基于山景P20系列芯片的导航扫地机器人DEMO介绍（1）

       大概在去年的时候从老大那接到一个智能扫地机的任务，目的有两点：

   1）将智能扫地机作为一个综合展示平台，展示我们芯片的特色，以及这些特色所带来的性价比优势；同时也是把自己当做客户，对芯片的各个方面进行持续验证反馈；

   2）智能扫地机牵涉的面比较广——传感器、电机、电池、电源管理、遥控、WI-FI、蓝牙、音视频、RTOS、行为控制、等等等等，一大堆。通过这样一个智能扫地机DEMO来给我们在相关领域的客户一些比较实用的例子,和趟坑经历。

       去年底我们完成了基于P10的智能扫地机Demo，从查资料、拆机、逆向到方案设计、软硬件实现、调试、再版、整机微调（主要是传感器参数、行为动作调整，和debug），也是颇有波折。接下来我着重介绍一下我觉得可能比较有参考价值的地方。

        下图是我们参考科沃斯扫地机做的Demo板，基于P10开发，P10采用M3内核，主频为96MHz。PCB布局比较乱，让各位看官见笑了。

        要介绍P20的导航式扫地机，不得不先简单介绍一下P10的这版 ，这版扫地机是没有导航和定位的，有四个工作模式：自由模式（随机转角+小区域困境判断）、沿边模式、精扫模式（犁田式弓形）、局部清扫模式（螺旋向外）；以及三个特殊模式：待机模式、回充模式、错误模式。退出特殊模式需要判断扫地机现状是否符合退出条件。

通过一个模式控制器（任务）对这些模式进行管理，主要是借助SDK内嵌的FREERTOS的任务进行管理，这几个模式的优先级是相同的，且不同模式之间互斥。模式切换意味着前一个模式被KILL。每个模式可以看做是一个工作场景。每个场景对应的机器人的行为特点不同，但是一些基本的行为是每个工作模式都会用到的。

介绍一下关于这版扫地机器人的控制，主要是基于行为的机器人控制，我们只是参考了这些理论，所以和你们查到的文献描述的可能不太一样。请你们也只是参考就行啦。主要可以分为三类行为（视实际需要规划）。其中理性行为的优先级最高，大家可以想象一下火中取栗这个场景，此时理性行为就是高于应激行为的。

举个例子，地上有一个栗子你准备捡起来，于是伸手去捡，这是计划行为；当手抓到栗子，感觉到很烫，手不由自主的缩了回来，这是应激行为；但是如果不赶紧捡起来就会被别人捡起来了，于是克服烫手的感觉，又捡起了栗子，这是理性行为。

对于这几层行为的优先级：理性行为>应激行为>计划行为。如下图所示：

每层行为可以细分若干行为，例如理性行为就包含了：假死、防堵转、防静止三个行为，这三个行为在设计上的优先级是一样的，只是后来因为实际需要，将假死的优先级又提高了。

那么这些行为如果发生冲突是如何处理的呢，当消息事件产生后，通过仲裁机制来决定执行哪个行为。三层行为（理性行为、应激行为、计划行为）对应了高低不同的优先级，通过一个竞裁器来完成，当高优先级事件源来了，则通过竞裁器执行高优先行为。同一层行为的优先级设计上是一致的，这样通过抑裁器来仲裁，主要以事件源消息来的时间先后来决定执行哪个行为，从抑裁器获得执行的行为会保证其执行完或者执行合理的一段时间。

        设计好了之后就是调试了，附件是《P10扫地机器人DEMO开发调试记录》，其实就是调试修改的历史记录，分享出来，仅供参考。

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也许是最终演示效果不错，所以在近期，完成了P40的相关验证项目后，我们又从老大那接到一个智能扫地机的任务。。。项目就是带导航规划式智能扫地机。

套路不变，先大致做个调研：

       后来还弄来一台IROBOT的拖地机器人研究了一下，这台拖地机器人的方案是由一个小盒子向天花板打红外射线，拖地机器人通过陀螺仪进行导航，通过反射回来的网格进行定位和矫正，不过不开小盒子的影响似乎不大。

      之所以把朵朵S也对比进来，是因为，朵朵S在清扫覆盖率上也有不俗的表现（官方数据大于95%）。也就是说在完成清扫任务，降低重扫和盲区，这一项上，个人认为性价比最高的方案是朵朵S这个方案。

      因此我们决定参考朵朵S，采用陀螺仪做惯性导航的方案。

  MCU芯片选型

      由于带导航的规划的方案会有更多的运算需求，且生成地图时，如果要包含更多信息以做更好的规划，则地图占用的内存也是开销不少。我们选用了P20系列的128pin芯片。

        这里简单介绍一下P20：

内核：32位 RISC Core ，主频120MHz

集成224KB内存，可选SIPflash

8通道DMA 支持M2M/M2P/P2M/P2P模式

1个12-bit SAR-ADC（逐次逼近型ADC） @ max. 450KHz采样率，28通道

18通道PWM

专用无刷直流电机接口及其驱动

6路PWC

3路UART @max.3MHz波特率

1路IIC

2个SPI Master

1个SPI Slaver

蓝牙和Wi-Fi协议栈

  方案定型

          软件框架还是继承P10版扫地机。

 方案能够有些什么优势呢：

Wifi支持AP模式/路由模式

DEMO软件框架：

Platform:

    丰富的底层驱动，减少开发周期

Midware:

    稳定可靠且高效的中间件，有效提高软件效率和开发效率

Frameworks:

    基于行为的机器人控制应用框架，有效整合机器人的感知、决策、执行、人机交互、互联互通五要素，响应等级为1ms

Applcation:

   1）底层框架等的配置

   2）用户自定义配置，如GPIO、Key、语音键控

   3）基于任务的模式管理

   4）出错机制

   5）电源管理,如充电管理、电机监控

   6）地图定位及路径规划

Demo软件任务框图：

  硬件实现

  画了个板子，并总结了P10那版扫地机的一些经验教训（板子画的是不是好看些了，这是测试板，还有飞线，人艰勿喷）：

  加上了陀螺仪，包括了单陀螺仪芯片（XV7001B）和陀螺仪模块（R1071T）（或者R6091U三轴加速度单轴陀螺仪，可以进行斜面上的陀螺仪校准和并实现大斜面逃离行为）两个方案，单陀螺仪芯片需要去校准温漂和零漂。陀螺仪模块方案则可以不进行温漂校准，但前提是需要使用温漂特性符合要求的LDO供电。

调试

由于规划式方案，需要调试校准陀螺仪，以及校调路径规划等算法。为了调试方便，简单做了调试软件，用MFC开发，有两个调试界面，能够通过wifi或者串口进行调试，如下图所示

目前还在调试阶段，如果各位看官感兴趣的话，后续我会继续将更多更详细的内容与大家分享，也包括更新调试中遇到的问题及应对策略。