四轮全向轮运动方程

### 四福来全向底盘解算方法 对于四福来全向底盘,其运动控制的核心在于如何将期望的速度矢量转换成各个电机所需的转速。这种类型的底盘能够实现平移和旋转的组合动作,因此解算过程相对复杂。 #### 平移与旋转分解 为了使机器人按照给定的方向移动并可能同时转动,需要先将全局坐标系下的线速度 \(v_x\) 和 \(v_y\) 以及角速度 \(\omega_z\) 进行分解到局部坐标系下。这一步骤可以通过如下变换矩阵完成: \[ T = \begin{bmatrix} cos(\theta) & sin(\theta) \\ -sin(\theta) & cos(\theta) \end{bmatrix} \] 其中 \(\theta\) 是当前机器人的朝向角度[^1]。 #### 转换成单个子的速度需求 接着,通过几何关系可以得出每个子相对于地面的实际前进方向上的分量。假设四个的位置分别位于正方形顶点上,则可以根据以下公式计算各所需的速度\(V_i\): \[ V_1 = v_x - v_y - r * ω_z \] \[ V_2 = v_x + v_y + r * ω_z \] \[ V_3 = v_x - v_y + r * ω_z \] \[ V_4 = v_x + v_y - r * ω_z \] 这里 \(r\) 表示从中心到底盘边缘的距离,即半径长度;而 \(ω_z\) 则代表绕垂直轴(z轴) 的角速度。 #### 计算电机PWM信号 最后一步是把上述得到的速度值映射为实际驱动电机所需要的脉宽调制(PWM)信号强度。通常情况下,会有一个预先设定好的比例因子用于调整这个映射关系,从而确保不同型号电机之间的兼容性和响应一致性。 ```python def calculate_wheel_speeds(vx, vy, omega, radius): """ Calculate individual wheel speeds based on desired velocity and angular speed. Args: vx (float): Linear velocity along X-axis in m/s. vy (float): Linear velocity along Y-axis in m/s. omega (float): Angular velocity around Z-axis in rad/s. radius (float): Distance from center to wheels in meters. Returns: tuple: Four-element tuple containing the velocities of each wheel. """ v1 = vx - vy - radius * omega v2 = vx + vy + radius * omega v3 = vx - vy + radius * omega v4 = vx + vy - radius * omega return (v1, v2, v3, v4) # Example usage vx = 0.5 # Desired linear velocity forward/backward vy = 0.3 # Desired lateral movement left/right omega = math.pi / 4 # Turning rate clockwise/counterclockwise radius = 0.2 # Radius between chassis center and any wheel wheel_speeds = calculate_wheel_speeds(vx, vy, omega, radius) print(f"Wheels should spin at these rates respectively {wheel_speeds}") ```
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