ROS機(jī)器人底盤(2)-運(yùn)動解算

這里以zeus為例子講述運(yùn)動正解與逆解

1. 正解

從整體速度轉(zhuǎn)換為各個輪子速度即為正解晤斩,關(guān)系著如何根據(jù)既定速度控制機(jī)器人正確運(yùn)行

控制結(jié)構(gòu)

我們知道ROS里面驅(qū)動小車最終下發(fā)的為線速度和角速度,通過rosmsg show可以看到


對于我們的機(jī)器底盤只涉及到linear.x linear.yangular.z姆坚,分別表示 x澳泵,y方向線速度和一個轉(zhuǎn)動的角速度z

可以看到ROS坐標(biāo)系規(guī)定


下面的事就是怎么轉(zhuǎn)換這個三個值到輪子的轉(zhuǎn)速。前為x方向兼呵,右為y方向兔辅,逆時針為角速度的z

解算

對于每個輪子:
前輪,左輪及后輪速度分別設(shè)為Vf, Vl击喂,Vr(假設(shè)輪子使得底盤逆時針時的線速度為正)维苔;輪子所在圓直接為L

  • 前輪只受線速度y和角速度控制影響,可得到 Vf = y+z*L/2
  • 左輪收到x懂昂、y和角速度控制影響
    Left Wheel

    Vl = -x*cos(30°)-y*sin(30°)+z*L/2
  • 右輪同樣ru左輪可以得到:
    Vr = x*cos(30°)-y*sin(30°)+z*L/2

2.逆解

從各個輪子速度(行徑距離)轉(zhuǎn)換為整體機(jī)器人的速度(坐標(biāo)介时、姿態(tài))

解算

只需從正解

Vf = y + z*L/2
Vl = -x*cos(30°) - y*sin(30°) + z*L/2
Vr = x*cos(30°) - y*sin(30°) + z*L/2 

反推即可得到

x = (-Vl + Vr) / (2 * cos(30°))
y = (2Vf - Vl - Vr) / 3
z = (Vf + Vl + Vr) * 2 / (3L)

3. 用途

通過正解可以轉(zhuǎn)換對機(jī)器人的速度控制為對各個輪子的速度控制;通過逆解凌彬,通過積分可以根據(jù)每個輪子的行徑距離求得機(jī)器人的坐標(biāo)和姿態(tài)

4.代碼

model.h 模型接口類

#ifndef PIBOT_MODLE_H_
#define PIBOT_MODLE_H_


struct Odom{
    float x;
    float y;
    float z;
    float vel_x;
    float vel_y;
    float vel_z;
};

struct Model{
    Model(){}
    Model(float _wheel_radius, float _body_radius): wheel_radius(_wheel_radius), body_radius(_body_radius){}

    void set(float _wheel_radius, float _body_radius){
        wheel_radius = _wheel_radius;
        body_radius = _body_radius;
    }

    ~Model(){}

    //robot speed ------------> motor speed
    virtual void motion_solver(float* robot_speed, float* motor_speed) = 0;

    //motor speed-------------> robot speed
    //interval  ms
    virtual void get_odom(struct Odom* odom, float* motor_dis, unsigned long interval) = 0;

protected:
    float wheel_radius;
    float body_radius;
};

#endif

differential.h 差分輪解算實(shí)現(xiàn)

#ifndef PIBOT_DIFFERENTIAL_H_
#define PIBOT_DIFFERENTIAL_H_

#include "model.h"
#include "math.h"

#define MOTOR_COUNT 2

class Differential :    public Model{
public:
    Differential() {}
    Differential(float _wheel_radius, float _body_radius) : Model(_wheel_radius, _body_radius) {}
    
    void motion_solver(float* robot_speed, float* motor_speed){
        //  robot_speed[0] x    robot_speed[1] y    robot_speed[2] z
        motor_speed[0] = (-robot_speed[0] + robot_speed[2] * body_radius)/ wheel_radius;
        motor_speed[1] = (robot_speed[0] + robot_speed[2] * body_radius) / wheel_radius;
    }
        
    void get_odom(struct Odom* odom, float* motor_dis, unsigned long interval)
    {
        float dxy_ave = (-motor_dis[0] + motor_dis[1]) / 2.0;
        float dth = (motor_dis[0] + motor_dis[1]) / (2* body_radius);
        float vxy = 1000 * dxy_ave / interval;
        float vth = 1000 * dth / interval;

        odom->vel_x = vxy;
        odom->vel_y = 0;
        odom->vel_z = vth;
        float dx = 0, dy = 0;
        if (motor_dis[0] != motor_dis[1])
        {
            dx = cos(dth) * dxy_ave;
            dy = -sin(dth) * dxy_ave;
            odom->x += (cos(odom->z) * dx - sin(odom->z) * dy);
            odom->y += (sin(odom->z) * dx + cos(odom->z) * dy);;
        }

        if (motor_dis[0] + motor_dis[1] != 0)
            odom->z += dth;
    }
};

#endif

omni3.h三輪全向輪解算

#ifndef PIBOT_OMNI3_H_
#define PIBOT_OMNI3_H_

#include "model.h"
#include "math.h"

#define MOTOR_COUNT 3


#define _sqrt_of_3 1.73205f

class Omni3:public Model{
public:
    Omni3() {}
    Omni3(float _wheel_radius, float _body_radius) : Model(_wheel_radius, _body_radius) {}
    
    void motion_solver(float* robot_speed, float* motor_speed){
        //  robot_speed[0] x    robot_speed[1] y    robot_speed[2] z
        motor_speed[0] = (robot_speed[1] + robot_speed[2] * body_radius)/ wheel_radius;
        motor_speed[1] = (-robot_speed[0]*_sqrt_of_3 - robot_speed[1]*0.5 + robot_speed[2] * body_radius) / wheel_radius;
        motor_speed[2] = (robot_speed[0]*_sqrt_of_3 - robot_speed[1]*0.5 + robot_speed[2] * body_radius) / wheel_radius;
    }
        
    void get_odom(struct Odom* odom, float* motor_dis, unsigned long interval){
        if (motor_dis[0]!=0 || motor_dis[1]!=0 || motor_dis[2]!=0){
            //speed
            double dvx = (-motor_dis[1]+motor_dis[2])*_sqrt_of_3/3.0f;
            double dvy = (motor_dis[0]*2-motor_dis[1]-motor_dis[2])/3.0f;
            double dvth = (motor_dis[0]+motor_dis[1]+motor_dis[2])/ (3 * body_radius);
            odom->vel_x = dvx / dt; 
            odom->vel_y = dvy / dt; 
            odom->vel_z = dvth / dt; 

            //odometry
            double dx = (-sin(th)*motor_dis[0]*2+(-_sqrt_of_3*cos(th)+sin(th))*motor_dis[1]+(_sqrt_of_3*cos(th)+sin(th))*motor_dis[2])/3.0f;
            double dy = (cos(th)*motor_dis[0]*2+(-_sqrt_of_3*sin(th)-cos(th))*motor_dis[1]+(_sqrt_of_3*sin(th)-cos(th))*motor_dis[2])/3.0f;
            double dth = (motor_dis[0]+motor_dis[1]+motor_dis[2])/ (3 * body_radius);
            
            odom->x += dx;
            odom->y += dy;
            odom->z += dth;
        }
    }
};

#endif

4.實(shí)現(xiàn)

    static Differential diff(wheel_diameter*0.5, wheel_track*0.5);
    static Omni3 omni3(wheel_diameter*0.5, wheel_track*0.5);
    Model* model = &omni3;

根據(jù)配置選擇加載對應(yīng)模型接口解耦模型的正反解算

最后編輯于
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
  • 序言:七十年代末沸柔,一起剝皮案震驚了整個濱河市,隨后出現(xiàn)的幾起案子铲敛,更是在濱河造成了極大的恐慌褐澎,老刑警劉巖,帶你破解...
    沈念sama閱讀 222,946評論 6 518
  • 序言:濱河連續(xù)發(fā)生了三起死亡事件原探,死亡現(xiàn)場離奇詭異乱凿,居然都是意外死亡顽素,警方通過查閱死者的電腦和手機(jī)咽弦,發(fā)現(xiàn)死者居然都...
    沈念sama閱讀 95,336評論 3 399
  • 文/潘曉璐 我一進(jìn)店門,熙熙樓的掌柜王于貴愁眉苦臉地迎上來型型,“玉大人,你說我怎么就攤上這事寺枉”谅洌” “怎么了?”我有些...
    開封第一講書人閱讀 169,716評論 0 364
  • 文/不壞的土叔 我叫張陵筐喳,是天一觀的道長避归。 經(jīng)常有香客問我管呵,道長,這世上最難降的妖魔是什么账锹? 我笑而不...
    開封第一講書人閱讀 60,222評論 1 300
  • 正文 為了忘掉前任奸柬,我火速辦了婚禮啤握,結(jié)果婚禮上,老公的妹妹穿的比我還像新娘懂从。我一直安慰自己蹲蒲,他們只是感情好,可當(dāng)我...
    茶點(diǎn)故事閱讀 69,223評論 6 398
  • 文/花漫 我一把揭開白布缘薛。 她就那樣靜靜地躺著,像睡著了一般漱抓。 火紅的嫁衣襯著肌膚如雪恕齐。 梳的紋絲不亂的頭發(fā)上,一...
    開封第一講書人閱讀 52,807評論 1 314
  • 那天仪或,我揣著相機(jī)與錄音范删,去河邊找鬼。 笑死到旦,一個胖子當(dāng)著我的面吹牛廓块,可吹牛的內(nèi)容都是我干的。 我是一名探鬼主播昔汉,決...
    沈念sama閱讀 41,235評論 3 424
  • 文/蒼蘭香墨 我猛地睜開眼靶病,長吁一口氣:“原來是場噩夢啊……” “哼!你這毒婦竟也來了邻邮?” 一聲冷哼從身側(cè)響起,我...
    開封第一講書人閱讀 40,189評論 0 277
  • 序言:老撾萬榮一對情侶失蹤,失蹤者是張志新(化名)和其女友劉穎舷礼,沒想到半個月后妻献,有當(dāng)?shù)厝嗽跇淞掷锇l(fā)現(xiàn)了一具尸體,經(jīng)...
    沈念sama閱讀 46,712評論 1 320
  • 正文 獨(dú)居荒郊野嶺守林人離奇死亡,尸身上長有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內(nèi)容為張勛視角 年9月15日...
    茶點(diǎn)故事閱讀 38,775評論 3 343
  • 正文 我和宋清朗相戀三年锹引,在試婚紗的時候發(fā)現(xiàn)自己被綠了。 大學(xué)時的朋友給我發(fā)了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片。...
    茶點(diǎn)故事閱讀 40,926評論 1 353
  • 序言:一個原本活蹦亂跳的男人離奇死亡,死狀恐怖疮跑,靈堂內(nèi)的尸體忽然破棺而出,到底是詐尸還是另有隱情啊奄,我是刑警寧澤菇夸,帶...
    沈念sama閱讀 36,580評論 5 351
  • 正文 年R本政府宣布鞠眉,位于F島的核電站械蹋,受9級特大地震影響朝蜘,放射性物質(zhì)發(fā)生泄漏涩金。R本人自食惡果不足惜,卻給世界環(huán)境...
    茶點(diǎn)故事閱讀 42,259評論 3 336
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望煮剧。 院中可真熱鬧勉盅,春花似錦草娜、人聲如沸。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 32,750評論 0 25
  • 文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽葡盗。三九已至,卻和暖如春,著一層夾襖步出監(jiān)牢的瞬間蔚约,已是汗流浹背苹祟。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 33,867評論 1 274
  • 我被黑心中介騙來泰國打工, 沒想到剛下飛機(jī)就差點(diǎn)兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道東北人厨喂。 一個月前我還...
    沈念sama閱讀 49,368評論 3 379
  • 正文 我出身青樓蜕煌,卻偏偏與公主長得像贫母,于是被迫代替她去往敵國和親。 傳聞我的和親對象是個殘疾皇子伪冰,可洞房花燭夜當(dāng)晚...
    茶點(diǎn)故事閱讀 45,930評論 2 361