차동 모터 드라이브를 제어하기 위해 2 축 아날로그 입력을 혼합하는 알고리즘

uC (ATMega328p)를 사용하여 이중 차동 모터 드라이브 ( "탱크와 같은"드라이브)를 제어하기 위해 2 개의 아날로그 조이스틱 신호 (X Y 축)를 올바르게 혼합하는 방법에 대한 정보를 찾고 있지만 ADC 입력 및 PWM 출력을 가진 모든 uC) :

나는 2 개의 아날로그 값을 제공하는 아날로그 스틱을 가지고 있습니다 :

(방향) X : 0 ~ 1023
(스로틀) Y : 0 ~ 1023

정지 위치는 (방향 및 스로틀 중립) 512,512
스로틀 전진 / 왼쪽 방향은 0,0
입니다
.

모터는 2 개의 H 브리지 드라이버, 각각에 대해 2 개의 PWM 핀 (정방향, 역방향)에 의해 제어됩니다.
왼쪽 모터 : -255 ~ 255
오른쪽 모터 : -255 ~ 255
(양수 값은 정방향 PWM 핀을 활성화하고, 음의 활성화 역방향을 활성화합니다. PWM 핀, 0은 둘 다 비활성화합니다.

목표는 조이스틱 아날로그 신호를 혼합하여 다음과 같은 반응을 달성하는 것입니다.

a) 스로틀 전진, 방향 중립 = 차량 이동 전진
b) 스로틀 전진, 왼쪽 방향 = 차량 전진 및 좌회전
c) 스로틀 중립, 왼쪽 방향 = 차량이 좌회전 중 오른쪽 모터 완전 전진, 왼쪽 모터 완전 후진

... 그리고 다른 조합에서도 비슷합니다. 물론 출력은 "아날로그"여야합니다. 즉, 예를 들어 옵션 a)에서 b)로 c)로 점진적으로 전환 할 수 있어야합니다.

개념은 다음과 같습니다.

"적절한"혼합은 논쟁의 여지가있다 :-).

문제는 단일 포트의 순수 신호에서 트랙이 얼마나 빨리 이동하고 다른 포트의 신호가 포함될 때 수행 할 작업에 대한 결정을 내려야한다는 것입니다. 예를 들어, FB (앞뒤 포트)를 완전히 앞으로 밀고 두 모터가 최고 속도로 앞뒤로 움직 인 경우 소량의 LR (왼쪽-오른쪽) 포트 추가를 어떻게 처리합니까? 회전을하려면 한 트랙이 다른 트랙보다 빠르게 진행해야하므로 이미 두 모터에서 최고 전진 속도로 달리고있는 경우 회전하려면 한 개 또는 다른 트랙 속도를 줄여야합니다. 동일한 결과를 얻기 위해 하나 또는 다른 트랙을 가속화했을 것입니다.

그래서, 말한 모든 것, 여기 좋은 출발처럼 보이는 내 머리 속의 간단한 오프 커프 시작 솔루션이 있습니다.

포트가 기계적으로 독립적이라면 둘 다 동시에 100 % 일 수 있습니다.
둘 다 조이스틱 유형 배열에있는 경우 Yaxis = 100 % 및 Xaxis = 0 % 인 경우, 일부 B를 추가하면 일반적으로 A가 감소합니다. 위의 내용이 사실이 아닌 경우 조이스틱을 구성 할 수 있지만 이례적인 경우는 아닙니다.
조이스틱이 X = 100 % 일 때 Y %가 증가하면 X가 감소하는 유형이라고 가정합니다. 다른 가정도 가능합니다.

FB = 앞뒤 냄비. 냄비의 앞으로 움직임을위한 중심 0, + Ve

LR = 왼쪽 오른쪽 냄비. 중앙 제로. 오른쪽 냄비에 + Ve.

K는 초기에 배율 1입니다.
결과가 100 %를 초과하면 K를 조정하여 결과 = 100 %를 조정하고 다른 모터에도 동일한 K 값을 사용하십시오.

• 예를 들어 왼쪽 모터 결과 = 125이고 오른쪽 모터 결과 = 80이면
  125 x 0.8 = 100으로 K = 0.8로 설정하십시오. 그때.
  왼쪽 = 125 x 0.8 = 100 %. 오른쪽 = 80 x 0.8 = 64 %.

그때:

• 왼쪽 모터 = K x (앞뒤 + 왼쪽 오른쪽)

• 오른쪽 모터 = K x (앞뒤-왼쪽 오른쪽)

위생 검사 :

• LR = 0 (중심), FB = 완전 fwd-> 두 모터가 전진 주행합니다.

• LR = 완전 왼쪽, FB = 0->
  왼쪽 모터는 완전히 후진,
  오른쪽 모터는 완전히 후진 합니다.
  차량이 반 시계 방향으로 회전합니다.

• FB는 100 %, Lr = 0 %이었다. 오른쪽에 LR의 10 %를 추가하십시오.
  L = FB + LR = 100 %-+ 10 % R = FB-LR = 100 %--10 %

가장 큰 축이 100 % 미만인 경우 = 100 %까지 조정합니다.
그런 다음 다른 축을 같은 양으로 조정하십시오.

복잡한 if / else 체인을 필요로하지 않고 전진 또는 제자리 회전시 동력을 줄이지 않고 부드러운 곡선과 이동에서 회전으로 전환 할 수있는 솔루션이 있습니다.

아이디어는 간단하다. (x, y) 조이스틱 값이 정사각형 평면의 데카르트 좌표라고 가정합니다. 이제 더 작은 정사각형 평면이 내부에서 45º 회전했다고 상상해보십시오.

조이스틱 좌표는 더 큰 정사각형에 점을 제공하고 더 작은 정사각형에 겹쳐진 동일한 점은 모터 값을 제공합니다. 좌표를 한 사각형에서 다른 사각형으로 변환하면 새로운 (x, y) 값이 작은 사각형의 측면으로 제한됩니다.

변환하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 내가 가장 좋아하는 방법은 다음과 같습니다.

1. 초기 (x, y) 좌표를 극좌표로 변환합니다.
2. 45도 회전시킵니다.
3. 극좌표를 직교 좌표로 다시 변환합니다.
4. 새 좌표를 -1.0 / + 1.0으로 다시 조정하십시오.
5. 새로운 값을 -1.0 / + 1.0에 고정하십시오.

초기 (x, y) 좌표가 -1.0 / + 1.0 범위에 있다고 가정합니다. 내부 정사각형의 변은 항상 같으 l * sqrt(2)/2므로 4 단계는 값에을 곱하는 것 sqrt(2)입니다.

다음은 Python 구현 예입니다.

import math

def steering(x, y):
    # convert to polar
    r = math.hypot(x, y)
    t = math.atan2(y, x)

    # rotate by 45 degrees
    t += math.pi / 4

    # back to cartesian
    left = r * math.cos(t)
    right = r * math.sin(t)

    # rescale the new coords
    left = left * math.sqrt(2)
    right = right * math.sqrt(2)

    # clamp to -1/+1
    left = max(-1, min(left, 1))
    right = max(-1, min(right, 1))

    return left, right

훨씬 복잡한 변환 방법을 사용하는이 방법의 원래 아이디어는 이 기사 에서 나왔습니다 .

다음은 Russel McMahon 답변에 설명 된대로 혼합 알고리즘 구현의 예입니다.

http://www.youtube.com/watch?v=sGpgWDIVsoE

//Atmega328p based Arduino code (should work withouth modifications with Atmega168/88), tested on RBBB Arduino clone by Modern Device:
const byte joysticYA = A0; //Analog Jostick Y axis
const byte joysticXA = A1; //Analog Jostick X axis

const byte controllerFA = 10; //PWM FORWARD PIN for OSMC Controller A (left motor)
const byte controllerRA = 9;  //PWM REVERSE PIN for OSMC Controller A (left motor)
const byte controllerFB = 6;  //PWM FORWARD PIN for OSMC Controller B (right motor)
const byte controllerRB = 5;  //PWM REVERSE PIN for OSMC Controller B (right motor)
const byte disablePin = 2; //OSMC disable, pull LOW to enable motor controller

int analogTmp = 0; //temporary variable to store 
int throttle, direction = 0; //throttle (Y axis) and direction (X axis) 

int leftMotor,leftMotorScaled = 0; //left Motor helper variables
float leftMotorScale = 0;

int rightMotor,rightMotorScaled = 0; //right Motor helper variables
float rightMotorScale = 0;

float maxMotorScale = 0; //holds the mixed output scaling factor

int deadZone = 10; //jostick dead zone 

void setup()  { 

  //initialization of pins  
  Serial.begin(19200);
  pinMode(controllerFA, OUTPUT);
  pinMode(controllerRA, OUTPUT);
  pinMode(controllerFB, OUTPUT);
  pinMode(controllerRB, OUTPUT);  

  pinMode(disablePin, OUTPUT);
  digitalWrite(disablePin, LOW);
} 

void loop()  { 
  //aquire the analog input for Y  and rescale the 0..1023 range to -255..255 range
  analogTmp = analogRead(joysticYA);
  throttle = (512-analogTmp)/2;

  delayMicroseconds(100);
  //...and  the same for X axis
  analogTmp = analogRead(joysticXA);
  direction = -(512-analogTmp)/2;

  //mix throttle and direction
  leftMotor = throttle+direction;
  rightMotor = throttle-direction;

  //print the initial mix results
  Serial.print("LIN:"); Serial.print( leftMotor, DEC);
  Serial.print(", RIN:"); Serial.print( rightMotor, DEC);

  //calculate the scale of the results in comparision base 8 bit PWM resolution
  leftMotorScale =  leftMotor/255.0;
  leftMotorScale = abs(leftMotorScale);
  rightMotorScale =  rightMotor/255.0;
  rightMotorScale = abs(rightMotorScale);

  Serial.print("| LSCALE:"); Serial.print( leftMotorScale,2);
  Serial.print(", RSCALE:"); Serial.print( rightMotorScale,2);

  //choose the max scale value if it is above 1
  maxMotorScale = max(leftMotorScale,rightMotorScale);
  maxMotorScale = max(1,maxMotorScale);

  //and apply it to the mixed values
  leftMotorScaled = constrain(leftMotor/maxMotorScale,-255,255);
  rightMotorScaled = constrain(rightMotor/maxMotorScale,-255,255);

  Serial.print("| LOUT:"); Serial.print( leftMotorScaled);
  Serial.print(", ROUT:"); Serial.print( rightMotorScaled);

  Serial.print(" |");

  //apply the results to appropriate uC PWM outputs for the LEFT motor:
  if(abs(leftMotorScaled)>deadZone)
  {

    if (leftMotorScaled > 0)
    {
      Serial.print("F");
      Serial.print(abs(leftMotorScaled),DEC);

      analogWrite(controllerRA,0);
      analogWrite(controllerFA,abs(leftMotorScaled));            
    }
    else 
    {
      Serial.print("R");
      Serial.print(abs(leftMotorScaled),DEC);

      analogWrite(controllerFA,0);
      analogWrite(controllerRA,abs(leftMotorScaled));  
    }
  }  
  else 
  {
  Serial.print("IDLE");
  analogWrite(controllerFA,0);
  analogWrite(controllerRA,0);
  } 

  //apply the results to appropriate uC PWM outputs for the RIGHT motor:  
  if(abs(rightMotorScaled)>deadZone)
  {

    if (rightMotorScaled > 0)
    {
      Serial.print("F");
      Serial.print(abs(rightMotorScaled),DEC);

      analogWrite(controllerRB,0);
      analogWrite(controllerFB,abs(rightMotorScaled));            
    }
    else 
    {
      Serial.print("R");
      Serial.print(abs(rightMotorScaled),DEC);

      analogWrite(controllerFB,0);
      analogWrite(controllerRB,abs(rightMotorScaled));  
    }
  }  
  else 
  {
  Serial.print("IDLE");
  analogWrite(controllerFB,0);
  analogWrite(controllerRB,0);
  } 

  Serial.println("");

  //To do: throttle change limiting, to avoid radical changes of direction for large DC motors

  delay(10);

}