commit c264e25cd84608d257106a4330774ec33bb95e77 Author: shmily744 <1527550984@qq.com> Date: Tue Jul 9 23:51:52 2024 +0800 first commit Signed-off-by: shmily744 <1527550984@qq.com> diff --git a/Omnidirectional Wheel Dynamics Modeling.md b/Omnidirectional Wheel Dynamics Modeling.md new file mode 100644 index 0000000..fb0c98c --- /dev/null +++ b/Omnidirectional Wheel Dynamics Modeling.md @@ -0,0 +1,81 @@ +# 全向轮整车动力学建模 + +本模型假设各轮子与地面摩擦力一致且不会打滑,机体一定与地面水平。理论上能够通过力控3508实现对车辆速度控制,一定程度上避免速度环PID控制调参不够完美带来的四轮运动不统一问题。 + +## 1.1模型定义 + +35427a96f24cc44d0f35d6b5ed2f6387 + +首先仅考虑x方向移动,机器人抽象为方形机体和圆形驱动轮。假设有神秘力量保证机体一定水平。 + +变量与参数定义如下表所示 + +| 符号 | 含义 | 正方向 | 单位 | +| :------: | :----------------: | :-------: | :---: | +| $x$ | 机体位移 | 箭头所示 | m | +| $N$ | 驱动轮对机体的力 | 箭头所示 | N | +| $N_f$ | 地面对驱动轮摩擦力 | 箭头所示 | N | +| $F_x$ | 虚拟的驱动轮输出力 | 方向同$x$ | N | +| $T$ | 驱动轮输出力矩 | 方向同$x$ | N·m | +| $\omega$ | 绕质心转动角速度 | 逆时针 | rad/s | + +| 符号 | 含义 | 单位 | +| :---: | :----------------: | :------: | +| $m$ | 驱动轮转子质量 | kg | +| $M$ | 机体质量 | kg | +| $I_w$ | 驱动轮转资转动惯量 | $kg·m^2$ | +| $I$ | 机体绕质心转动惯量 | $kg·m^2$ | + +## 1.2经典力学分析 + +首先只考虑x方向移动 + +### 对驱动轮: + +$$ + m\ddot{x}=N_f-N \tag{1} +$$ +$$ +I\frac{\ddot{x}}{R}=T-N_fR \tag{2} +$$ + +合并上两式子,消去$N_f$得: +$$ +\ddot{x} = \frac{T-NR}{\frac{I_w}{R}+mR} \tag{3} +$$ + +### 对机体: + +$$ +N=M\ddot{x}\tag{4} +$$ + +(3),(4)式子可求得: +$$ +\ddot{x} = \frac{1}{\frac{I_w}{R}+(m+M)R}T \tag{5} +$$ +(5)看作 $\ddot{x}$ 关于 $T$ 的函数两侧积分: +$$ +\dot{x} = \frac{1}{2}\frac{1}{\frac{I_w}{R}+(m+M)R}T^2 \tag{6} +$$ +设虚拟力: +$$ +F_x = \frac{T}{R}\tag{7} +$$ +(7)带入(6)得: +$$ +\dot{x} = \frac{1}{2}\frac{R^2}{\frac{I_w}{R}+(m+M)R}F_x^2 \tag{6} +$$ +得到x方向上速度与驱动轮输出力的关系,同理可得y方向上的表达式,参考全向轮速度分解,到每个轮子电机的输出力上。 + +### 旋转: + +$$ +F_{yaw} = I\frac{\omega}{L} +$$ + +其中$L$为轮子转轴中心到车辆转轴中心水平距离。 + +再将 $F_{yaw}$ 也叠加到各个电机输出上即可。 + +由于电机输出力矩与电流正相关,即可实现力控。 diff --git a/Omnidirectional Wheel Dynamics Modeling.pdf b/Omnidirectional Wheel Dynamics Modeling.pdf new file mode 100644 index 0000000..906107e --- /dev/null +++ b/Omnidirectional Wheel Dynamics Modeling.pdf @@ -0,0 +1,53 @@ +全向轮整车动力学建模 + +本模型假设各轮子与地面摩擦力一致且不会打滑,机体一定与地面水平。理论上能够通过力控3508实现 +对车辆速度控制,一定程度上避免速度环PID控制调参不够完美带来的四轮运动不统一问题。 + +1.1模型定义 + +首先仅考虑x方向移动,机器人抽象为方形机体和圆形驱动轮。假设有神秘力量保证机体一定水平。 +变量与参数定义如下表所示 + +符号 含义 正方向 单位 + 机体位移 箭头所示 m + 驱动轮对机体的力 箭头所示 N + 地面对驱动轮摩擦力 箭头所示 N + 虚拟的驱动轮输出力 方向同 N + 驱动轮输出力矩 方向同 + 绕质心转动角速度 N·m + 逆时针 rad/s + +符号 含义 单位 + 驱动轮转子质量 kg + kg + 机体质量 + 驱动轮转资转动惯量 + 机体绕质心转动惯量 + 1.2经典力学分析 + +首先只考虑x方向移动 + +对驱动轮: + +合并上两式子,消去 得: + +对机体: + +(3),(4)式子可求得: + +(5)看作 关于 的函数两侧积分: + +设虚拟力: +(7)带入(6)得: + +得到x方向上速度与驱动轮输出力的关系,同理可得y方向上的表达式,参考全向轮速度分解,到每个轮 +子电机的输出力上。 + +旋转: + +其中 为轮子转轴中心到车辆转轴中心水平距离。 + +再将 也叠加到各个电机输出上即可。 + +由于电机输出力矩与电流正相关,即可实现力控。 + diff --git a/assets/35427a96f24cc44d0f35d6b5ed2f6387.png b/assets/35427a96f24cc44d0f35d6b5ed2f6387.png new file mode 100644 index 0000000..bb8ec33 Binary files /dev/null and b/assets/35427a96f24cc44d0f35d6b5ed2f6387.png differ diff --git a/手稿.pdf b/手稿.pdf new file mode 100644 index 0000000..df5ee30 --- /dev/null +++ b/手稿.pdf @@ -0,0 +1 @@ +