对角安装的双舵轮AGV运动学核心算法

我们在控制移动机器人时，比较核心和基础的问题是机构的运动学建模，一般常规可看到的AGV都是差速轮的机构，此种机构控制较为简单，运动学算法也很容易。但是此种结构的AGV不适合在重载的场合，抗打滑的性能也较为不理想。双舵轮的AGV能有效的弥补上述问题，这种双舵轮的AGV一般使用对角安装的方式安装，具有很高的灵活性，不仅承载能力强，而且可以全向移动，是一种非常不错的重载AGV机构方案，在AGV行业应用很广泛。

但是这种AGV的运动控制难度比差速AGV的控制难度增加很多，如果建模不好，就会出现两个轮子不协调从而出现相互拉扯现象，导致无法运动。

这种AGV的机械机构安装如下图所示：

我们在开发差速结构AGV的SLAM导航控制系统的时候，SLAM导航控制器进行一系列的运算后，会得到本体的角速度和线速度，然后通过运动学解算分别计算出两个电机的速度控制量，得到电机的速度控制量后，再将控制量发送给电机驱动器从而控制AGV按照指定路线运动。对于舵轮AGV来说，控制的流程是一样的，不同的是因为双舵轮AGV可以全向移动，因此导航控制系统除了计算角速度和线速度外，还会计算运行角度（记为body_v、body_w、body_a）。另外舵轮的控制参数有线速度、角速度、舵向角(记为steer_v、steer_w、steer_a)三个参数，因此运动学算法的关键是解决如下问题：

即运动学逆运算。

任何机构需要满足运动约束，双舵轮的运动约束条件为两个舵轮的位置相对是固定的，任何运动不能造成两个舵轮的间距发生改变，即我们可以认为两舵轮的连接是刚性连接的，运动建模如下所示：

上图中绿色部分是已知的变量，黄色部分是需要求解的变量。整个运动需要满足如下条件：

通过这几个约束条件，再加上机构的几何约束，求解就变得很容易了，网络上有不少的资料参考。

利用本文的建模方法，已在实际工程中开发了可用的AGV控制系统，贴一张控制系统的部分截图，下图中的数据输入是body_v/body_w和body_a。

需要特别注意的是：双舵轮的运动学有逆解，但是不一定有正解，这一点在实际工程中需要特别注意。另外在设计控制系统的时候，要注意舵轮的舵向角控制是有滞后的，这一点也要注意，否则会因为舵向控制不及时而导致整车的剧烈震动。

PS:

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