移动机器人运动学模型概览

"常见移动机器人运动学模型总结.pdf" 本文主要概述了移动机器人的常见运动学模型，重点关注了两轮差速驱动机器人和Car-like Robot的运动模型。运动学模型对于理解和控制移动机器人的运动至关重要，它通过数学公式揭示了机器人各部分之间的动态关系。 1. 两轮差速驱动机器人 这种类型的机器人由两个独立旋转的轮子驱动，能够实现前进、后退、旋转等动作。它的运动学模型分为正向运动学和逆向运动学模型。 - 正向运动学模型：从轮子速度（𝑣𝑟和𝑣𝑙）推导出机器人中心速度（𝑣𝑐）和旋转角速度（𝑤）。公式表示为： [𝑣𝑐 𝑤] = [1/2 1/2 1/𝑑𝑤𝑏 -1/𝑑𝑤𝑏] [𝑣𝑟 𝑣𝑙] - 逆向运动学模型：反之，从机器人中心速度和旋转角速度推导出轮子速度。公式表示为： [𝑣𝑟 𝑣𝑙] = [1/𝑑𝑤𝑏 2 1 -𝑑𝑤𝑏 2] [𝑣𝑐 𝑤] 其中，𝑑𝑤𝑏是两轮之间的距离。 2. Car-like Robot (类似汽车的机器人) 这类机器人通常有一个前轮负责转向，两个后轮用于驱动。它的运动学模型较为复杂，涉及到多个变量，如车身速度（𝑣𝑏𝑠）、前轮转角（𝜃𝐻）等。 - 正向运动学模型：描述了前轮转角、车身速度以及机器人中心的速度和角度。在不同情况下有不同的表达形式，对于𝜃𝐻不等于0的情况，模型包含了一个反正切函数；当𝜃𝐻等于0时，机器人沿直线行驶，模型简化为直行状态。 - 逆向运动学模型：从机器人中心的速度和角度（𝑣𝑐𝑡, 𝜃𝑐𝑡）以及车身速度（𝑣𝑏𝑠）推导出前轮转角（𝜃𝐻）。这里使用了反正切函数来求解前轮转角。 这些运动学模型是控制移动机器人实现期望运动的基础，通过将这些模型转化为控制算法，可以精确地控制机器人的行为。了解并掌握这些模型对于机器人控制系统的设计至关重要。在实际应用中，工程师们会根据具体场景的需求，选择合适的运动学模型进行建模和控制。