2 差速底盤運動學模型
參考資料
在學習ros的階段我們使用的都是標準的ros底盤，只需要乙個命令就可以啟動小車，然後向 cmd_vel話題上傳送資料即可控制小車移動的線速度和角速度。使用標準的ros底盤可以使我們快速的掌握ros導航的相關知識。處於加深對ros自主導航小車的學習，因此設計自製乙個ros小車底盤，學習標準底盤的製作過程。
本系列教程意在分享自己學習ros自主導航小車時候的筆記，教程內容包含了從零開始搭建乙個如下所示的四輪小車模型，小車的名字為mickx4開源自主導航小車mickx4（一）ros底盤硬體
開源自主導航小車mickx4（二）ros底盤運動控制
開源自主導航小車mickx4（三）底盤ros節點
開源自主導航小車mickx4（四）底盤urdf模型
開源自主導航小車mickx4（六）cartographer 室外2d建圖
開源自主導航小車mickx4（七）cartographer 室外3d建圖
開源自主導航小車mickx4（八）lego-loam 室外3d建圖
下圖是乙個mickx4小車的裝配效果圖：
在ros的自主導航框架中，運動控制系統主要負責小車底盤的精準速度控制並向工控機提供底盤感測器介面，這一部分被封裝成了ros的標準介面。小車底盤接收上位機下發的速度指令(v_tar,w_tar), 根據運動學模型解算每乙個電機對應的轉速值，控制器根據電機當前狀態實時計算控制量，控制電機達到指定的轉速。實現車輛的精準控制。
通常小車的底盤控制是由微控制器進行完成的，主要原因是通常電機介面不統一，部分電機採用can匯流排的方式驅動，但是有一些伺服電機採用的是pwm進行控制，而工控機通常只提供標準的介面（如，usb口、串列埠、乙太網口）。微控制器擴充套件io介面容易，可控制車載其他裝置（如，大燈、轉向燈等）。另一方面使用的微控制器進行控制的優點是微控制器實時性強，可以通過微控制器的中斷實現實時處理，其次小車底盤的運動控制屬於輕任務量的控制，而工控機適合處理大計算量的任務，如目標識別，構建環境地圖等。此外，在一定程度上也體現了機械人中模組化的思想，這種結構也可減輕工控機的負擔。
小車的機械部分我們用電機支座把電機固定在型材上，並使用型材搭建小車的底盤承重的支架。（這種結構很粗糙，車輛載重會影響電機的軸承，因此只適合做的演算法驗證的小車）
mickx4 小車底盤組裝全過程
mickx4 自主導航小車底盤測試
這一部分我們沒有做過多的研究，只是分享了乙個搭建過程，因為我們是從實驗室找的廢舊的材料組裝的。實際中各位可以按照自己的實際情況找乙個碳板或者加工乙個底盤支架固定電機即可。以下是我們所使用到的裝置清單：
這裡我們首先搭建如圖5-2所示的小車硬體框圖，該小車電機共使用4個大疆的m3508 電機，電機通過can匯流排與處理器相連，處理器使用stm32f103微控制器作為唯一的處理單元。小車板載的imu使用iic匯流排與處理器相連，超聲波模組安裝於小車四周，超聲波由超聲波控制器採集打包通過串列埠協議傳送到控制器中。最後處理器通過串列埠轉乙太網模組對工控機提供乙太網介面，通過tcp/ip 與工控機實現資料交換。
這裡我們首先搭建如圖5-2所示的小車硬體框圖，使用stm32f1微控制器作為底盤的主控制器（簡稱：底盤控制器），以實現遙控器資料採集、imu資料採集、超聲波和速度的閉環控制。
底盤控制器接收遙控器或者是工控機傳送的目標速度指令（v,w）,根據當前電機反饋的狀態資料，通過pid控制器計算控制量，最後通過can匯流排下發到每乙個電機上。
底盤的電氣系統主要負責為感測器和工控機供電，對電池充放電進行管理，檢測電池電量、過流保護及控制小車各模組上電順序。通常小車上使用dc-dc電壓轉換模組對外提供12v、19v、5v 等直流電源，而小車電機這類大功率裝置的供電（高壓供電）應由主控板通過控制固態繼電器或者接觸器實現。此外電氣系統還應具備過載保護的功能，當系統某一路電壓出現過載時，主控板可通過控制繼電器斷開該路電壓保障系統的安全。
實際我們搭建的小車由於使用的功率較小，因此我們沒有使用高低壓順序上電，也沒有使用接觸器控制電機的上電。電池使用的是大疆的電池，該電池自帶有過放電、充電保護和電池電量顯示的功能，對電氣系統進行了簡化。
下圖顯示了我們所使用的dc-dc模組和電池。
注意: 大家在選取電池的時候一定要選擇帶有過衝和過放保護、質量過硬的電池，否則在使用過程中可能會造成電池鼓包，產生安全隱患。
在完成小車底盤感測器的安裝以後，我們首先需要分析小車的運動學模型，找到小車整車速度(v,w)與每乙個電機的轉動角速度的關係。
主流的小車底盤按照轉向方式分為差速轉向底盤、全向輪底盤、阿卡曼轉向底盤。其中差速底盤由於其結構簡單通常被研究平台所採用，而阿卡曼轉向的底盤主要用於自動駕駛領域。
四輪差速底盤如圖5-4所示，四輪差速底盤的轉向中心在小車的幾何中心上。幾何中心到小車四個輪子的距離相等，通常四輪差速模型是按照左右兩側輪子的速度一樣，即當做兩輪模型來控制的。四輪差速模型在車輛轉彎的時候依靠輪胎的打滑實現轉向，
因此可以假設 v1=
此處我們以圖2中的差速模型進行討論其運動學特性。通常小車採用右手座標系（右手食指為x方向，大拇指指向z軸方向，中指指向y方向），這裡假設小車左輪的速度為v
lv_l
vl，右輪的速度為v
rv_r
vr，左右輪間距為2l2l
2l，小車整車的速度為v
vv，航向角速度為w
ww(角速度定義逆時針方向為正)。小車轉彎的半徑為r
rr，則小車的轉向半徑r滿足：
小車左右輪線速度滿足：
因此有(1)和(2)式可以得到左右輪的線速度為：
對上式中的兩個方程聯立求解可以得到小車整車的速度v
vv及航向角速度w
ww滿足以下關係：
上述理論模型主要用於控制小車，當設定了小車整車的速度以後我們需要轉換到每乙個輪子的目標轉速，最後對每個輪子分別實現變換控制。其次在推算小車的里程位置時候，我們獲得的資料是小車每乙個輪子的轉速或者是轉動的角度，此時我們需要根據上述模型，從每乙個輪子的速度逆向計算小車的整體速度與位移量。
在完成小車底盤感測器的安裝以後，我們在下一部分根據小車的運動學模型，找到小車整車速度
(v,w)與每乙個電機的轉動角速度的關係，並為小車設計速度控制器，實現小車的遙控運動。
當前小車底盤的**位於：
或者**交流（1149897304）
開源自主導航小車MickX4（十）總結
最早針對先鋒機械人底盤上實現了自主導航，產生了如下的幾篇部落格。當時在先鋒機械人的底盤上實現了自主導航。後來由於專案需要，產生了自己製作ros底盤的專案。因此製作了5輛麥卡納姆輪的底盤，這個過程編寫成為了以下兩篇博文 後來想製作在室外執行的自主導航小車，因此確定了mick 這個專案代號。開始使用四輪...
機械人自主導航路徑規劃實現演算法介紹
機械人實現自主導航就是實現機械人自主完成行駛任務，自主避障。功能需要 定位 建圖 規劃 定位 確定機械人位置資訊 建圖 識別建立環境地圖，以柵格占用地圖為主。地圖分為 占用柵格地圖及代價地圖 costmap 其中占用柵格地圖表述地圖的靜態障礙物資訊 代價地圖 costmap 用於導航，機械人以最小c...