差速机器人的三种运动学模型

时间: 2023-09-26 13:06:39 浏览: 390
DOCX

两轮差速底盘的运动模型分析:运动控制与里程计解算2018-11-03 by wsc

star5星 · 资源好评率100%
### 回答1: 很高兴能够回答你的问题。差速机器人有三种运动学模型:笛卡尔坐标系、全局坐标系和机器人工作空间。笛卡尔坐标系是一种直角坐标系,它由三个轴构成,分别为x、y和z轴,是一种三维坐标系统。全局坐标系是一种平面坐标系,它由两个轴构成,分别为x、y轴,是一种二维坐标系统。机器人工作空间是一个多维空间,由若干个轴构成,它可以表示机器人的姿态和位置。 ### 回答2: 差速机器人是一种常见的移动机器人类型,其运动学模型描述了机器人如何移动和转向。差速机器人的三种运动学模型分别是前进-后退模型、旋转模型和平移模型。 1. 前进-后退模型: 前进-后退模型是描述差速机器人直线运动的模型。差速机器人通过分别控制左右轮子的转动速度,来实现机器人的直线运动。当左右轮子转速相等时,机器人直线前进;而当左右轮子转速相反时,机器人将向后移动。根据两个轮子的转速差异,机器人还可以实现曲线运动。 2. 旋转模型: 旋转模型是描述差速机器人绕自身中心点旋转的模型。差速机器人通过控制左右轮子的转速差异来实现旋转运动。当左右轮子转速相等时,机器人将保持原地不动;当左右轮子转速有差异时,机器人将围绕自身中心点旋转。转速差异的大小决定了机器人的旋转速度和方向。 3. 平移模型: 平移模型是描述差速机器人斜向移动的模型。差速机器人通过控制左右轮子的转速差异和方向,来实现机器人的平移运动。当左右轮子转速相等且方向相同时,机器人将直线平移;而当转速和方向有差异时,机器人将呈现斜向移动。转速差异的大小和方向决定了机器人的平移速度和方向。 这三种运动学模型可以根据差速机器人的实际需求和控制算法进行组合和应用,从而实现多样化的运动方式及路径规划。 ### 回答3: 差速机器人是一种具有两个驱动轮的移动机器人,通过调节两个驱动轮的转速差异来实现运动控制。差速机器人的运动学模型主要分为以下三种:正向运动学模型、逆向运动学模型和动力学模型。 1. 正向运动学模型:正向运动学模型描述了机器人的运动参数与轮速的关系。对于差速机器人,正向运动学模型可以通过机器人的底盘尺寸和驱动轮半径来计算机器人的速度、转向角度等参数。通过正向运动学模型,可以根据输入的速度和转向角度,推算出机器人的位置和姿态。 2. 逆向运动学模型:逆向运动学模型与正向运动学模型相反,它描述了机器人的轮速与运动参数的关系。通过逆向运动学模型,可以根据设定的目标位置和姿态,计算出需要的驱动轮速度。逆向运动学模型在路径规划和运动轨迹控制中起着重要作用,可以帮助机器人精确控制运动。 3. 动力学模型:动力学模型描述了机器人在不同驱动轮转速下的力学特性和动力学行为。通过动力学模型,可以研究机器人在不同路面和负载条件下的运动特性,并根据实际环境中的力学限制,进行动态控制和稳定性分析。动力学模型可以帮助优化机器人的运动性能,实现更加稳定和高效的运动控制。 综上所述,差速机器人的三种运动学模型分别是正向运动学模型、逆向运动学模型和动力学模型。它们分别描述了机器人的运动参数与轮速的关系、轮速与运动参数的关系以及机器人在不同驱动轮转速下的力学特性和动力学行为。这些模型可以帮助我们理解和控制差速机器人的运动。
阅读全文

相关推荐

pdf
移动机器⼈差速轮运动学模型 原⽂地址: 做底层程序的时候,经常⽤到航迹推演(Odometry),⽆论是定位导航还是普通的⽅向控制。航迹推演中除了对机器⼈位姿进⾏估计,另 ⼀个很重要的关系是移动机器⼈前进速度、转向⾓速度与左轮速度、右轮速度之间的转换。 在⼀⽂中,是在假设已知机器⼈前进线速度和⾓速度的情况下,对机器⼈航迹推演的位姿进⾏推导了,然⽽缺少如何通过左右轮速度得到 、,因此本⽂将补上这个空缺。 下图是移动机器⼈在两个相邻时刻的位姿,其中是两相邻时刻移动机器⼈绕圆弧运动的⾓度,是两相邻时刻移动机器航向⾓(朝向⾓ head)的变化量。是左右轮之间的间距,是右轮⽐左轮多⾛的距离。是移动机器⼈圆弧运动的半径。 移动机器⼈前进速度等于左右轮速度的平均,这个好理解。 (1) 现在来推导机器⼈航向⾓如何计算,以及如何计算⾓速度。如图所⽰,把两个时刻的机器⼈位置叠加在⼀起,可以清楚的看到移动机器⼈ 航向⾓变化量是。从图中的⼏何关系可以得到: 也就是说移动机器⼈航向⾓变化了多少⾓度,它就绕其运动轨迹的圆⼼旋转了多少⾓度。这句话很好验证,我们让机器⼈做圆周运动,从起 点出发绕圆⼼⼀圈回到起点处,在这过程中机器⼈累计的航向⾓为360度,同时它也确实绕轨迹圆⼼运动了360度,说明机器⼈航向⾓变化 多少度,就绕圆⼼旋转了多少度。⽽这三个⾓度中,很容易计算出来,由于相邻时刻时间很短,⾓度变化量很⼩,有下⾯的近似公式: 所以可以得到机器⼈绕圆⼼运动的⾓速度,它也是机器⼈航向⾓变化的速度: (2) 线速度、⾓速度都有了,因此可以推出移动机器⼈圆弧运动的半径: (3) 从公式(3)可以发现当左轮速度等于右轮速度时,半径⽆穷⼤,即直线运动。最后将三个公式综合起来,可以得到左右轮速度和线速度⾓ 速度之间的关系如下,:
pdf
两轮差速机器⼈运动学模型 两轮差速底盘 1.1、底盘说明 两轮差速底盘由两个动⼒轮位于底盘左右两侧,两轮独⽴控制速度,通过给定不同速度实现底盘转向控制。⼀般会配有⼀到两个辅助⽀撑的 万向轮。 主要底盘有: 1、Turtlebot; 2、扫地机器⼈; 3、⽆⼈仓AGV⼩车; 4、轮椅; 底盘主要特点: 1、控制简单、⾥程计计算简单。 2、只能给定X⽅向速度、Z轴⽅向⾓速度。 1.2 底盘运动学分析 1.2.1、底盘模型 图1.2.1 常见的两轮差速底盘模型 1.2.2、机器⼈本⾝约束⽅程(物理特性) 图1.2.2 a 左侧是车的两个轮⼦,右侧带箭头的圆圈是运动的⽅向和运动的圆⼼ 图 1.2.2 b 两轮底盘运动解析图 如图1.2.2所⽰:车体速度为V, 左轮速度为VL ,右轮速度为VR , 车体⾃传速度为,转弯半径为R,两轮之间距离为D,两轮到车中⼼的距离为 d,右轮到圆⼼距离为L。 约束⽅程(⾼中知识): 、⾓速度、速度和运动半径之间的物理关系。 、左轮速度分解 、右轮速度分解 、和速度V等于左右轮速度之和的⼀半。 、由 、 得 得 整车⾓速度和两轮速度之间的关系 1.3、运动控制、控制指令分解 控制指令分解指如何通过控制左右两个轮的独⽴速度使整个机器⼈的整体运动既满⾜前向速度等于V,转动的⾓速度等于 图1.2.3 运动控制的输⼊、输出参数说明 如图1.2.3所⽰,运动控制器输⼊参数为整车速度Vx和⾓速度(因为轮⼦不能横着⾛所以Vy⼀直为零),输出参数是左右两轮速度VL 、 VR。转弯半径R则由左右轮速度决定。 由约束⽅程 、 得: 左轮速度为: (d为两轮之间距离的⼀半) 右轮速度为: 1.4、运动轨迹、⾥程计计算 图1.2.4 上电时刻机器⼈坐标系和世界坐标系重合 ⾥程计(odom)计算是指以机器⼈上电时刻为世界坐标系的起点O(0,0)(航向为世界坐标系的X轴指向)累积计算任意时刻机器⼈相对于 世界坐标系的位置及航向。 机器⼈的位置Pose.Xw、Pose.Yw的值可以看成是车体运动⽅向极⼩时间内位置增量分解到X、Y⽅向的积分量。 图1.2.5 机器⼈在世界坐标系的位置 此时分两种⽅式来推算轨迹:速度推算⽅式、编码器推算⽅式 I、速度推算轨迹:(速度积分累积误差较⼤,最终精度在10%左右) 在机器⼈坐标系下,单位时间 t(⼀个控制周期: t = ti+1 - ti,通常为10ms、20ms)以速度V移动的距离为 d = t*V。将此距离分 别分解到世界坐标系的X、Y轴: xw = d * cos(θ)= t * V * cos(θ) yw = d * sin(θ)= t * V * sin(θ) 同时单位时间⾓度变化为 θ = * t。 以此⽅式不断累积,即可实现任意时间的位置解算。 *Xw = Xw + xw = Xw + t * V * cos(θ) Yw = Yw + yw = Yw + t * V * sin(θ) θ = θ + t II、编码器推算轨迹:(直接对距离做分解累积误差相对较⼩,最终精度1%以内,如果做修正,同时航向⾓较准确的情况下精度可以达到 0.1%以内(已经实测)) 编码器每⼀个脉冲对应实际轮⼦⾏⾛的直线距离系数为: rate_encoder = 2 r/sum_encoders 其中r为车轮半径,sum_encoders为轮⼦⾛动⼀圈的编码器的脉冲总数。 单位时间 t内编码的增量为:inc_encoder = encoder_now – encoder_last,(当前编码器值减去上次编码器值) 则单位时间机器⼈移动的距离为 d = inc_encoder * rate_encoder 世界坐标系下x、y⽅向累计⾥程分别为: Xw = Xw + xw = Xw + d * cos(θ) Yw = Yw + yw = Yw + d * sin(θ) 其中航向⾓θ的获取分两种情况: A、底盘带具有稳定航向⾓的IMU,此⽅式可以使得最终解算的位置⼗分准确(电⼦罗盘受电机⼲扰交⼤不可⽤) θ直接等于IMU的航向⾓Yaw。(IMU的Yaw上电为0,刚好和车的航向⾓⼀致) B、依靠底盘两个轮⼦上精确的编码器推算航向⾓。 两轮编码器单位时间内增量分别为 inc_encoder_r、inc_encoder_l 单位时间内两轮扭动的距离差为 lenth_error = (inc_encoder_r- inc_encoder_l) * rate_encoder; 由 得:由距离差得单位时间内⾓度差为 anlge_z_error = lenth_error / 2d; 根据编码器累计的⾓度θ为 anlge_z += anlge_z_error。 此⽅式⾮常依赖编码器精度,有累计误差,效果不如直接使⽤IMU的好。

最新推荐

recommend-type

ListView上下翻页效果.zip

ListView上下翻页效果
recommend-type

Android项目之——漂亮的平台书架.zip

Android项目之——漂亮的平台书架
recommend-type

TestBrightness2.zip

TestBrightness2
recommend-type

00_Método_toBands.ipynb

gee python 教程(西班牙语)
recommend-type

(源码)基于Linux和GTK的系统监控与图形化显示.zip

# 基于Linux和GTK的系统监控与图形化显示 ## 项目简介 本项目旨在通过分析Linux系统中的proc目录,提取并展示系统的关键信息,包括系统概况、进程信息和内存使用情况。通过使用GTK库,项目提供了一个图形化的用户界面,使用户能够直观地查看和监控系统的实时状态。 ## 项目的主要特性和功能 1. 系统信息展示 显示内核版本、系统启动时间等基本信息。 提供系统的主机名、CPU详细参数等信息。 2. 进程信息展示 显示所有进程的摘要信息,包括PID、CPU和内存使用率。 支持根据CPU使用率、内存使用率等参数对进程进行排序。 3. 内存信息展示 展示系统的内存使用情况,包括总内存、可用内存等详细参数。 4. 动态刷新 系统信息、进程信息和内存信息能够实时动态刷新,确保用户获取最新的系统状态。 5. 图形化界面 使用GTK库创建直观的图形界面,方便用户查看和操作。
recommend-type

Java集合ArrayList实现字符串管理及效果展示

资源摘要信息:"Java集合框架中的ArrayList是一个可以动态增长和减少的数组实现。它继承了AbstractList类,并且实现了List接口。ArrayList内部使用数组来存储添加到集合中的元素,且允许其中存储重复的元素,也可以包含null元素。由于ArrayList实现了List接口,它支持一系列的列表操作,包括添加、删除、获取和设置特定位置的元素,以及迭代器遍历等。 当使用ArrayList存储元素时,它的容量会自动增加以适应需要,因此无需在创建ArrayList实例时指定其大小。当ArrayList中的元素数量超过当前容量时,其内部数组会重新分配更大的空间以容纳更多的元素。这个过程是自动完成的,但它可能导致在列表变大时会有性能上的损失,因为需要创建一个新的更大的数组,并将所有旧元素复制到新数组中。 在Java代码中,使用ArrayList通常需要导入java.util.ArrayList包。例如: ```java import java.util.ArrayList; public class Main { public static void main(String[] args) { ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("Hello"); list.add("World"); // 运行效果图将显示包含"Hello"和"World"的列表 } } ``` 上述代码创建了一个名为list的ArrayList实例,并向其中添加了两个字符串元素。在运行效果图中,可以直观地看到这个列表的内容。ArrayList提供了多种方法来操作集合中的元素,比如get(int index)用于获取指定位置的元素,set(int index, E element)用于更新指定位置的元素,remove(int index)或remove(Object o)用于删除元素,size()用于获取集合中元素的个数等。 为了演示如何使用ArrayList进行字符串的存储和管理,以下是更加详细的代码示例,以及一个简单的运行效果图展示: ```java import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; public class Main { public static void main(String[] args) { // 创建一个存储字符串的ArrayList ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); // 向ArrayList中添加字符串元素 list.add("Apple"); list.add("Banana"); list.add("Cherry"); list.add("Date"); // 使用增强for循环遍历ArrayList System.out.println("遍历ArrayList:"); for (String fruit : list) { System.out.println(fruit); } // 使用迭代器进行遍历 System.out.println("使用迭代器遍历:"); Iterator<String> iterator = list.iterator(); while (iterator.hasNext()) { String fruit = iterator.next(); System.out.println(fruit); } // 更新***List中的元素 list.set(1, "Blueberry"); // 移除ArrayList中的元素 list.remove(2); // 再次遍历ArrayList以展示更改效果 System.out.println("修改后的ArrayList:"); for (String fruit : list) { System.out.println(fruit); } // 获取ArrayList的大小 System.out.println("ArrayList的大小为: " + list.size()); } } ``` 在运行上述代码后,控制台会输出以下效果图: ``` 遍历ArrayList: Apple Banana Cherry Date 使用迭代器遍历: Apple Banana Cherry Date 修改后的ArrayList: Apple Blueberry Date ArrayList的大小为: 3 ``` 此代码段首先创建并初始化了一个包含几个水果名称的ArrayList,然后展示了如何遍历这个列表,更新和移除元素,最终再次遍历列表以展示所做的更改,并输出列表的当前大小。在这个过程中,可以看到ArrayList是如何灵活地管理字符串集合的。 此外,ArrayList的实现是基于数组的,因此它允许快速的随机访问,但对元素的插入和删除操作通常需要移动后续元素以保持数组的连续性,所以这些操作的性能开销会相对较大。如果频繁进行插入或删除操作,可以考虑使用LinkedList,它基于链表实现,更适合于这类操作。 在开发中使用ArrayList时,应当注意避免过度使用,特别是当知道集合中的元素数量将非常大时,因为这样可能会导致较高的内存消耗。针对特定的业务场景,选择合适的集合类是非常重要的,以确保程序性能和资源的最优化利用。"
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

【MATLAB信号处理优化】:算法实现与问题解决的实战指南

![【MATLAB信号处理优化】:算法实现与问题解决的实战指南](https://i0.hdslb.com/bfs/archive/e393ed87b10f9ae78435997437e40b0bf0326e7a.png@960w_540h_1c.webp) # 1. MATLAB信号处理基础 MATLAB,作为工程计算和算法开发中广泛使用的高级数学软件,为信号处理提供了强大的工具箱。本章将介绍MATLAB信号处理的基础知识,包括信号的类型、特性以及MATLAB处理信号的基本方法和步骤。 ## 1.1 信号的种类与特性 信号是信息的物理表示,可以是时间、空间或者其它形式的函数。信号可以被分
recommend-type

在西门子S120驱动系统中,更换SMI20编码器时应如何确保数据的正确备份和配置?

在西门子S120驱动系统中更换SMI20编码器是一个需要谨慎操作的过程,以确保数据的正确备份和配置。这里是一些详细步骤: 参考资源链接:[西门子Drive_CLIQ编码器SMI20数据在线读写步骤](https://wenku.csdn.net/doc/39x7cis876?spm=1055.2569.3001.10343) 1. 在进行任何操作之前,首先确保已经备份了当前工作的SMI20编码器的数据。这通常需要使用STARTER软件,并连接CU320控制器和电脑。 2. 从拓扑结构中移除旧编码器,下载当前拓扑结构,然后删除旧的SMI
recommend-type

实现2D3D相机拾取射线的关键技术

资源摘要信息: "camera-picking-ray:为2D/3D相机创建拾取射线" 本文介绍了一个名为"camera-picking-ray"的工具,该工具用于在2D和3D环境中,通过相机视角进行鼠标交互时创建拾取射线。拾取射线是指从相机(或视点)出发,通过鼠标点击位置指向场景中某一点的虚拟光线。这种技术广泛应用于游戏开发中,允许用户通过鼠标操作来选择、激活或互动场景中的对象。为了实现拾取射线,需要相机的投影矩阵(projection matrix)和视图矩阵(view matrix),这两个矩阵结合后可以逆变换得到拾取射线的起点和方向。 ### 知识点详解 1. **拾取射线(Picking Ray)**: - 拾取射线是3D图形学中的一个概念,它是从相机出发穿过视口(viewport)上某个特定点(通常是鼠标点击位置)的射线。 - 在游戏和虚拟现实应用中,拾取射线用于检测用户选择的对象、触发事件、进行命中测试(hit testing)等。 2. **投影矩阵(Projection Matrix)与视图矩阵(View Matrix)**: - 投影矩阵负责将3D场景中的点映射到2D视口上,通常包括透视投影(perspective projection)和平面投影(orthographic projection)。 - 视图矩阵定义了相机在场景中的位置和方向,它将物体从世界坐标系变换到相机坐标系。 - 将投影矩阵和视图矩阵结合起来得到的invProjView矩阵用于从视口坐标转换到相机空间坐标。 3. **实现拾取射线的过程**: - 首先需要计算相机的invProjView矩阵,这是投影矩阵和视图矩阵的逆矩阵。 - 使用鼠标点击位置的视口坐标作为输入,通过invProjView矩阵逆变换,计算出射线在世界坐标系中的起点(origin)和方向(direction)。 - 射线的起点一般为相机位置或相机前方某个位置,方向则是从相机位置指向鼠标点击位置的方向向量。 - 通过编程语言(如JavaScript)的矩阵库(例如gl-mat4)来执行这些矩阵运算。 4. **命中测试(Hit Testing)**: - 使用拾取射线进行命中测试是一种检测射线与场景中物体相交的技术。 - 在3D游戏开发中,通过计算射线与物体表面的交点来确定用户是否选中了一个物体。 - 此过程中可能需要考虑射线与不同物体类型的交互,例如球体、平面、多边形网格等。 5. **JavaScript与矩阵操作库**: - JavaScript是一种广泛用于网页开发的编程语言,在WebGL项目中用于处理图形渲染逻辑。 - gl-mat4是一个矩阵操作库,它提供了创建和操作4x4矩阵的函数,这些矩阵用于WebGL场景中的各种变换。 - 通过gl-mat4库,开发者可以更容易地执行矩阵运算,而无需手动编写复杂的数学公式。 6. **模块化编程**: - camera-picking-ray看起来是一个独立的模块或库,它封装了拾取射线生成的算法,让开发者能够通过简单的函数调用来实现复杂的3D拾取逻辑。 - 模块化编程允许开发者将拾取射线功能集成到更大的项目中,同时保持代码的清晰和可维护性。 7. **文件名称列表**: - 提供的文件名称列表是"camera-picking-ray-master",表明这是一个包含多个文件和子目录的模块或项目,通常在GitHub等源代码托管平台上使用master分支来标识主分支。 - 开发者可以通过检查此项目源代码来更深入地理解拾取射线的实现细节,并根据需要进行修改或扩展功能。 ### 结论 "camera-picking-ray"作为一个技术工具,为开发者提供了一种高效生成和使用拾取射线的方法。它通过组合和逆变换相机矩阵,允许对3D场景中的物体进行精准选择和交互。此技术在游戏开发、虚拟现实、计算机辅助设计(CAD)等领域具有重要应用价值。通过了解和应用拾取射线,开发者可以显著提升用户的交互体验和操作精度。