原标题：基于STM32F407ZGT6芯片控制板机器人的运动控制系统设计方案

　　实验室最近在做一个足式机器人项目，我主要负责基于STM32F407ZGT6芯片控制板机器人的运动控制系统设计，打算用博客的形式记录自己的收获，机器人自下向上的总体架构是：机器人机械结构-》直流电机-》电机驱动器-》STM32F407控制板。项目处于前期程序模块设计阶段，首先需要验证电机的运动性能，用周期性的运动更容易获得结果，所以选择余弦信号，电机转动角度公式：

　　，由公式能够得出电机转动角度为A，求导后得到角速度公式：

　　，由公式可以看出电机的运行速度是从零开始增加的，可以减小电机启动负载。

　　本模块的最终目的是通过stm32控制板定时器的输出比较功能输出占空比变化的PWM波，该PWM波信号作为电机驱动器的输入控制信号，控制电机在正弦速度下运行(电机驱动器输入信号可以是PWM波，有速度闭环，并且我们项目还没有安装角度传感器，所以位置控制目前是开环的)。实现的思路是通过stm32的定时器设定电机运行步长时间steptime，然后累加运行时间runtime，带入上面速度公式，即可得到当前运动速度velocity_now，然后与电机最大运行速度做比，获得此时PWM波占空比，设置定时器的比较值ccr，这样就能让电机做三角函数跟随运动。

　　由于足式机器人的关节转动是作往复摆动运动，所以电机也需要验证正反转，我的解决办法是当速度小于零时，使能驱动器反转信号，使电机反转。程序的目的和思路都说完了，接下来就是具体的程序实现了。

　　首先是三角函数公式这部分，主要是得到当前时间电机的转速，该部分程序是可以通用的，由于我单腿是三个关机，所以有三个电机需要控制。

　　void motor_motion_sine(float steptime， float runtime， float Amplitude[3]， float Frequency[3]， float MotionTime， float MotorVel[3])

　　{

　　float MotorSinW[3];

　　MotorSinW[0]=2*pi*Frequency[0];

　　MotorSinW[1]=2*pi*Frequency[1];

　　MotorSinW[2]=2*pi*Frequency[2];

　　float GaitTimeU=runtime;

　　if(GaitTimeU《MotionTime)

　　{

　　MotorVel[0]=MotorSinW[0]*Amplitude[0]*sin(MotorSinW[0]*GaitTimeU);

　　MotorVel[1]=MotorSinW[1]*Amplitude[1]*sin(MotorSinW[1]*GaitTimeU);

　　MotorVel[2]=MotorSinW[2]*Amplitude[2]*sin(MotorSinW[2]*GaitTimeU);

　　}

　　}

　　运行时间我是用定时器来实现的，这样可以实现需要的控制周期，目前的控制周期是5ms，即200Hz，每5ms进入中断服务函数计算运行速度，并改变PWM波占空比，该中断服务函数后面会添加传感器数据采集处理、与上位机通信等模块。我用的是通用定时器TIM4，程序如下：

　　void TIM4_Int_Init(u16 arr，u16 psc)

　　{

　　TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;

　　NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

　　RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4，ENABLE); ///使能TIM4时钟

　　TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr; //自动重装载值

　　TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=psc; //定时器分频

　　TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式

　　TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;

　　TIM_TimeBaseInit(TIM4，&TIM_TimeBaseInitStructure);//初始化TIM4

　　TIM_ITConfig(TIM4，TIM_IT_Update，ENABLE); //允许定时器4更新中断

　　TIM_Cmd(TIM4，ENABLE); //使能定时器4

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM4_IRQn; //定时器4中断

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x01; //抢占优先级1

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x03; //子优先级3

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;

　　NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

　　}

　　//定时器4中断服务函数

　　static int countt=0;//variable for count

　　float motorvel[3]={0.0，0.0，0.0};//motor velocity

　　void TIM4_IRQHandler(void)

　　{

　　LED0=!LED0;

　　float ampl[3]={pi/4，pi/4，pi/4};// amplitude unit:V

　　float stptime=0.005;//steptime:5ms

　　float runt=0;

　　float freq[3]={0.5，0.5，0.5};//frequence

　　float motime=200;//motion time:10s

　　runt=countt*stptime;

　　countt++;

　　if(TIM_GetITStatus(TIM4，TIM_IT_Update)==SET) //溢出中断

　　{

　　LED1=!LED1;//DS1翻转

　　motor_motion_sine(stptime， runt， ampl， freq，motime， motorvel);//调用速度公式函数

　　motor_open_excute(motorvel，500，freq，ampl);//执行

　　}

　　TIM_ClearITPendingBit(TIM4，TIM_IT_Update); //清除中断标志位

　　}

　　在中断服务函数中首先是定义了几个全局变量，供其他函数调用。然后定义了速度公式中所需的变量，作为速度公式函数的参数，motor_motion_sine函数用来计算当前速度，motor_open_excute函数是改变PWM波占空比改变电机速度，这个函数会在下一篇贴出。