3.5.1　機(jī)器人底座需求

要構(gòu)建機(jī)器人底座，需要滿足以下需求：

·一個(gè)堅(jiān)固的底盤(pán)，包含一組具有良好摩擦性能的輪子。

·強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)器，可以幫助攜帶所需的有效載荷。

·驅(qū)動(dòng)控制。

如果讀者計(jì)劃建立一個(gè)真正的機(jī)器人底座，那么可能還需要考慮其他因素，例如電源管理系統(tǒng)（能夠在預(yù)期續(xù)航時(shí)間內(nèi)保障機(jī)器人有效運(yùn)行）、必要的電氣和嵌入式特性以及機(jī)械動(dòng)力傳輸系統(tǒng)。實(shí)際上，ROS能夠幫助讀者更好地實(shí)現(xiàn)上述需要。為什么？這是因?yàn)榛赗OS能夠?qū)φ鎸?shí)工作的機(jī)器人進(jìn)行仿真（更準(zhǔn)確地說(shuō)，是模擬。但如果讀者調(diào)整一些參數(shù)并應(yīng)用實(shí)時(shí)約束，則肯定能夠以更高的逼真度進(jìn)行仿真），需要考慮的因素及實(shí)現(xiàn)如下所示：

·底盤(pán)和輪子可以用URDF中的物理特性定義。

·驅(qū)動(dòng)器可以使用Gazebo-ros插件定義。

·驅(qū)動(dòng)器控制可以基于ros_controllers定義。

基于上述考慮，如果要構(gòu)建自定義機(jī)器人，首先我們要考慮機(jī)器人的規(guī)格參數(shù)。

1.機(jī)器人底座規(guī)格參數(shù)

我們的機(jī)器人底座可能需要攜帶一個(gè)機(jī)器人手臂和一些額外的負(fù)載。此外，還應(yīng)確保它是機(jī)電穩(wěn)定的，使得它有足夠的扭矩拉動(dòng)自己的負(fù)載以及額定負(fù)載，并以較少的頓挫和邊際位姿誤差順利地平滑移動(dòng)。

所謂位姿包含了物體相對(duì)于世界/地球/環(huán)境的位置和旋轉(zhuǎn)（姿態(tài)）坐標(biāo)。

對(duì)于我們要構(gòu)建的機(jī)器人底座而言，具體規(guī)格參數(shù)為：

·尺寸：600×450×200（長(zhǎng)×寬×高，單位為毫米）。

·類型：四輪差分驅(qū)動(dòng)機(jī)器人。

·速度：最高1米/秒。

·載荷：50千克（包含機(jī)械臂）。

2.機(jī)器人底座運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

我們的機(jī)器人底座只有兩個(gè)自由度：沿x軸平移和沿z軸旋轉(zhuǎn)。由于方向盤(pán)固定，因此機(jī)器人不能在y軸上瞬時(shí)移動(dòng)。因?yàn)闄C(jī)器人只能在地面上移動(dòng)，所以它也不能在z軸上移動(dòng)。此外，沿著x軸或y軸旋轉(zhuǎn)意味著機(jī)器人要么向左或右倒下，要么向前或后倒下，因此這也是不可能的。

如果是麥卡納姆輪系（又稱為瑞典輪）的情況下，機(jī)器人底座將有3個(gè)自由度，可以在x和y軸構(gòu)成的平面上萬(wàn)向平移，并能沿z軸旋轉(zhuǎn)。

因此，我們的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型如下所示：

其中，x′、y′和θ′表征了機(jī)器人的最終位姿，ω表征了機(jī)器人的角速度，δt表征了時(shí)間步長(zhǎng)。這就是所謂的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，因?yàn)槲覀兪歉鶕?jù)機(jī)器人的尺寸和速度來(lái)確定機(jī)器人的位姿的。

上述公式中的未知量為：

R=l/2×(nl+nr)/(nr-nl)

其中，nl和nr為左右兩個(gè)輪子的編碼器計(jì)數(shù)值，l是輪子的軸長(zhǎng)：

ICC=[x-Rsinθ,y+Rcosθ]

同樣可以得到：

ωδt=(nr-nl)step/l

其中，step是每個(gè)編碼器刻度中輪子所覆蓋的距離。