移动机器人轮地接触角与滑移估计综述：关键技术与发展趋势

移动机器人轮地接触角及滑移估计是移动机器人控制与定位的关键要素，它对于机器人在复杂环境中的稳定性和性能至关重要。本文由张振宇和徐贺两位作者撰写，主要探讨了移动机器人在移动过程中，特别是全地形移动机器人在非结构化环境中，如外星探索、搜救、野外作业和军事应用中，轮地接触角和滑移的估计方法及其重要性。 首先，作者指出自20世纪80年代以来，移动机器人，特别是轮式移动机器人已经成为机器人技术的重要分支，涵盖了机构学、运动学、运动控制、导航和路径规划等多个领域。然而，大部分研究集中在室内二维环境中，随着技术发展，移动机器人开始进入三维非结构化环境，这对机器人的通过性、路径规划和运动控制提出了新的挑战。在这种环境中，轮地接触角和滑移信息成为决定机器人能否适应和有效执行任务的关键因素。 接地角，即轮子与地面接触点的地面坡度角，对于运动控制至关重要。当前，接地角的估计方法主要分为间接法和直接法。间接法依赖于速度计、陀螺仪、量坡仪的数据，结合轮子转速和半径来计算。直接法则更为精确，可能涉及传感器直接测量或基于视觉、激光雷达等高精度技术。这些方法的准确性直接影响到机器人在陡峭坡道、凹凸地形等复杂情况下的稳定性和安全性。 滑移则是反映轮子与地面间相对滑动的情况，对位姿判断和转矩控制具有重要意义。正确估计滑移可以帮助机器人实时调整其运动策略，防止打滑和失控。这通常通过轮胎的加速度传感器、力觉传感器或者摩擦系数的测量实现。 未来，移动机器人轮地接触角和滑移估计的研究趋势可能包括：开发更精确、实时的传感器融合算法，提高环境感知能力；利用机器学习和人工智能优化估计模型，提升适应性和鲁棒性；以及在硬件设计上，引入更多高级传感器以增强数据采集和处理能力。 移动机器人轮地接触角和滑移的准确估计是全地形移动机器人成功在各种复杂环境执行任务的基础，这将推动相关理论研究和技术革新，为未来机器人技术的发展打开新的可能性。