两轮差速移动机器人运动分析、建模和控制

最新推荐文章于 2024-10-10 18:11:45 发布

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#机器人 #建模分析 #运动控制 #两轮差速

本文详细探讨了两轮差速移动机器人的运动学分析建模，包括三种运动状态、函数模型和仿真验证。通过对机器人的线速度、角速度的研究，建立了运动控制模型，并介绍了点到点及路径跟踪的控制策略，如Pure pursuit算法，分析了前瞻点选择对跟踪性能的影响。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

文中每个模型、算法和仿真的程序都将在仿真结果前给出对应的下载链接。

1 运动学分析建模

运动特性为两轮差速驱动，其底部后方两个同构驱动轮的转动为其提供动力，前方的随动轮起支撑作用并不推动其运动，如图1两轮差速驱动示意图所示。

定义其左右驱动轮的中心分别为 $W_l$ 和 $W_r$ ，且车体坐标系中这两点在惯性坐标系下移动的线速度为 $v_l$ 和 $v_r$ ，理想情况下即为左右轮转动时做圆周运动的线速度。该值可以通过电机驱动接口输出的角转速 $\phi_l$ ， $\phi_r$ 和驱动轮半径 $r$ 求得，即：
$v_l = r\cdot {\phi_l}$
令两驱动轮中心连线的中点为机器的基点 $C$ ， $C$ 点在大地坐标系 $X O Y$ 下坐标为 $(x, y)$ ，机器的瞬时线速度为 $v_c$ ，瞬时角速度 $\omega_c$ ，姿态角 $θ$ 即为 $v_c$ 与 $X$ 轴夹角。此时，机器位姿信息可用矢量 $P = [x, y, θ]^T$ 表示。机器人瞬时线速度为 $v_c$ 可以表示为：
$v_c = \frac{v_r+v_l}{2}$
令左右轮间距为 $l$ ，且机器瞬时旋转中心（ICR）为 $O_c$ ，转动半径即为 $C$ 到 $O_c$ 的距离 $R$ 。机器在做同轴（轴为左右轮到ICR连线）圆周（圆心为ICR）运动时，左右轮及基点所处位置在该圆周运动中的角速度相同 $\omega_l=\omega_r=\omega_c$