全向轮机器人定位：双全向轮陀螺仪坐标定位法

"全向轮是一种特殊的轮式设计，允许机器人在任意方向上移动。这种设计包括轮毂和从动轮，轮毂外圆周上有多个轮毂齿，每个轮毂齿间安装一个从动轮，从动轮的径向与轮毂外圆周切线垂直。这种结构使得全向轮能够实现全方位行走。为了定位机器人，可以通过两个全向轮的编码盘测量脉冲计数变化来计算位移，并结合陀螺仪提供的方向信息。双全向轮陀螺仪定位方法可以提高精度，适用于需要高精度和全向行走的机器人应用，如竞赛机器人。" 全向轮的设计原理是通过轮毂和从动轮的协作来实现机器人在各个方向的行走。每个轮毂的外圆周上设有3个或更多轮毂齿，每个齿间配有一个从动轮，从动轮的径向与轮毂外圆周的切线垂直。这样，当轮毂旋转时，从动轮可以沿着不同的方向滚动，从而允许机器人实现全方位行走。定义由两个全向轮组成的直角角平分线为机器人的正方向，通常这个方向可以通过陀螺仪来确定。 为了计算机器人的位移，可以通过编码盘记录脉冲计数变化。例如，在时间间隔ts内，如果编码盘1的脉冲计数变化为COUNTI，编码盘2的脉冲计数变化为COUNT2，那么机器人沿编码盘1和2方向的位移X和Y分别可以通过以下公式计算： \[ X = \frac{P_l \times D \times COUNTI}{(360 \times 4)} \] \[ Y = \frac{P_l \times D \times COUNTZ}{(360 \times 4)} \] 其中，$P_l$是编码盘的周长，D是编码盘的直径。 为了获取机器人的总体位移S和方向θ，可以结合陀螺仪给出的方向信号，通过三角函数计算机器人在直角坐标系中的位置变化。例如，通过计算弧度角RunweDeg，可以更新机器人的位置坐标： \[ S = \sqrt{X^2 + Y^2} \] \[ \theta = RunweDes + (\text{dir} - 45^\circ) \] \[ X_{new} = X + S \times \cos(\theta) \] \[ Y_{new} = Y + S \times \sin(\theta) \] 全向轮定位方法通常有传感器定位、单编码盘加陀螺仪定位等，但这些方法各有局限性。传感器定位精度低，难以控制误差；单编码盘加陀螺仪定位虽然精度较高，但只能沿正方向行走。本文提出的双全向轮陀螺仪定位方案结合了两者的优点，能够提供高精度的全向行走定位，对于武汉大学机器人代表队参加亚太机器人大赛起到了关键作用。 此外，陀螺仪是测量转动量的重要工具，具有高灵敏度和测量精度，广泛应用于各种领域，如航行体制导、生物医学和环境监控。在本方案中，使用了ADI公司的ADIS16100型数字输出（SPI接口）陀螺仪。 总结来说，全向轮的定位技术是机器人导航的关键，尤其在需要高精度和全方位行走的场景中。本文提出的双全向轮陀螺仪定位方法克服了传统方法的局限性，提供了更优的解决方案。