4.3 LowLevel 数据结构与函数说明

lowlevel.h 文件定义了机器人底层电机控制接口，主要通过共享内存（SHM）实现对机器人电机控制和状态的管理，同时还包括惯性测量单元（IMU）的数据共享。

4.3.1 数据结构

4.3.1.1 关节控制参数

结构体原型

typedef struct joint_control_def {
    float p_des; // 目标位置（单位：弧度）
    float v_des; // 目标速度（单位：弧度/秒）
    float kp;    // 比例增益
    float kd;    // 微分增益
    float t_ff;  // 前馈扭矩（单位：牛·米）
} joint_control_t;

字段说明

字段名	类型	说明
p_des	float	目标位置，单位为弧度
v_des	float	目标速度，单位为弧度/秒
kp	float	比例增益，用于控制器
kd	float	微分增益，用于控制器
t_ff	float	前馈扭矩，单位为牛·米

4.3.1.2 腿部控制参数

结构体原型

typedef struct leg_control_def {
    joint_control_t abad; // 髋关节外展/内收控制
    joint_control_t hip;  // 髋关节俯仰控制
    joint_control_t knee; // 膝关节控制
    joint_control_t foot; // 足部控制
    int32_t flags;        // 标志位，始终设置为 1
} leg_control_t;

字段说明

字段名	类型	说明
abad	joint_control_t	髋关节外展/内收控制参数
hip	joint_control_t	髋关节俯仰控制参数
knee	joint_control_t	膝关节控制参数
foot	joint_control_t	足部控制参数
flags	int32_t	标志位，始终设置为 1

4.3.1.3 关节状态参数

结构体原型

typedef struct joint_state_def {
    int32_t flags; // 状态标志位
    float p;       // 当前角度（单位：弧度）
    float v;       // 当前角速度（单位：弧度/秒）
    float t;       // 当前扭矩（单位：牛·米）
} joint_state_t;

字段说明

字段名	类型	说明
flags	int32_t	状态标志位，包含电机状态信息
p	float	当前角度，单位为弧度
v	float	当前角速度，单位为弧度/秒
t	float	当前扭矩，单位为牛·米

备注

flags 的每个位表示不同的状态信息，例如电压、温度、故障标志等。

4.3.1.4 腿部状态参数

结构体原型

typedef struct leg_state_def {
    joint_state_t abad; // 髋关节外展/内收状态
    joint_state_t hip;  // 髋关节俯仰状态
    joint_state_t knee; // 膝关节状态
    joint_state_t foot; // 足部状态
} leg_state_t;

字段说明

字段名	类型	说明
abad	joint_state_t	髋关节外展/内收状态参数
hip	joint_state_t	髋关节俯仰状态参数
knee	joint_state_t	膝关节状态参数
foot	joint_state_t	足部状态参数

4.3.2 函数接口

4.3.2.1 创建腿部控制共享内存

函数原型

static inline spline_data_p create_spline_shm(void);

功能概述 创建用于腿部控制和状态的共享内存。

返回值

返回值	说明
spline_data_p	指向共享内存的指针

备注

共享内存路径为 /spline_shm。
共享内存大小为 10 KB。

4.3.2.2 销毁腿部控制共享内存

函数原型

static inline void destroy_spline_shm(spline_data_p ptr);

功能概述 销毁腿部控制和状态的共享内存。

参数说明

参数名	类型	说明
ptr	spline_data_p	指向共享内存的指针

备注

当前实现中无需显式解除映射或删除共享内存。

4.3.2.3 创建 IMU 数据共享内存

函数原型

static inline nav_imu_p create_imu_shm(void);

功能概述 创建用于 IMU 数据的共享内存。

返回值

返回值	说明
nav_imu_p	指向共享内存的指针

备注

共享内存路径为 /imu_shm。
共享内存大小为 1 KB。

4.3.2.4 销毁 IMU 数据共享内存

函数原型

static inline void destroy_imu_shm(nav_imu_p ptr);

功能概述 销毁 IMU 数据的共享内存。

参数说明

参数名	类型	说明
ptr	nav_imu_p	指向共享内存的指针

备注

当前实现中无需显式解除映射或删除共享内存。

4.3.3 注意事项

共享内存管理

确保在程序退出时正确销毁共享内存。
多进程访问共享内存时需注意同步问题。

参数范围

joint_control_t 中的参数（如 kp、kd）需根据具体硬件特性设置合理范围。
joint_state_t 中的状态值（如 p、v、t）可能受硬件限制。

实时性要求

共享内存的更新频率为 1 ms，需确保消费者能够及时处理数据。

数据读写

CONSUMER_CONTROL为状态位，
- 控制时由消费者将状态置为1，由生产者读取数据后将状态置为0。
- 读取数据时由生产者将状态置为1，由消费者读取数据后将状态置为0。