在 Ubuntu 22.04 虚拟机中调试宇树 A1 电机

scilwb
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在 Ubuntu 22.04 虚拟机中调试宇树 A1 电机

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Ubuntu22.04虚拟机平台环境搭建教程见链接
juejin.cn/post/756722…

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阶段 1：硬件连接与虚拟机设置

1.1 硬件连接

  • 电源：确保 A1 电机已连接到 24V 直流电源。

  • 通信：使用一个 USB-to-RS485 适配器。

  • 接线：将 USB-to-RS485 适配器的 A 和 B 端连接到 A1 电机的 RS485 A 和 B 端口。

  • 隔离：确保在这条 RS485 总线上只连接了这一个电机。

d1176126f8e9f897d5d37e28a9131433.jpg 1.2 虚拟机环境准备

  1. 启动 Ubuntu 22.04 虚拟机。

  2. 在虚拟机菜单（通常是顶部或底部的 “虚拟机” -> “可移动设备” 或 USB 图标）中，找到你的 USB-to-RS485 适配器（例如 "FTDI" 或 "CH340"），并选择 “连接到此虚拟机”。 50edc128648730be38119ed84d6ca3af.png

  3. 打开 Ubuntu 终端，安装编译所需的依赖：

    sudo apt update
sudo apt install build-essential cmake

1.3 查找串口设备

  1. 在 Ubuntu 终端中，运行以下命令来查找你的适配器被分配到的设备名：

    ls /dev/ttyUSB*

  2. 你应该会看到输出，例如：

/dev/ttyUSB0

请记住这个名称，这就是你的串口路径。

（故障排除：如果提示 没有那个文件或目录，说明你的 USB 适配器没有被虚拟机正确“直通”。请返回步骤 1.2，拔插 USB 设备，并确保在虚拟机菜单中选中了它。）

阶段 2：编译官方 SDK 工具

  1. 将你拥有的 unitree_actuator_sdk 文件夹（在本次调试中为 unitree_actuator_sdk-A1B1） 放置到你的主目录（例如 ~/Downloads）下。

  2. 进入该目录，并创建 build 文件夹来编译项目：

    # cd 到 SDK 根目录
cd ~/Downloads/unitree_actuator_sdk

# 创建并进入 build 文件夹
mkdir build
cd build

# 运行 cmake
cmake ..

# 编译
make

  3. 编译完成后，你会在 build 文件夹内看到 changeID 和 example_a1_motor 两个可执行文件。

阶段 3：使用 changeID 设置电机 ID

此步骤将电机的 ID 设置为一个已知值（例如 2），以便后续程序可以调用它。

  1. 确保你仍在 build 目录中。

  2. 使用 sudo 权限运行 changeID 程序：

    sudo ./changeID

  3. 程序会提示输入串口名称： Please input the name of serial port.(e.g. Linux:/dev/ttyUSB0, Windows:\\.\COM3)

  4. 输入你在步骤 1.3 中找到的名称，然后按 Enter 键：

    /dev/ttyUSB0

5. 程序会尝试发送广播命令。你可能会看到警告，这是正常的： [WARNING] SerialPort::recv, unblock version, wait time out [WARNING] motor id=187 does not reply
（解释：id=187 是 0xBB 的十进制，即广播ID。电机收到广播命令时不需要回复，所以此警告可忽略。）

  1. 程序会显示提示，表示已进入“ID修改模式”：
    Please turn the motor. One time: id=0; Two times: id=1, Three times: id=2 ID can only be 0, 1, 2 Once finished, press 'a `

image.png

  1. 执行操作：

    • 用手转动A1电机的输出轴。你会感觉到它在“咔-咔”地跳动（电子拨轮模式）。

    • 根据提示，为了将 ID 设置为 2，你需要转动电机直到感觉到 3 次“咔”的跳动。

    • 完成后，停止转动。

  2. 保存ID：

    • 在终端中，按下 a 键，然后按 Enter 键。

    • 程序会发送“保存ID”的命令并退出。

    • 至此，你的电机 ID 已被设置为 2。

阶段 4：使用 example_a1_motor 测试电机

此步骤用于验证 ID 是否设置成功，并测试电机的实际转动和数据反馈。

  1. 修改示例代码以匹配 ID：

    • example_a1_motor 默认控制的 ID 可能不是 2。我们需要修改它。

    • 回到 SDK 根目录，编辑 example_a1_motor.cpp 文件：

      cd ~/Downloads/unitree_actuator_sdk
gedit example/example_a1_motor.cpp

    • 在文件中找到设置 ID 的行（例如 cmd.id = 0; 或 cmd.id = 1;），将其修改为你刚刚设置的 ID 2：

      cmd.id = 2;

    • 保存文件并退出 (按 Ctrl+O, Enter, Ctrl+X)。

  2. 重新编译：

    • 回到 build 目录并重新运行 make：

      cd build
make

  3. 运行测试：

    • 确保电机已固定好，防止转动时跳动。

    • 运行修改后的程序：

      sudo ./example_a1_motor

阶段 5：测试位置控制 (伺服模式)

这是 STM32 项目的核心目标：控制电机转到特定圈数（位置）。我们将修改 example_a1_motor.cpp 来实现“转动1圈并保持”。

  1. 重要概念：转子端 vs 输出端

    • 宇树A1电机使用手册.pdf 和 宇树A1电机数据手册.pdf 明确指出，A1 电机的减速比约为 9.1 (或 9)。

    • 所有的控制指令（Pos, W, K_P, K_W）都是发送给减速器前的电机转子的，而不是最终的输出轴 4。

    • 因此，要让输出轴转 1 圈 (6.28 弧度)，你需要命令电机转子转 6.28 * 9.1 弧度 5。

  2. 修改示例代码 (位置模式)：

    • 打开 example_a1_motor.cpp 文件：

      cd ~/Downloads/unitree_actuator_sdk
gedit example/example_a1_motor.cpp

    • 将其 while(true) 循环中的命令部分修改为如下内容。我们使用 mode = 10 (FOC伺服模式) 6666，并设置 kp 和 kd：

      #include <unistd.h>
#include "serialPort/SerialPort.h"
#include "unitreeMotor/unitreeMotor.h"
#define circle -2	//A1电机目标圈数

int main() {

  SerialPort  serial("/dev/ttyUSB0");
  MotorCmd    cmd;
  MotorData   data;

  while(true) 
  {
        cmd.motorType = MotorType::A1;
        data.motorType = MotorType::A1;
        cmd.mode  = queryMotorMode(MotorType::A1,MotorMode::FOC); // 模式10：闭环伺服
        cmd.id    = 0;          // 你设置好的 ID
        cmd.kp    = 0.007;       // 位置刚度 Kp (一个示例值)
        cmd.kd    = 0.7;        // 速度刚度 Kd (一个示例值)

        // 目标：输出轴转 1 圈 (6.28 弧度)
        // 减速比为 9.1 (来自手册)
        cmd.q     = 6.28 * 9.1*circle; // 目标位置 (转子端)
        cmd.dq    = 0.0;        // 目标速度 0
        cmd.tau   = 0.0;        // 前馈力矩 0

        serial.sendRecv(&cmd,&data);

    std::cout <<  std::endl;
    std::cout <<  "motor.q: "    << data.q    <<  std::endl;
    std::cout <<  "motor.temp: "   << data.temp   <<  std::endl;
    std::cout <<  "motor.W: "      << data.dq      <<  std::endl;
    std::cout <<  "motor.merror: " << data.merror <<  std::endl;
    std::cout <<  std::endl;

    usleep(200);
  }

}

    保存文件并退出 (按 Ctrl+O, Enter, Ctrl+X)。

  3. 重新编译：

    cd build
make

  4. 运行测试 (位置模式)：

    • 安全警告：确保电机已固定。此命令会使电机立即转动circle圈(2圈)并强力锁止。

    • cmd.kp & cmd.kd调参：
      cmd.kp从很小的值（0.001开始），如果刚开始扭矩太大导致电机响应太快，则减小cmd.kp，如果电机转速太慢，则增大cmd.kp
      cmd.kd大致为cmd.kp的10倍，如果最后到达目标圈数的时候存在震荡，则增大cmd.kd

    • 运行程序：

      sudo ./example_a1_motor

    • 预期结果：

      • 电机快速转动 circle圈（circle*360度）。

      • 电机强力地保持在 circle圈的位置，你用手无法转动它。

      • 终端会打印 merror: 0，并且 motor.q 的值会稳定在 -111.496 附近 (即 6.28 * 9.1*circle)。

        image.png

阶段 6：测试阻尼模式（待完善）

阻尼模式让电机变得“粘稠”，它会抵抗运动，但不会锁定位置。这在机器人腿部落地时非常有用。

  1. 修改示例代码 (阻尼模式)：

    • 根据手册，阻尼模式是速度模式的一种特例，设置 W=0 7。

    • 终端输入 gedit example/example_a1_motor.cpp 打开文件，并修改 while(true) 循环：

      // ... (while(true) 循环内部)
cmd.mode  = queryMotorMode(MotorType::A1,MotorMode::FOC); // 模式10
cmd.id    = 2;
cmd.kp    = 0.0;        // Kp 设为 0
cmd.kd    = 3.0;        // 仅设置 Kd (阻尼)
cmd.q     = 0.0;        // 目标位置 0
cmd.dq    = 0.0;        // 目标速度 0
cmd.tau   = 0.0;
// ...

  2. 重新编译并运行：

    cd build
make
sudo ./example_a1_motor

  3. 预期结果：

    • 电机不会主动转动。

    • 用手转动电机输出轴：你会感觉到一股与你转动速度成正比的阻力，就像在转动一个粘稠的旋钮。

    • 松手：电机会停在当前位置，而不是返回原点。

阶段 7：测试力矩模式（待完善）

此模式让电机输出恒定的力矩，这对于模拟弹簧或施加恒定压力很有用。

  1. 修改示例代码 (力矩模式)：

    • 根据手册，力矩模式需要将 Kp 和 Kd 都设为 0 8。

    • 终端 gedit example/example_a1_motor.cpp 打开文件，并修改 while(true) 循环：

      // ... (while(true) 循环内部)
cmd.mode  = queryMotorMode(MotorType::A1,MotorMode::FOC); // 模式10
cmd.id    = 2;
cmd.kp    = 0.0;        // Kp 设为 0
cmd.kd    = 0.0;        // Kd 设为 0
cmd.q     = 0.0;
cmd.dq    = 0.0;
cmd.tau   = 0.5;        // 设置一个较小的前馈力矩 (单位 N.m)
// ...

  2. 重新编译并运行：

    cd build
make
sudo ./example_a1_motor

  3. 预期结果：

    • 电机开始以一个恒定的（较小的）力矩转动。

    • 注意：由于没有负载，电机会持续加速直到达到最大速度 9。

    • 你可以用手感觉到它在"使劲"，但你可以轻易地阻止它。

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