第一章底盘驱动基础

做机器人底盘这么多年，我始终觉得驱动基础是重中之重。你想想看，底盘都走不稳，上层算法再漂亮也是白搭。今天我们就从最基础的直流电机开始聊起。

直流电机这东西，说白了就是电能转机械能。我刚开始接触时也觉得挺玄乎，其实核心就三个东西：定子、转子、换向器。

电流通过电刷进入转子线圈，在磁场中受力旋转。嗯，这就是安培力的应用。你记住一个关键点：电机转速和电压成正比，扭矩和电流成正比。

核心公式：

其中 U 是电枢电压，I 是电枢电流，R 是电枢电阻，Kφ 是电机常数。

我在项目中遇到过一个问题：选电机时只看功率，忽略了额定转速和扭矩的匹配。结果底盘跑起来要么没力，要么速度上不去。后来我学乖了，先算负载再选型。

电机要正反转，怎么办？H桥就是干这个的。四个开关管组成一个"H"形状，通过控制不同开关的通断来改变电流方向。

我的个人习惯：调试H桥时，先用小电压测试，确认逻辑正确再上全压。这习惯救过我不少次。

H桥的四种工作状态：

避坑指南：我曾经犯过一个低级错误——上下桥臂同时导通，直接烧了MOS管。记住，一定要加死区时间，哪怕只有几百纳秒。

实际项目中，我推荐用集成H桥芯片，比如L298N、TB6612。自己搭分立元件？除非你在做高功率驱动，否则别折腾。

为什么要用PWM？因为简单、高效。通过调节占空比，就能控制电机两端的平均电压。

占空比 50% 时，平均电压就是电源电压的一半。转速也就差不多一半。但这里有个坑：占空比太低时，电机可能转不起来。

PWM关键参数：

我建议你选PWM频率时，避开人耳敏感区（2kHz-5kHz）。我一般用10kHz，听不到噪音，开关损耗也还能接受。

为什么会这样？因为频率太低时，电机线圈的感抗小，电流纹波大，电机发热严重。频率太高呢？MOS管开关损耗上去了，驱动芯片烫得能煎鸡蛋。

编码器就是电机的"眼睛"。没有它，你根本不知道轮子转了多少圈、朝哪个方向转。

常用的编码器分两种：

做底盘驱动，增量式编码器用得最多。为什么？便宜、够用。你想想看，我们只需要知道相对位移，不需要位置。

我的经验：编码器线数（PPR）不是越高越好。1024线对于大多数底盘已经足够。线数太高，单片机中断处理不过来，反而丢步。

编码器读数公式：

// 假设编码器线数 512，4倍频
float distance_per_pulse = (3.14159 * wheel_diameter) / (512 * 4);

// 计算位移
float distance = pulse_count * distance_per_pulse;

嗯，这里要注意：4倍频是利用A、B两路信号的上升沿和下降沿，把分辨率提高4倍。我刚开始做时不知道这个技巧，白白浪费了编码器的精度。

避坑指南：我曾经遇到过编码器信号抖动的问题。排查了半天，发现是电机电刷产生的电磁干扰。解决办法：用双绞屏蔽线，信号线远离电机电源线。

下面这张图，是我梳理的本章知识结构。你看一遍，心里就有谱了。

这四个知识点环环相扣。电机是执行器，H桥是驱动器，PWM是控制手段，编码器是反馈元件。少了任何一个，底盘驱动都玩不转。

好了，第一章就到这里。记住我今天说的这些坑，你后面做底盘融合时会少走很多弯路。

第一章 底盘驱动基础