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[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  3513 驱动器
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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 = wRADIUS_OF_ARC_TO_DRIVE + WHEEL_BASE / 2)
velocity_left = wRADIUS_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)))


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