轮式移动机器人运动学分析与控制

“移动机器人相关介绍，包括常见轮子的自由度及运动学分析，控制，路径与轨迹等。” 本文档详细介绍了轮式移动机器人及其相关概念，由浙江大学控制科学与工程学院提供。移动机器人通常使用轮子作为主要的移动方式，其中三轮布局常用于保证稳定平衡。当轮子数量超过三个时，需要悬挂系统确保所有轮子都能与地面接触，以适应不同的地形。轮子的选择取决于具体应用，设计的重点在于牵引力、稳定性、机动性和控制，而非平衡性。 文档中提到了四种基本轮子类型：标准轮、小脚轮、瑞典轮和球形轮。每种轮子有不同的自由度。例如，瑞典轮拥有三个自由度，包括绕轮子主轴转动、滚子轴心转动以及绕轮子和地面接触点转动。球形轮则通常通过动力系统实现类似机械鼠标的方式移动，其悬挂系统技术实现难度较大。 在移动过程中，轮式机器人可能会遇到障碍物，文档提出了一些策略，如利用摩擦力和改变重心来翻越障碍，或者采用自适应悬挂机制来适应地形变化。 移动机器人的运动学是其控制的基础，研究机器人的运动方式。工作空间是机器人可达到的位置范围，对于移动机器人来说，这包括在环境中可能达到的各种姿态。可控性是指机器人如何在工作空间内从一个位置转移到另一个位置。动力学的约束和影响也必须考虑，因为它限制了机器人的运动能力。 文档深入探讨了运动学模型和约束，包括机器人位置的表示，前向运动模型，轮子的运动学约束以及基于这些约束的运动学建模。坐标系定义对于理解机器人的位置和姿态至关重要，通常包括全局平面坐标系和机器人局部坐标系。机器人的位置可以用旋转矩阵和坐标来表示，旋转矩阵包含了机器人的旋转角度信息。 此外，文档还涉及移动机器人的工作空间概念、完整性和路径轨迹规划。最后，讨论了运动控制，包括运动作用和运动约束，这是实现机器人精确移动的关键。 这份资料提供了丰富的轮式移动机器人基础知识，包括机械结构、运动学分析、控制系统和路径规划，对于理解和设计移动机器人具有很高的参考价值。