Roboduster

机器人学的基本工具已经了解完毕,现在开始了解移动机器人,这部分包括机器人平台、导航、定位

所谓机器人平台就是指机器人的物理结构及其驱动方式。本文将学习两种典型移动机器人平台(四旋翼和轮式车)的运动与控制,研究输入控制信号怎么控制位姿随着时间变化。

到这一部分网上的笔记突然变少 ≈ 0

但我想从这一部分开始,就更有意思了。

0207注:好难啊,机器人不愧是屠龙之术。

0212注:此文很长。已经到了可以分几篇发出去的程度...由于此文很长建议结合目录来看,每个小标题右侧都可以召唤目录。

本系列参考资料:

  1. 《Robotics, Vision and Control》

  2. B站公开课:

    1. 台湾交通大学机器人学公开课
    2. Peter Corke 配套视频
    3. 这本书的中文公开课(质量不算高但还算实用)【公开课】机器人学视觉控制- matlab仿真_哔哩哔哩_bilibili

00 机动性

0210附:机动性这部分物理、力学、控制概念极多,非相关专业会看着比较难受,推荐一个物理教育网站,闲暇可以玩玩:

物理概况 - 主题索引 (hypertextbook.com)

以及一个控制、力学相关的系列文章:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/48662038

学习两种平台之前,有一个一般性的概念:机动性,可以帮助之后的理解。

所谓机动性,其实是机器人实现空间运动的相关概念集合。

  1. 位形空间(Configuration space / C-space):

    所有的可能的位置形态集合,我们记为C:

    \[位置坐标\dot{q}\in \mathcal{C} \]

  2. 任务空间(task space)

    机器人所有可能的位姿集合,任务空间依赖于具体应用或任务。记为T:

    \[位姿\xi\in\mathcal{T} \]

  3. 自由度

    确定系统在空间中的位置所需要的最小坐标数。

  4. 广义坐标

    用来描述系统位形所需要的独立参数或者最小参数

  5. 欠驱动系统

    系统独立控制变量个数小于系统的自由度

    即输入的量要比控制的量要少的系统

    欠驱动系统

  6. 我们可以举几个运动系统的例子来理解理解这几个概念

    • 火车

      1. 对于火车来说,火车的位置可以用其沿轨道的距离数据来描述,即一个标量参数q来决定火车的位置;

      2. 位形空间(C空间):即q描述的火车的位置构成的空间,q∈C;

      3. 任务空间:依赖于具体任务的意思就是说,比如火车是要沿直线导轨运动,我们只需要关心火车在一个直线上的位置,此时:

        \[\mathcal{T}\subset R \]

        同理,考虑火车在平面上的位置则:

        \[\mathcal{T}\subset R^2 \]

        三维同理。

      4. 自由度:1维,因为火车由一个独立的标量参数q来完全决定

        但联系一下C空间和task space,当火车的任务空间维数超过位形空间维数时,那么火车不能随便到达任意一个任务空间中的位置,因为它是被约束在一条导轨上的。

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