机器人轮式差速底盘控制原理与实现

机器人轮式差速底盘控制原理与实现

轮式差速底盘是最常见的机器人移动结构之一，其核心通过左右轮转速差实现转向，控制逻辑简洁且成本低。以下从原理、控制方法、算法实现及应用场景展开介绍：

一、差速底盘的机械结构与运动原理

1. 结构组成

• 驱动轮：左右各一个主动轮，由独立电机（如直流电机、步进电机）驱动。
• 从动轮：1-2 个万向轮或固定轮，用于支撑底盘，不参与驱动。
• 传动系统：齿轮、皮带等连接电机与驱动轮，传递扭矩。

2. 运动原理

• 直线运动：左右轮转速相同（方向一致），底盘沿直线前进或后退。
• 转向运动：左右轮转速不同，产生转速差，底盘向低速轮一侧转弯。
  • 当左轮转速为 \(v_L\)，右轮转速为 \(v_R\)：
    • 若 \(v_L > v_R\)，底盘向右转弯；
    • 若 \(v_L < v_R\)，底盘向左转弯；
    • 若 \(v_L = -v_R\)，底盘原地旋转（零半径转弯）。

二、差速底盘的运动学模型

1. 基本参数定义

• r：驱动轮半径（m）；
• L：左右轮间距（轴距，m）；
• \(v_L, v_R\)：左右轮线速度（m/s）；
• v：底盘中心线速度（m/s）；
• \(\omega\)：转向角速度（rad/s）。

2. 运动学方程

• 底盘中心线速度：\(v = \frac{v_L + v_R}{2}\)
• 转向角速度：\(\omega = \frac{v_L - v_R}{L}\)
• 反推左右轮速度：\(v_L =