASSIS_MOTOR_0_DIRECTION  1.0f
#define CHASSIS_MOTOR_1_DIRECTION -1.0f
#define CHASSIS_MOTOR_2_DIRECTION  1.0f
#define CHASSIS_MOTOR_3_DIRECTION -1.0f

方向值只能使用 1.0f 或 -1.0f。它会同时作用于目标速度和反馈速度，保证 PID 的符号关系一致。

调试限流

#define CHASSIS_COMMISSIONING_MODE 1U
#define CHASSIS_COMMISSION_CURRENT 2500

首次上板保持 1U。完成架空方向检查和急停测试后，再改为 0U。即使关闭调试模式，输出仍受 CHASSIS_MAX_CAN_CURRENT 限制。

速度与 PID

#define CHASSIS_MAX_VX_MPS         1.0f
#define CHASSIS_MAX_VY_MPS         1.0f
#define CHASSIS_MAX_WZ_RADPS       3.0f
#define CHASSIS_MAX_WHEEL_MPS      2.5f
#define CHASSIS_MAX_CAN_CURRENT    8000.0f

#define CHASSIS_SPEED_PID_KP       6000.0f
#define CHASSIS_SPEED_PID_KI       10.0f
#define CHASSIS_SPEED_PID_KD       0.0f

建议从低速、低电流开始，每次只调整一类参数，并记录空载与落地负载响应。

9. 编译与下载

环境

Keil MDK-ARM；
STM32F4 Device Family Pack；
ST-Link 驱动；
可选：STM32CubeMX，用于查看 .ioc，但不要在不了解代码生成影响时直接覆盖用户代码。

步骤

打开 MDK-ARM/chassis_task.uvprojx。
选择 chassis_task target。
确认 application 分组中包含 omni_kinematics.c。
Build 工程并消除所有 error；建议同时检查 warning。
连接 ST-Link 和 C 板。
保持电机动力断开，先下载并确认程序正常启动。
准备急停、架空底盘后再接通电机动力。

10. 遥控器操作

默认通道定义位于 application/chassis_task.h：

功能	通道
前后 `vx`	CH1 / 数组通道 1
左右 `vy`	CH0 / 数组通道 0
旋转 `wz`	CH2 / 数组通道 2
底盘模式开关	Switch 0

默认开关行为：

向下：目标速度归零，速度环主动抑制车轮转动；
中间：车体坐标系速度控制，推荐用于首次测试；
向上：底盘航向闭环模式，依赖 IMU 姿态结果。

如果遥控器离线，底盘直接发送四路零电流，不继续使用最后一次摇杆指令。

11. 首次上板测试

阶段 A：不接动力的检查

确认工程选择了正确的三轮/四轮结构；
检查轮半径、中心距和减速比；
检查 CAN_H/CAN_L、共地和两个终端电阻；
确认所有 C620 ID 唯一；
确认急停能够物理切断电机动力；
保持 CHASSIS_COMMISSIONING_MODE = 1U。

阶段 B：架空测试

架空并固定底盘，确保所有车轮不会接触地面或人员。
遥控开关拨到下，接通控制电源和动力电源。
在调试器中检查每台电机的 ecd、speed_rpm、given_current 和 temperate 是否更新。
开关拨到中，只给极小的前进指令。
按本文轮序观察方向，错误轮只修改对应的 CHASSIS_MOTOR_x_DIRECTION。
分别执行纯前进、纯左移和纯逆时针旋转。
检查正解得到的 vx、vy、wz 与指令方向是否一致。
关闭遥控器，确认 CAN 电流指令立即归零。
逐一断开某台电机反馈，确认对应通道电流归零。

阶段 C：低速落地测试

将速度和电流限制保持在较低值。
在宽阔区域测试前后、横移和旋转。
检查底盘是否出现持续振荡、明显偏航、某轮打滑或电机过热。
确认急停、遥控掉线停机和重新上电流程可靠。
完成所有检查后才逐步提高限制，并重新整定速度 PID。

12. 安全机制

DBUS 离线：四路控制电流全部置零；
某台电机反馈离线：该通道电流独立置零；
三轮模式：第 4 路目标速度与控制电流强制置零；
轮速超限：全部车轮按相同比例缩放；
PID 输出：受最大 CAN 电流约束；
调试模式：使用更低的二次电流上限；
上电后先等待底层任务和设备初始化，再进入控制循环。

需要注意：发送零电流不等于机械制动，也不能替代保险、急停、限位和可靠的电源设计。

13. 常见问题

推前进摇杆时底盘旋转或横移

通常是轮序或电机方向错误。先核对 C620 ID 与安装位置，再逐一调整 CHASSIS_MOTOR_x_DIRECTION。不要通过交换多处公式符号来临时修补。

电机上电后立即高速旋转

立即切断动力。常见原因包括：

目标方向与反馈方向符号不一致；
C620 ID 与逻辑轮序不一致；
PID 参数过大；
DBUS 通道中值或解析异常；
调试限流被提前关闭。

电机没有反馈

检查 CAN_H/CAN_L 是否接反、是否共地、终端电阻、C620 ID、CAN 波特率和电调供电。正常底盘反馈 ID 应为 0x201～0x204。

三轮模式下第 4 个电调仍有 CAN 数据

程序仍发送统一的 0x200 八字节帧，但第 4 路字段固定为零。这是 DJI 四电机组帧协议的正常行为。

速度估计与实际不一致

检查轮半径、M3508 减速比以及 C620 返回转速是否为转子侧 RPM。轮子负载变形和打滑也会造成开环里程估计偏差。

向上模式行为异常

向上模式使用底盘航向闭环，依赖 C 板板载 IMU 初始化、安装方向和姿态解算。首次底盘测试请使用开关中位的车体坐标速度模式。

14. 验证状态

已完成：

Keil 工程 XML 结构检查；
新增运动学源码的工程分组检查；
三轮和四轮条件编译分支的 C 语法解析；
两种结构各 10,000 组随机“逆解→正解”往返测试；
最大参考数值误差为 1.332e-15；
DBUS、电机离线、三轮第 4 路和调试限流路径检查。

以上内容为当前已完成的离线验证记录。

当前离线环境未连接实物，也未安装 Keil/ARM 编译器，因此仓库不能宣称已经完成特定机器人整机验证。使用者仍需完成 Keil Build、架空测试和低速落地测试。

15. 代码来源、许可协议与说明

工程整合参考：

DJI C 型开发板 17.chassis_task 示例：STM32F4 板级初始化、FreeRTOS、DBUS、CAN、PID、设备检测和 IMU；
三轮 120° 与四轮运动学思路；
M3508 反馈和多电机 CAN 组帧思路。

本项目包含并修改了 RoboMaster 官方示例代码。上游项目采用 GNU General Public License v3 或更高版本（GPL-3.0-or-later），因此本项目按相同协议开源。完整协议见 LICENSE，上游许可证见 RoboMaster/Development-Board-C-Examples。分发本项目或其修改版本时，应同时提供相应源代码、保留版权与许可声明，并以 GPL-3.0-or-later 继续授权派生作品。

本项目不是 DJI 官方产品或官方维护仓库。DJI、RoboMaster、M3508、C620 等名称归各自权利人所有，如有侵权请联系删除。

16. 后续可扩展方向

增加串口上位机参数整定；
增加航向保持与世界坐标系控制；
使用 IMU 和轮速进行里程计融合；
增加功率限制、电机温度降额和堵转保护；
增加自动化 C 单元测试和 CI 编译；
支持 ROS/ROS 2 速度指令接口；
支持其他减速比和电机型号的统一驱动层。

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Drivers		Drivers
Inc		Inc
MDK-ARM		MDK-ARM
Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source		Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source
Src		Src
application		application
bsp/boards		bsp/boards
components		components
tests		tests
.gitignore		.gitignore
.mxproject		.mxproject
LICENSE		LICENSE
README.md		README.md
chassis_task.ioc		chassis_task.ioc
keilkilll.bat		keilkilll.bat

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