1. 滚球控制系统系统简介

1.1 题目要求

作为一名合格的研发人员，面对系统，首先要看的当然是需求，来看看需求长什么样。

图1-1 题目要求

看到 65cm*65cm 我觉得当年的参赛师兄师姐都已经哭了，这个系统对比往年的倒立摆、风力摆大得多，大就会有一个问题，细节将会被放大，特别是硬件结构的细节，我后面会详细说（只针对我选得材料，其他材料还未验证）。

1.2 硬件选取

首先当然是 65cm*65cm的板子选取 ，选的是雪弗板，当时是参考别人的方案的，有优点也有缺点吧。优点就是轻，加工比较容易，裁剪和后期想挖坑的话还是比较好操作的。同时不够硬又有一个缺点，易变形，怎么一个易变形，板子到处是坑，那种肉眼看不见，但是滚球能感受的到的坑，还有就是四周容易下垂，导致变成一个山形，雪弗板这个变形特性也是给我们带来很大的麻烦了。

其次是传动结构的选取，万向节和轴承肯定是缺不了的了，具体的会在下面说到。

最后是主控和识别传感器，先说识别的传感器，有人推荐用电容板，博主知识盲区，放弃了，选择了大多数人选择的摄像头，摄像头选择的是原子的OV2640，200W像素，SVGA 可达 30 帧，当初选择OV2640的原因很简单，只会32，只有原子接口的板子，还有就是没钱去买openmv啊，其实做滚球的话，也足够了，帧数也还可以，当然使用这个摄像头的话基本就告别了图像滤波，不然帧数就更低了，有经费的同学也可以上手openmv，对于识别小球这个简单物体是非常简单的，不用自己搞驱动，开窗控制也十分简单，寻找色块也就一条语句搞定，最重要的是，帧数更高，这个直接决定了你的PID参数好不好调。

2. 机械结构设计

滚球控制系统对于机械结构搭建要求还是比较高的，博主采用的是正交的结构，所谓的正交，也就是将板球切分为XY，舵机分别控制XY,中间加个万向节保证系统可任意沿XY翻转，舵机连接板的结构可以通过舵臂加轴承实现，上图吧。

图2-1 结构图一

图2-1 结构图二

此处有几个设计错误，首先是舵机垫高以及固定的地方，可以说是严重错误，但是当时身边没什么材料，就割了几块雪弗板作为坐垫，加上角码固定，导致系统运行时震动过大，调PID调到发吐。接着就是舵臂到平板的连接结构，使用亚克力板其实效果不好，亚克力板切成条之后刚性不足也会导致系统运行时系统震动。

对于挖不挖坑，官方是允许挖坑的，当时我还是建议先不挖坑，这个系统不震动的话，帧数够高的话，不挖坑也可以把小球稳定在目标范围，但是挖坑有个好处就是，入坑之后放弃控制就可以把小球留在坑中，不过，有坑的话控制也不是那么好，小球下坑会失控。

3. 软件算法设计

3.1 采用两套PID

软件算法设计，我觉得PID应该采用两套，在远离目标点和靠经目标点可以采用不同的PID参数，特别是针对挖坑的同学。

3.2 设置缓冲区

因为我们采用的是单级的PID控制，仅仅针对目标位置进行控制，对于轨迹基本上是无法控制的，但是我们可以设置缓冲区的方式拟合方式控制轨迹。针对画圆，我当时还未想出如何设计，也是通过缓冲区拟合的，后来做了风力摆就知道怎么一回事了，大家可以看看我的风力摆分享博客，找找思路。

图3-1 缓冲区设置

3.3 设置不同的初始位置

所谓的初始位置，其实就是，小球在每一个目标点静止不动是舵机的转动角度，使用这种方式可以更好的实现小球静止以解决平板变形的问题。

4. 踩坑经历

使用OV2640很麻烦的一点是，STM32内部SRAM大小只有192KB, 储存像素点的数据大小有限制，开窗不能太大，所以架子需要架得老高，虽然说可以设置输出图像大小，但是好像找不到对应的初始化序列，原子提供的接口也不管用。

使用STM32F4摄像头接口采集一帧数据会有帧中断，我们PID计算应该紧跟帧中断中，不能边获取图像边计算PID，会导致顺序混乱。

我们可以设计一些GUI方便调试参数，每次参数变动都得下载效率太低，这里推荐移植emWin设计GUI。

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