Was ist ein geeignetes Modell für Zweiradroboter?

Was ist ein geeignetes Modell für Zweiradroboter? Das heißt, welche Bewegungsgleichungen beschreiben die Dynamik eines zweirädrigen Roboters.

Modelle mit unterschiedlicher Wiedergabetreue sind willkommen. Dies umfasst nichtlineare Modelle sowie linearisierte Modelle.

Hier gibt es nicht viele Informationen. Lassen Sie uns die Räder durch den Abstand getrennt fixieren , und jedes Rad hat die Ausrichtung θ $b$$\theta_i$ with respect to the line joining them. Then assume each wheel can be independently driven with an angular velocity $v_i$.

Wenn die Räder unabhängig voneinander angetrieben werden, aber eine feste Richtung haben ( , haben Sie so etwas wie einen Differentialantrieb (Tanklaufflächen). Es ist erwähnenswert, dass Sie, vorausgesetzt, die Räder rutschen nicht quer zu ihrer Ausrichtung, die Bewegung der Roboterbasis in geschlossener Form mit Geschwindigkeitsbefehlen auflösen können, die über eine kurze Zeitdauer festgelegt sind (wie dies normalerweise bei Robotern unter Software der Fall ist) Steuerung). Der iCreate ist eine solche Plattform, genau wie die kleineren Pioniere und der Husky von Clearpath. Dann kann die Orientierungsänderung der Basis, die unten mit θ bezeichnet ist, in geschlossener Form gefunden werden.$\theta_1=\theta_2=90^\circ$$\theta$

Das übliche Modell für diese Dinge, wobei die Grundgeschwindigkeit und ω $v_b$$\omega_b$ die Winkelgeschwindigkeit der Basis ist, ist:

ωb

$$v_b = \frac{1}{2}\cdot(v_1+v_2)$$ $$\omega_b=\frac{1}{b}(v_2-v_1)$$

For a fixed time increment, $\delta t$, you can find the change in orientation, and linear distance traveled using these. Note that the robot travels along a circle in this time window. The distance along the circle is exactly $\delta t\cdot v_b$, and the radius of the circle is $R=\frac{b}{2}\cdot\frac{v_1+v_2}{v_2-v_1}$$R$$\theta$$a$

$0$$(0,0)$$\delta t$$v_1$$v_2$ (right wheel), it's orientation will be:

$$\theta_1=\frac{\delta t}{b}(v_2-v_1)$$ with position: $$p_x=\cos\left(\frac{\theta_1}{2}\right)\cdot\left(2 R \sin\left(\frac{\theta_1}{2}\right)\right)$$ $$p_y=\sin\left(\frac{\theta_1}{2}\right)\cdot\left(2 R \sin\left(\frac{\theta_1}{2}\right)\right)$$

Note that as $v_1\to v_2=v$ the limit is

$$p_x=\delta t \cdot v$$ $$p_y=0$$

as expected.

Update why?.

Rearrange $p_x$ so that:

$$p_x = cos \left( \frac{v_2-v_1}{2b} \right) * 2 * \left( b\frac{v_1+v_2}{2(v_2-v1)} \right) * sin\left( \frac{v_2-v_1}{2b} \right)$$

$$p_x = cos \left( \frac{v_2-v_1}{2b} \right) * \frac{(v_2+v_1)}{2}* \frac{sin\left( \frac{v_2-v_1}{2b} \right)} {\frac{v_2-v_1}{2b}}$$

Now note that we have three limits as $v_2 \rightarrow v_1$.

$$cos \left( \frac{v_2-v_1}{2b} \right)\rightarrow 1$$

$$\frac{(v_2+v_1)}{2} \rightarrow v_1 == v_2$$

$$\frac{sin\left( \frac{v_2-v_1}{2b}\right)}{\frac{v_2-v_1}{2b}} \rightarrow 1 \text{ (see sinc function)}$$

This is covered all over the internet, but you might start here: http://rossum.sourceforge.net/papers/DiffSteer/ or here: https://web.cecs.pdx.edu/~mperkows/CLASS_479/S2006/kinematics-mobot.pdf

If the wheels are not fixed in direction, as in you can vary the speed and orientation, it gets more complicated. In that sense, a robot can become essentially holonomic (it can move in arbitrary directions and orientations on the plane). However, I bet for fixed orientation, you end up with the same model.

There are other models for two wheels, such as a bicycle model, which is easy to imagine as setting the velocities, and only varying one orientation.

That's the best I can do for now.

If you really want to dive into the mathematics of it, here's the seminal paper that unified and categorized most models for wheeled robots.

The answer to this is simple, but the other answers obfuscate the dynamics.

Differential drive robots can be modeled with unicycle dynamics of the form:

$$\left[\begin{matrix}\dot{x}\\ \dot{y} \\ \dot{\theta} \end{matrix}\right] = \left[\begin{matrix}cos(\theta)&0\\sin(\theta)&0\\0&1\end{matrix}\right] \left[\begin{matrix}v\\\omega\end{matrix}\right],$$ where $x$ and $y$ are Cartesian coordinates of the robot, and $\theta \in (-\pi,\pi]$ is the angle between the heading and the $x$-axis. The input vector $\left[v, \omega \right]^T$ consists of linear and angular velocity inputs.