[经验]

驱动器运动学：滑移转向器和麦克纳姆（包括ROS Twist）

2018-5-11 08:57:47

6645 驱动器

大家好，
我经常需要滑行转向车辆的基本运动学运动方程。我最近也一直在使用mecanum轮式车辆。滑移方程式相当简单并且很容易找到，但是我将它包含在不同的版本中，并包含ROS方法。mecanum车轮方程很难找到，并有不同的版本漂浮。我发现的第一个版本有很多触发器，并且大部分工作。我在这里介绍的版本更容易直观理解，并且似乎更好（我不需要这个版本的随机比例因子），我还为它们提供了ROS方法。

滑移转向/差速驱动

以下是2轮和4轮差速驱动车辆，2轮和脚轮，或滑移履带式车辆的一些数学。

基于Arc的命令

基本的滑移控制方程是：

velocity_right = w（RADIUS_OF_ARC_TO_DRIVE + WHEEL_BASE / 2）
velocity_left = w（RADIUS_OF_ARC_TO_DRIVE - WHEEL_BASE / 2）

其中w是角度旋转，RADIUS_OF_ARC_TO_DRIVE是机器人应驱动的弧半径，WHEEL_BASE是从左轮中心到右轮中心的距离（请参见上图）。
这也可以写成：
w =（velocity_right-velocity_left）/ WHEEL_BASE
有两种特殊情况：
如果velocity_right == velocity_left：
那么弧的半径是无限的，所以机器人会直线行驶。
如果velocity_right == -velocity_left：
那么弧的半径为0，并且机器人就地旋转（即点转弯）
ROS的线性和角速度命令
在ROS如果使用的是扭曲的主题（这是驱动器的消息默认值）（消息名称通常是cmd_vel），你会经常设置在linear_velocity linear.x场和angular_velocity在angular.z领域。
velocity_left_cmd =（linear_velocity - angular_velocity * WHEEL_BASE / 2.0）/ WHEEL_RADIUS;
velocity_right_cmd =（linear_velocity + angular_velocity * WHEEL_BASE / 2.0）/ WHEEL_RADIUS;
麦克纳姆轮数学
来自Andymark的 Mecanum轮子

在ROS中，如果使用Twist消息，您通常会设置linear.x，linear.y和angular.z字段。
一个不相关的说法是，如果你在不平坦的地形上作业，那么做mecanum类型的动作将失败并且有很多滑倒。滑移引导类型的运动通常会更好（使用mecanum车轮）。
WHEEL_SEPARAtiON_WIDTH = DISTANCE_LEFT_TO_RIGHT_WHEEL / 2
WHEEL_SEPARATION_LENGTH = DISTANCE_FRONT_TO_REAR_WHEEL / 2
正向运动学
车轮命令单位是rad / s
wheel_front_left =（1 / WHEEL_RADIUS）*（linear.x - linear.y - （WHEEL_SEPARATION_WIDTH + WHEEL_SEPARATION_LENGTH）* angular.z）;
wheel_front_right =（1 / WHEEL_RADIUS）*（linear.x + linear.y +（WHEEL_SEPARATION_WIDTH + WHEEL_SEPARATION_LENGTH）* angular.z）;
wheel_rear_left =（1 / WHEEL_RADIUS）*（linear.x + linear.y - （WHEEL_SEPARATION_WIDTH + WHEEL_SEPARATION_LENGTH）* angular.z）;
wheel_rear_right =（1 / WHEEL_RADIUS）*（linear.x - linear.y +（WHEEL_SEPARATION_WIDTH + WHEEL_SEPARATION_LENGTH）* angular.z）;
为了驱动机器人，您可能还需要反转一侧，因为电机安装在另一侧。例如：
wheel_front_right = -1 * wheel_front_right
wheel_rear_right = -1 * wheel_rear_right
另外，这给出了一个以rad / s为单位的输出。如果您的电机控制器以编码器计数作为单位运行，则需要转换单位。
逆运动学
linear.x =（wheel_front_left + wheel_front_right + wheel_rear_left + wheel_rear_right）*（WHEEL_RADIUS / 4）
linear.y =（-wheel_front_left + wheel_front_right + wheel_rear_left-wheel_rear_right）*（WHEEL_RADIUS / 4）
angular.z =（-wheel_front_left + wheel_front_right-wheel_rear_left + wheel_rear_right）*（WHEEL_RADIUS /（4 *（WHEEL_SEPARATION_WIDTH + WHEEL_SEPARATION_LENGTH）））