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README.zh-CN.md

File metadata and controls

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ATOM-IMU 模块（基于 XRobot）

imu

English | 简体中文

参数

  • 输出频率：1-1000Hz
  • 支持电压：5V/24V
  • 接口：USB / UART / CANFD
  • 支持数据类型：加速度计 (ACC) / 陀螺仪 (GYRO) / 欧拉角 (EULR) / 四元数 (QUAT)
  • UART 波特率：460800 (终端) / 1M (数据)
  • CAN 波特率：1M / 5M
  • 陀螺仪：最大量程 ±2000DPS，分辨率 0.015DPS
  • 加速度计：最大量程 ±24G，分辨率 0.0001G

输出测试

data

连接方式

  • USB-CH342：UART_DATA(1M) UART_TERMINAL(460800)
  • UART 1.25 4P：
    • 1: RX
    • 2: TX
    • 3: GND
    • 4: +5V_IN
  • CAN 1.25 2P：
    • 1: CANL
    • 2: CANH
  • XT30 供电：24V_IN

示例代码

├── linux_uart_example      `Linux UART 解析示例`
├── ros_imu_publisher       `ROS IMU 发布节点`
├── ros_imu_subscriber      `ROS IMU 订阅节点`
├── ros_rviz_example.rviz   `ROS RViz 可视化`
└── stm32_can_example       `STM32 CANFD 解析示例`

Linux UART 示例

linux_uart_example

请使用 wch 官方 USB 驱动 以确保稳定性。

# 安装驱动
sudo apt install mokutil shim-signed
sudo update-secureboot-policy --new-key
openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -keyout MOK.priv -outform DER -out MOK.der -nodes -days 36500 -subj "/CN=Descriptive name/"
sudo mokutil --import /var/lib/shim-signed/mok/MOK.der

# 重启并注册 MOK
reboot

# 下载并编译驱动
git clone https://github.com/WCHSoftGroup/ch343ser_linux
cd ch343ser_linux/driver
make

# 签名驱动
sudo /usr/src/linux-headers-$(uname -r)/scripts/sign-file sha256 /var/lib/shim-signed/mok/MOK.priv /var/lib/shim-signed/mok/MOK.der ch343.ko

# 安装驱动
sudo make install
reboot

编译并运行示例：

gcc main.c -o main
./main

ROS 示例

VERSION=rolling

发布

colcon build
ros2 run imu_publisher node_imu

订阅

colcon build
ros2 run imu_subscriber node_imu

RViz 可视化

使用 ros_rviz_example.rviz 在 RViz2 中打开。

STM32 CAN 示例

make

终端交互

linux@XRobot:~$ ls /dev/ttyCH*
/dev/ttyCH343USB0  /dev/ttyCH343USB1

linux@XRobot:~$ picocom /dev/ttyCH343USB0 -b 460800

示例输出：

 __  __ _      _ ___ _        _ _
|  \/  (_)_ _ (_) __| |_  ___| | |
| |\/| | | ' \| \__ \ ' \/ -_) | |
|_|  |_|_|_||_|_|___/_||_\___|_|_|
Build:Aug 31 2024 23:47:44
version:1.0.6

Welcome to use XRobot!

IMU 设置

atom@XRobot:~$ set_imu
# 设定模式：CAN / CANFD
can mode
# 设定数据类型：加速度、陀螺仪、四元数、欧拉角
data:accl,gyro,quat,eulr,
# UART输出使能
uart output enabled.
# CAN_BRIDGE模式(通过uart透传收到的CAN数据，使能会强制设置数据串口为2Mbps)
can bridge mode enabled.
# 设定反馈延迟（单位：毫秒，范围 1-1000）
feedback delay:1
# 设定 CAN ID
id:48

Usage:
 set_delay  [time]  设置发送延时ms
 set_can_id [id]    设置can id
 enable/disable     [accl/gyro/quat/eulr/canfd/can/uart/can_bridge]
 set_uart_baud      [0:9600 1:100000 2:115200 3:460800 4:921600 5:1000000 6:2000000]
 set_uart_parity    [0:None, 1:Odd, 2:Even]

校准（Calibration）

完整校准过程约需 20 分钟。

# 将 X 轴对准重力方向
atom@XRobot:~$ bmi088 cali
...
# 将 X 轴对准重力相反方向
atom@XRobot:~$ bmi088 cali
...
# 将 Y 轴对准重力方向
atom@XRobot:~$ bmi088 cali
...
# 将 Y 轴对准重力相反方向
atom@XRobot:~$ bmi088 cali
...
# 将 Z 轴对准重力方向
atom@XRobot:~$ bmi088 cali
...
# 将 Z 轴对准重力相反方向
atom@XRobot:~$ bmi088 cali
...

# 完成后执行最终校准
atom@XRobot:~$ bmi088 cal_cali

# 将 Z 轴对准重力方向
atom@XRobot:~$ icm42688 cali
...

对于单个轴，较好的校准结果（数据均匀分布且标准差小）：

atom@XRobot:~$ bmi088 cali
开始校准，请保持陀螺仪稳定，总共需要校准六个方向，每个方向校准5个循环，请耐心等待
第0次循环结果 gx:0.006655 gy:-0.001768 gz:-0.000242 ax:-0.995890 ay:-0.025403 az:0.017022
第1次循环结果 gx:0.006607 gy:-0.001795 gz:-0.000210 ax:-0.995826 ay:-0.025389 az:0.017130
第2次循环结果 gx:0.006648 gy:-0.001823 gz:-0.000215 ax:-0.995846 ay:-0.025392 az:0.017057
第3次循环结果 gx:0.006646 gy:-0.001818 gz:-0.000261 ax:-0.995899 ay:-0.025318 az:0.017129
第4次循环结果 gx:0.006620 gy:-0.001803 gz:-0.000195 ax:-0.995871 ay:-0.025370 az:0.017050
校准结果 x:0.006635 y:-0.001801 z:-0.000225 accl:-0.995871

数据递增/递减或大幅抖动则需要重新校准。每个轴都可多次校准，无顺序要求。

对于最后的校准结果，以error矩阵中每项误差小于0.0001为标准（少数项稍大于0.0001也可接受）：

atom@XRobot:~$ bmi088 cal_cali
x:0.000062 0.000040 -0.000053 0.006701
y:0.000030 0.000051 -0.000048 -0.001750
z:-0.000028 -0.000026 0.000058 -0.000260
error:
-0.000004 -0.000021 +0.000007
+0.000079 +0.000039 -0.000050
-0.000106 -0.000033 +0.000062
-0.000026 -0.000000 +0.000010
+0.000062 +0.000021 -0.000091
+0.000016 +0.000004 +0.000024
所有校准步骤已完成

测量零漂

atom@XRobot:~$ /dev/AHRS test
请保持静止，开始检测零漂
请等待...
零漂: -0.120239 度/分钟

USB to CAN模式

atom@XRobot:~$ can
monitor [number: 1-32] [timeout] 监控指定数量的can包
atom@XRobot:~$ can monitor 5 100
CanId ID:00000030 DATA:fe ff 03 00 f6 03 a5 ef
CanId ID:00000031 DATA:fc ff 0d 00 00 00 a5 ef
CanId ID:00000032 DATA:be 3c b6 20 44 8d a5 ef
CanId ID:00000034 DATA:de 3d 60 00 38 00 a5 ef
CanId ID:00000033 DATA:32 00 32 00 77 75 a5 ef
CanId ID:00000030 DATA:fe ff 04 00 f7 03 a5 ef
CanId ID:00000031 DATA:fd ff 0d 00 00 00 a5 ef
CanId ID:00000032 DATA:be 3c b6 20 44 8d a5 ef
CanId ID:00000034 DATA:de 3d 60 00 37 00 a5 ef
CanId ID:00000033 DATA:32 00 32 00 77 75 a5 ef

VOFA+ 可视化数据

请添加以下自定义命令：

/dev/AHRS print_quat 1000000 1\r\n

3D 模型

Top Model

Bottom Model

View

传输协议

UART 协议

UART总共会收到两种类型的数据，分别是数据帧（Data）和CAN透传帧（DataCanToUart）。

  • 数据帧包括：前缀，ID，时间戳，四元数，陀螺仪，加速度，CRC8校验。
  • CAN透传帧包括：前缀，ID，数据，CRC8校验。

CAN透传帧既可以由控制器发送给本模块，也可以由本模块发送给控制器，实现can接口的拓展。

typedef struct __attribute__((packed)) {
  float x;
  float y;
  float z;
} Vector3;

typedef struct __attribute__((packed)) {
  float q0;
  float q1;
  float q2;
  float q3;
} Quaternion;

typedef struct __attribute__((packed)) {
  float yaw;
  float pit;
  float rol;
} EulerAngles;

typedef struct __attribute__((packed)) {
  uint8_t prefix;
  uint8_t id;
  uint32_t time_ms;
  Quaternion quat;
  Vector3 gyro;
  Vector3 accl;
  EulerAngles eulr;
  uint8_t crc8;
} Data;

typedef struct __attribute__((packed)) {
  uint8_t prefix;
  uint32_t id;
  uint8_t data[8];
  uint8_t crc8;
} DataCanToUart;

CAN 协议

struct __attribute__((packed)) {
  uint32_t id;
  int16_t data[4];
}can_pack;

switch (can_pack.id) {
      case IMU_ID:
        accl.x = (float)(can_pack.data[0]) / 32767.0f * 16.0f;
        accl.y = (float)(can_pack.data[1]) / 32767.0f * 16.0f;
        accl.z = (float)(can_pack.data[2]) / 32767.0f * 16.0f;
        break;
      case IMU_ID + 1:
        gyro.x = (float)(can_pack.data[0]) / 32767.0f * 34.90658502f;
        gyro.y = (float)(can_pack.data[1]) / 32767.0f * 34.90658502f;
        gyro.z = (float)(can_pack.data[2]) / 32767.0f * 34.90658502f;
        break;
      case IMU_ID + 3:
        eulr.pit = (float)(can_pack.data[0]) / 32767.0f * M_2PI;
        eulr.rol = (float)(can_pack.data[1]) / 32767.0f * M_2PI;
        eulr.yaw = (float)(can_pack.data[2]) / 32767.0f * M_2PI;
        break;
      case IMU_ID + 4:
        quat.q0 = (float)(can_pack.data[0]) / 32767.0f * 2.0f;
        quat.q1 = (float)(can_pack.data[1]) / 32767.0f * 2.0f;
        quat.q2 = (float)(can_pack.data[2]) / 32767.0f * 2.0f;
        quat.q3 = (float)(can_pack.data[3]) / 32767.0f * 2.0f;
        break;
      default:
        break;
      }

CANFD 结构

 //CANID = IMU_ID

typedef struct __attribute__((packed)) {
  uint32_t time;
  Quaternion quat_;
  Vector3 gyro_;
  Vector3 accl_;
  EulerAngles eulr_;
} Data;

固件更新

⚠ 注意：请勿擦除整个 Flash！

  1. 获取最新固件：参考 firmware 目录。

  2. 进入 Bootloader 模式：

    power bl

  3. 使用 STM32CubeProgrammer 或 stm32flash 进行 UART 刷写。

  4. 重启

相关资源

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