二轮差分模型分析及里程计计算

小型移动机器人的底盘主要有两轮差速底盘和四轮差速底盘两种,因为两轮差速底盘的控制原理以及运动模型分析比较简单,所以运用的比较多,下面主要介绍两轮差速底盘的工作原理。
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如图1所示,两轮差速底盘由两个驱动轮和一个万向轮组成,两个驱动轮分别位于底盘的左右两侧,并且独立控制速度,通过不同的速度来实现底盘的转向,万向轮的作用是辅助支撑。
如图5.1所示,v所指方向为移动机器人的前进方向,vl、vr分别为左轮和右轮的线速度,l为左右两轮的轮间距。假定l、vl、vr这三个值均已知。
转向角速度W:
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移动机器人线速度V:
在这里插入图片描述
移动机器人转向半径R:
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移动机器人的里程计(odom)计算是指从以移动机器人上电时刻为世界坐标系的起点O(0,0)开始累计计算任意时刻移动机器人在世界坐标系的位置和航向,如图4.19所示,上电时刻即确定世界坐标系Xw-O-Yw,在某个时间段内移动机器人沿虚线移动到下一位置,但是世界坐标系是不变的,那么是如何求的移动机器人当前时刻在世界坐标系中的位置和航向呢?
前面已经求解到移动机器人的转向角速度W、线速度V,那么移动机器人在世界坐标系的位置(Pose.Xw,Pose.Yw)就可以看成是机器人在连续时间内的位置增量分解到Xw和Yw方向的积分量,具体计算过程如下:
在单位时间t(一个控制周期:t = ti+1 - ti,通常为10ms、20ms)内,移动机器人以速度V向前移动的距离为d =V * t,将此距离分解到世界坐标系的Xw、Yw方向的结果如下:
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其中θ是移动机器人运动方向与世界坐标系Xw方向的夹角,θ在单位时间t内的变化量α=W * t。
以此方式不断累积,不断更新Xw、Yw、θ的值
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通过上述方式,对连续时间内的移动机器人的移动进行积分,就可以得到任意时间移动机器人在世界坐标系中的位置。

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