二輪差動模型的機械人底盤,是最常見的機械人底盤,像掃地機械人,循跡小車等。作為機械人的移動部件,它需要實現輸入輸出兩大功能。
輸入:接收控制指令速度v和角速度w(v,w)--單位m/s rad/s
輸出:機械人相對位姿x、y軸座標,角度th(x,y,th)--單位 m m rad
必要時反饋當前機械人速度cv和角速度cw
以上定義把機械人抽象成乙個移動的質點,中心為機械人原地旋轉時的旋轉中心(非機械或物理上的中心),座標係為右手系。
定義好了座標系,我們用一組資料來表示機械人在移動過程中的位姿(位置 x,y 姿態角 th) (x , y , th)座標系的原點( 0 , 0 , 0)一般是機械人上電時候的位姿。
通常我們把機械人的旋轉中心的座標系叫做機械人座標系,機械人相對於上電時刻(0 , 0 , 0)原點的位姿叫做里程計座標系。
機械人接受控制指令(v , w )v是指機械人正前方的速度 , w是指機械人原地旋轉時角速度(逆時針為正)。
我們的主要問題是如何獲得機械人的里程計資料,即機械人相對運動的軌跡(x , y , th)。
首先我們看角度th,這個比較好理解。就是 機械人當前的所有角度增量的和;角度增量= 角速度*時間 ∆th = cw * ∆t ; th = ∑ ∆th ;
然後我們看座標(x,y),這個要抽象點,分三步:
第一步:計算 在機械人座標系下(這個座標系相對機械人中心而言的) 延x軸的增量 ∆x = v * ∆t;
第二步:將此增量轉換成里程計座標系下的 (∆x , ∆y ),這裡要用到上週期機械人的角度值 th; ∆x` = cos(th) ∆y` = sin(th)
第三步,將 ∆x· ∆y·累加到到上里程計 x = x + ∆x` y = y + ∆y` ;
講講麻煩,我們直接舉個例子來說明,其實很好理解。
我們假設幾個機械人有這樣三個時刻 t0 t1 t2,分別對應:(為方便計算角度單位為度 deg deg/s)
t0:時刻機械人上電,機械人座標系原點與里程計座標系原點重疊 ,位於里程計座標系 (0 , 0 , 0) 點,此時機械人以0.2m/s的速度向前移動1秒。
t1:時刻機械人停止運動,由於以0.2的速度向前移動1秒,所以里程計下的位姿是( 0.2 , 0 , 0 )。
此時機械人以30 deg/s 的角速度旋轉1秒,後停止轉動此時里程計下的位姿是(0.2 , 0 , 30)。
t2:時刻機械人再以0.2m/s的速度執行1秒。時刻機械人停止運動,此時里程計下座標是(0.373, 0.1 , 30)
上圖說明
先寫這麼多,示例**整理後再貼出來。
最後打個廣告tgv1.taobao.com科派斯機械人,這是我做的過載機械人底盤,請指教,謝謝!
這個博主寫的比較漂亮規範,大家可以看看。
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