11、机器人系统建模与仿真：从基础到实践

机器人系统建模与仿真：从基础到实践

1. 机器人系统建模基础

机器人系统建模是验证机器人运动控制和仿真的基础。在ROS（机器人操作系统）中，3D机器人模型通过统一机器人描述格式（URDF）文件实现，这是一种XML文件，用于描述机器人及其部件结构、关节和自由度（DOF）。每个ROS系统中的3D机器人都有对应的URDF文件。

1.1 移动底盘运动模型

常见的移动机器人多为轮式机器人，以下介绍几种常见的轮式机器人底盘运动模型：
- 两轮差速底盘 ：采用差速驱动，两个动力轮位于底盘左右两侧，使用一个脚轮保持平衡。每个动力轮有独立的驱动机构，可独立控制速度。通过不同的速度实现底盘转向控制，通过相同速率和不同方向转动驱动轮实现底盘直线运动。
- 阿克曼驱动底盘 ：前轮转向、后轮驱动，通过转向发动机调整前轮姿态，改变底盘运动方向，后轮连接电机旋转为底盘提供前进动力。
- 同步驱动底盘 ：采用四轮驱动和差速转向，四个轮子都有驱动力，电机动力分配到四个轮子，减少了在恶劣路况下轮子打滑的可能性，提高了底盘的可控性。
- 三轮全向底盘 ：全向驱动底盘，具有良好的机动性和简单的结构。三个全向轮彼此间隔120°，每个全向轮由几个小滚轮组成，轮子的母线形成一个完整的圆，机器人可以在轮面切线方向或轴向方向移动，通过这两种运动的组合可以在平面内实现任意方向的运动。
- 四轮正交垂直底盘 ：由四个位于四边形顶点的全向轮组成，四个全向轮均为驱动轮，由电机驱动，可在任意方向直线