基于 StackForce 开发平台的双轮足机器人入门教程
本教程只提供组装和调试教程，让开发者以最快速度搭建好完整的轮足机器人，若开发者需要学习轮足机器人相关原理，可以跳转到 b站灯哥开源的教程视频 学习，若需要二次开发可以在其他网站或论坛查找教程。
简介
StackForce双足轮机器人基于StackForce轻量级机器人开发平台开发得到，它的核心硬件驱动由StackForce系列的主控板、电机驱动板和舵机驱动板组成。
机器人程序附带全身运动学模型和状态自适应自稳算法，基于StackForce平台强大的实时运算能力，可以实现多姿态控制，复杂地形自稳定，下楼梯，自稳通过各种复杂坡面地形等。平台支持航模遥控器蓝牙,串口,无线等多种控制方式，用户可以根据需求自行编程调整。该产品配套了完善的安装教程和视频讲解课程，是一款极具性价比的桌面级双足轮机器人。
相关链接
轮足机器人课程代码开源地址：https://gitee.com/StackForce/bipedal_wheeled_robot
StackForce轻量级机器人开发平台文档：http://stackforce.cc/#/
StackForce轻量级机器人开发平台配套机器人项目开源：https://gitee.com/StackForce
主要特点
- 开源且低成本： 遵循开源许可协议；源码和设计文件完全开放，开发者可以自由学习、修改和进行二次开发。
- 高性能电机控制：搭载 FOC（磁场定向控制）技术，支持开环/闭环速度、位置和扭矩控制，实现精确的运动控制。
- 强大的硬件支持：采用 ESP32 主控，提供 I2C、SPI、PWM 等丰富接口，便于灵活扩展功能。
- 丰富的功能能力：支持自平衡、高速运动、姿态稳定以及无线控制，适应多种复杂地形。
- 易于学习与使用：配备完整的示例代码和视频教程，大大降低初学者的学习门槛。
规格
| 类型 | 规格 |
|---|---|
| 主控板 | StackForce 主控板 |
| 电机驱动板 | 5A 双通道无刷电机驱动器 (低功耗) |
| 电机 | 2208 云台无刷电机 |
| 舵机驱动板 | 集成 IMU 的多通道舵机驱动器 |
| 电源 | 12.6V 锂聚合物电池 |
| 编码器 | MT6701 14 位高精度磁编码器 |
| 无线控制 | WiFi 遥控 + PS4 蓝牙无线手柄 |
| 总重量 | 540 克 |
| 尺寸 | 10.5 × 21.0 厘米 (长 × 宽)，高度 12.0–21.0 厘米 |
物料清单 (BOM)
| 商品名称 | 数量 | 单位 | 规格 | 型号 |
|---|---|---|---|---|
| 电子配件 | ||||
| StackForce主控板 | 1 | 块 | StackForce | |
| StackForce 5A小功率驱动板 | 1 | 块 | StackForce | |
| StackForce 舵机板 | 1 | 块 | StackForce | |
| 磁编码器 | 2 | 块 | StackForce | MT6701 |
| 电机 | 2 | 个 | 2208 | |
| 舵机 | 4 | 个 | DS041MG | |
| 遥控器 | 1 | 个 | MC6C-MINI | |
| 接收器 | 1 | 个 | MC7RBv2 | |
| 电池 | 1 | 个 | 厚19×宽34×长42 | 12V聚合物电池 |
| 端头 | 2 | 个 | MR30-U型 | |
| 编码器线 | 2 | 组 | SH1.0-5P | |
| 杜邦线 | 1 | 组 | 3P（母对母） | |
| 材料配件 | ||||
| 防松螺母 | 4 | 颗 | M3 | GB889.1-86 |
| 螺母 | 4 | 颗 | M3 | DIN934 |
| 尼龙柱 | 4 | 根 | 5×3.2×9 | ABS |
| 垫片 | 4 | 片 | M3 | 304国标 |
| 磁铁 | 2 | 颗 | 6×2.5 | 径向磁铁 |
| 圆头螺丝 | 24 | 颗 | M2×4 | GB/T845 |
| 圆头螺丝 | 12 | 颗 | M2×10 | GB/T845 |
| 圆头螺丝 | 4 | 颗 | M3×6 | GB/T845 |
| 圆头螺丝 | 4 | 颗 | M3×8 | GB/T845 |
| 圆头螺丝 | 4 | 颗 | M3×16 | GB/T845 |
| 圆头螺丝 | 2 | 颗 | M4×18 | GB/T845 |
| 自攻螺丝 | 16 | 颗 | M2×6 | GB/T845 |
| 平头螺丝 | 46 | 颗 | M2×6 | 304国标 |
| 平头螺丝 | 16 | 颗 | M3×6 | 304国标 |
| 螺柱 | 4 | 颗 | M3×7+4 | 铜国标/GB |
| 轴承 | 4 | 块 | 外27×内20×厚4 | 6704ZZ |
| 轴承 | 6 | 块 | 外18×内12×厚4 | 6701ZZ |
| 结构件 | ||||
| 3D打印件 | 29 | 件 | ||
| 1比10耐磨6030-6085轮胎 | 2 | 个 |
目录
安装教程
安装步骤较多，请按照文档教程完成每一步安装，该产品有部分孔洞可以用自攻螺丝，若包装自带的螺丝与教程有出入为正常现象，并不会影响产品组装，开发者用替代螺丝装配即可。
在组装过程中，请注意螺丝的松紧程度，不要太用力拧螺丝，以防滑牙等情况出现。
校准教程
请先下载校准所需烧录的代码文件
环境配置
第一步：下载 Visual Studio Code
第二步：打开 Visual Studio Code，在其扩展商店中搜索并下载 PlatformIO IDE
点击下载后他会下载其他需要使用的拓展，有时会缺少MinGW，无法新建文件夹，我们需要下载一个MinGW-w64。
第三步：下载 MinGW-w64
轮足工具合集下载链接（内含MinGW-w64）
文件下载后解压，找到轮足工具合集里的mingw64，解压后安装的路径需要全英文，不能有中文，打开解压后的文件→打开 bin 文件→复制 bin 文件的地址（例：D:\ming\mingw64\bin）。
配置环境：电脑搜索打开查看高级系统设置→环境变量→系统变量→Path→新建→粘贴上一步的 bin 文件的地址，点击确定。
- 1：电脑搜索打开
查看高级系统设置。
- 2: 点击
环境变量。
- 3：双击打开
Path，注意是要选择系统变量。
- 4：
新建环境变量。
第四步：编译及烧录按键说明
(√：编译程序 →：烧录程序到硬件 Auto：选择串口)
下面是烧录按键说明，先不烧录程序。开发者先在这里了解烧录流程。
电脑与硬件连接、点击 Auto（可忽略），会自动检测并推荐串口。选择串口后点击编译（可忽略）、烧录，即可将程序烧录至硬件。
S1烧录和调试
连接S1芯片
连接USB，USB有缝隙一边朝上，无缝一边朝下,松开白色按键，切换至S1芯片（黄灯亮）。
备注：为什么要分上下
因为板子有两个芯片，S1芯片负责电机程序的运行，S3负责舵机控制程序的运行,typec线有上下个两排排针分别通信，主控板设计两个芯片分别占用typec的一排用来烧录程序，通过白色按键来在硬件上控制电脑要把程序烧录到哪个芯片。
烧录S1程序
方法一：根据提前烧录好的S1电机控制程序，直接跳到下方“Vofa串口助手下载与使用教程”。
方法二：按照下方操作，重新烧录一遍S1电机控制程序（不推荐）
在vscode打开工程BLDC_Control
这样操作可以让platformio自动安装库，所以不能直接将项目文件拖进vscode 打开新的vscode软件，打开文件夹（或者是在文件打开文件夹）。
找到S1程序保存的位置，点击选择文件夹（不能有中文路径，且一定要打开到当前位置）。
烧录前需要修改注册码与芯片的通讯方式：
修改注册码：
每个板子的注册码都是不一样的，您的注册码我们将他贴在了主控包上的标签纸，将其输入到这个位置。 也可以查看S1的串口信息获取注册码，前面安装文档有说明。
修改通信方式，在图中位置修改为ONBOARD（USB为主控板的S1芯片与电脑之间进行串口通信，ONBOARD为S1芯片与S3芯片之间通信）。
修改完成后点击左下角向右的箭头即可烧录程序。
烧录过程可能会遇到的问题及解决办法
1、成功烧录效果
2、这个主控芯片是S3，与S1程序不匹配
解决方法：检查USB是否插反，要求无缝朝上；检查主控白色按键是否有松开，松开时按键旁边亮黄灯，主控处于S1芯片烧录状态。
3、串口被占用了
解决方法：检查有没有其他软件占用了串口，检查vofa的串口监视器是否关闭，检查其他串口助手是否关闭串口。
Vofa串口助手下载与使用教程
接着，打开串口助手，波特率为115200，查看串口信息。Vofa串口助手下载网址：下载中心| VOFA-Plus上位机
S1电机控制程序调试，极对数校准
用手扶着机器人，轮子离开地面，按一下S1复位键，此时vofa上显示有极对数信息，等待轮子自检转动完成，如极对数被辨别后是7，则表示校准成功，则如下图所示。
若极对数为inf或其它英文字符串，则请检查是否打开了电源，检查线路是否接错，检查磁铁是否安装。如果极对数为6或者8或者是非7数值，可能是车轮安装过紧，（可查看轮足安装文档搜索“电机轴承安装”，重新安装这个位置），或者是轮子与地面有摩擦（每次上电或S1复位都要让机器人离地或者轮子不要碰到其他地方，自检才能正常运行）可重新调试再S1复位直到极对数显示为7为止。
S3偏置值获取
烧录完S1后，切换至S3芯片，并烧录S3程序（USB无缝隙朝下，按下图所示按钮，灯为绿色则切换至S3）
在烧录程序前一定要将大腿拆下，参考下图。
- 1.在vsoce打开bipedal_calibrate文件夹（偏置值获取程序），直接烧录程序，打开vofa，波特率设置115200，可以看到串口信息为0,0,0,0;分别代表1,2,3,4号舵机的偏置值
- 2.电池上电，等待舵机完成转动后安装腿部尽量垂直于水平面。
- 3.在串口输入
1,2,3,4等指令控制舵机转动直到腿部完全垂直水平面。方向解释：腿部面向自己，顺时针为负，逆时针为正。
比如：看上图1号舵机左偏了一点，2号舵机右偏移了一点，输入 5,-6,0,0 控制1，2号舵机完全垂直与机身（5表示让1号舵机逆时针转5个单位角度，-6表示让2号舵机顺时针转6个单位角度）。
其他两个舵机也是和上方一样的方法调节，0,0,x,0 控制3号舵机；0,0,0,x 控制4号舵机。调节完偏置值后将舵机盒子里的黑色螺丝拧紧大腿。
记录下当前的偏置值，要写到下面的S3芯片的舵机控制程序。
S3校准和调试
1. 修改偏置值
在vscode打开bipedal文件夹（舵机控制程序），在bipedal_data.h文件下修改偏置值OFFSET，具体看如下，将上面程序获取到的偏置值输入到下面对应位置。
2. 舵机调试
- 烧录完程序后拔开usb，然后长按5打开遥控器遥控器A左上打中，B左下打下，C右上打下。
- 用手扶着机器人，并且让机器人保持水平陀螺仪校准和电机校准，按下按钮机器人上电。
- 等待10秒左右自检完成后A打中舵机使能，等待舵机转回初始位置，C打中取消舵机校准，滑动B控制腿高移动轮子y坐标，滑动D控制轮子前后移动轮子x坐标。
- 轮足移动说明，遥控器D向前拨动，舵机转动使轮子x坐标后移动，轮足前倾并向前移动。
3. 设置SpdDir
设置电机固定转动方向，在main文件下搜索motors.setTargets，设置电机0和电机1的力矩固定为2。
看下图使用vofa打印出电机速度，vofa波特率921600，连接S3
烧录程序到S3，然后打开vofa设置波特率为921600，遥控器A打上电机使能，上电并用手扶着让电机自检完成（可以先用vofa与S1通信看看是否自检通过）。
观察电机转动方向，左电机向前转则速度为正，如果vofa上打印的第三个数据M1速度为负，则需要将motorStatus.M1SpdDir取反，打印为正则不需要修改。
右电机向后转则速度为负，如果vofa上打印的第二个数据M0速度为负，则不需要修改motorStatus.M0SpdDir，打印为正则需要取反。
如果上面还是不理解，可以看一下下面这里
假如轮子向前转，vofa打印为负数，那么反馈dir要取反
假如轮子向前转，vofa打印为正数，那么反馈dir不用改
假如轮子向后转，vofa打印正数，，那么反馈dir要取反
假如轮子向后转，vofa打印时负数，那么反馈dir不用取反
4. 设置电机控制dir，搜索motors.setTargets
按照下图取消电机控制的注释，注释下一行，烧录程序。
给轮足上电，复位完后手持轮足机器人向前倾斜，观察轮子转动方向如果全部向前转动则可以平衡，如果左边向后则需要将M1Dir取反，右轮同理。
完成上述部分后就可以对机器人控制了，按照下述部分是是实现控制，可以查看StackForce轮足机器人基本操作说明.pdf。
遥控器正面四个遥杆：
-
第一步，遥控器左上打到中档，右上打到下档，左下打到最下，机器人用手扶着，让腿部自然下垂，轮子离开不与其他接触，并且保持机器人与地面平行。
开机，保持上述大约10秒后，机器人放到宽广地上，手扶着保持机器人直立。
-
第二步，遥控器右上打到中档，左下稍微上滑，左上打到上档，机器人就开始自平衡运动。
遥控器右下遥感缓慢前后滑动，控制机器人前后运动，左右滑动控制左右转。
遥控器左下摇杆上下变腿高。
遥控器右上打到最上后，左下摇杆左右滑动控制机器人横滚运动，通过断电取消横滚。
实际演示
（待添加实际演示视频）
参考文档
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