常见移动机器人运动学模型总结
原创 混沌无形  混沌无形  2021-08-06 11:41
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01

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引言
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笔者已经对常见的移动机器人的运动学模型做了详尽的分析（感兴趣的读者可以在公众号中查看），本文仅对之前的分析做一个小总结。

常见的移动机器人如两轮差速驱动机器人、麦轮移动平台等，被应用于各种场景。笔者的逻辑是：由于不同实际场景的不同需求，促使工程师们绞尽脑汁从轮子构造、本体构型等角度设计了各式各样的移动机器人，而控制工程师们就想着控制移动机器人按照设定的方式运动。

移动机器人是靠多个轮子配合运动的，所以要“摸清楚”轮子之间怎么配合运动就能使得机器人按照工程师设计的方式运动，这就是所谓的移动机器人运动学模型。

简单地说，运动学模型就是一个数学公式，准确描述轮子转动与机器人机身运动之间关系，也深刻表达了机器人的运动机理和规律，工程师将这个公式转化为代码，就能准确控制机器人运动。

02

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运动学模型
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2.1
两轮差速驱动机器人

     图 2.1 TurtleBot 3

图 2.2 两轮差速驱动机器人运动模型

正运动学模型

逆运动学模型

原文

《两轮差速驱动机器人运动模型及应用分析》

2.2
Car-like Robot

图 2.3 MIT RACECAR

图 2.4 Car-like robot运动模型简图

正运动学模型

逆运动学模型

原文

《Car-like Robot运动模型及应用分析》

2.3
四轮驱动(SSMR)移动机器人

图 2.5 NERVA LG Robot

图 2.6 四轮驱动机器人运动模型简图

正运动学模型

逆运动学模型

原文

《四轮驱动（SSMR）移动机器人运动模型及应用分析》

2.4
履带式机器人

图 2.7 军事用途的履带式机器人

图 2.8 履带式机器人运动模型

正运动学模型

逆运动学模型

原文

《履带式机器人运动模型及应用分析》

2.5
麦克纳姆轮全向移动机器人

图 2.9 麦轮移动平台

图 2.10 四轮驱动机器人运动模型

正运动学模型

逆运动学模型

原文

《麦克纳姆轮运动特性分析》

《麦克纳姆轮全向移动机器人运动模型及应用分析》

应用案例

DIY Mecanum Wheels Robot

2.6
全向轮移动机器人

图 2.11 三轮构型全向轮移动平台

图 2.12 全向轮平台运动分解示意图

正运动学模型

逆运动学模型

原文

《全向轮运动特性分析》

《全向轮机器人运动模型及应用分析》

应用案例

3D打印全向轮移动机器人

03

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总结分析
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不同的分析角度，有不同的建模方式，本文总述的只是其中一种。不同类型的机器人，对应的运动学模型是不一样的，但是分析方法、思路是相似的，要么从机器人中心速度分解到每个运动的轮子上，要么从轮子的运动情况倒推机器人中心运动的效果，分析过程就需要深入挖掘轮子运动规律、机器人本体构型特征等信息，再结合物理学中的速度分析方法，建立刚体上不同点之间速度的转化关系，就整理出运动学方程了。

（文章仅笔者个人分析，有误请指正，谢谢！）

福利放送
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