main
zhenghaonan@autolabor.com.cn
parent
f2e82ca8d9
commit
1da290fcac
Binary file not shown.
242
car/ChassisM2.md
242
car/ChassisM2.md
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@ -1,23 +1,26 @@
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# Autolabor M2 ROS 驱动模块
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# Autolabor ROS 驱动模块
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## 1. 介绍
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Autolabor ROS驱动模块包含**CANBus驱动**和**Autolabor M2底盘驱动**，其主要功能包括与Autolabor_CANbus模块通信，并通过线速度和角速度控制Autolabor M2底盘行驶。
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Autolabor ROS驱动模块包含**CANBus驱动**和**Autolabor CAN系列(PM1/M2) 底盘驱动**，其主要功能包括与Autolabor_CANbus模块通信，并通过线速度和角速度控制Autolabor Can系列底盘行驶。
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#### 特性
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- 可直接获取CANBus网络内数据，并通过CAN指令控制车辆
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- 获取动力轮编码器原始数值(角速度)
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- 获取转向轮编码器原始数值(角速度)
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- 分别控制动力轮的转速(角速度)
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- 获取动力轮编码器原始数值
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||||
- 获取转向轮编码器原始数值
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- 分别控制动力轮的转速
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- 控制转向轮的绝对转向角度
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- 可通过线速度与角速度控制移动底盘，无需单独控制前轮转向
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- 可通过线速度与角速度控制移动底盘，无需单独控制后轮转向
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- 提供实时机器人底盘位置信息，方便闭环控制
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- 双动力轮电子差速控制，保证机器人在行驶过程中始终满足阿克曼原理
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- 根据前轮转向优化车辆运动速度，在保证车辆在行驶精度前提下，确保车辆行驶的流畅性
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- 根据后轮转向优化车辆运动速度，在保证车辆在行驶精度前提下，确保车辆行驶的流畅性
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## 2. 节点
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大多数情况下，不需要修改驱动参数，只配置底盘所链接的串口即可，可直接按照 章节 3 ROS 使用说明即可
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### 2.1 canbus_driver
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该节点提供与底层AutoCan的通讯，将CAN网络中的数据进行解析并发布至canbus_msg话题中，并开启canbus_server服务，提供其他节点调用，用以发送CAN指令到CAN网络中。
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该节点的结构如图所示：
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@ -30,13 +33,13 @@ Autolabor ROS驱动模块包含**CANBus驱动**和**Autolabor M2底盘驱动**
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无
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#### 2.1.2 发布话题
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/canbus_msg ([autolabor_canbus_driver/CanBusMessage](doc/CanBusMessage.md))
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/canbus_msg ([autolabor_canbus_driver/CanBusMessage](doc/CanBusMessage))
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~~~
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将底层CAN网络中的数据发布在ROS话题中，提供其他节点读取
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~~~
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#### 2.1.3 服务
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/canbus_server ([autolabor_canbus_driver/CanBusService](doc/CanBusService.md))
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/canbus_server ([autolabor_canbus_driver/CanBusService](doc/CanBusService))
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~~~
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||||
提供其他节点调用，用于往底层CAN网络中发布指令
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~~~
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@ -58,7 +61,7 @@ CANBus串口波特率
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数据解析器从串口获取新数据的频率
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~~~
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### 2.2 M2_driver
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### 2.2 M2底盘驱动
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此节点主要用于接收用户发送的速度信息，控制转向轮转动，并根据后轮当前角度结合阿克曼模型优化求解动力轮的转动速度，控制移动底盘进行移动，同时根据动力轮编码器的反馈，输出轮速里程计信息。
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@ -76,7 +79,7 @@ CANBus串口波特率
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外部节点发送的速度信息
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```
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/canbus_msg ([autolabor_canbus_driver/CanBusMessage](doc/CanBusMessage.md))
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/canbus_msg ([autolabor_canbus_driver/CanBusMessage](doc/CanBusMessage))
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```
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||||
由canbus_driver发送的底层CANBus消息，其中包含转向轮当前绝对编码器以及动力轮的编码器信息
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@ -93,7 +96,7 @@ CANBus串口波特率
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/wheel_angle ([std_msgs/Float64](http://docs.ros.org/api/std_msgs/html/msg/Float64.html))
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```
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前阿克曼转向轮实时绝对转角，单位rad
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转向轮实时绝对转角，单位rad
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```
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#### 2.2.3 服务
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@ -104,6 +107,8 @@ CANBus串口波特率
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里程计清零，将里程计的原点放置在执行指令的位置
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~~~
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#### 2.2.4 参数
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~odom_frame (str, default: odom)
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@ -118,10 +123,82 @@ CANBus串口波特率
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移动底盘坐标系名称
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```
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~poller_rate_hz (int, default: 20)
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~ecu_left_id (int, default: 0)
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```
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查询底盘参数的频率，单位 Hz
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左侧动力单元的CAN节点编号（出厂已设置好，无需修改）
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```
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~ecu_right_id (int, default: 1)
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```
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||||
右侧动力单元的CAN节点编号（出厂已设置好，无需修改）
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```
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||||
~tcu_id (int, default: 0)
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```
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||||
转向单元的CAN节点编号（出厂已设置好，无需修改）
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```
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~rate (int, default: 10)
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```
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速度控制以及里程计更新频率，单位 Hz
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```
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||||
~reduction_ratio (double, default: 20.0)
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```
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||||
动力单元编码器与车轮转速比例(和机械结构相关，无需修改)
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```
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~encoder_resolution (double, default: 1600.0)
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```
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动力单元编码器转动一圈产生的脉冲数(与编码器参数相关，无需修改)
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```
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~wheel_diameter (double, default: 0.211)
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```
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动力轮车轮直径，单位 m
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```
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~wheel_spacing (double, default: 0.412)
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```
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||||
动力轮轮间距(两个动力轮中心之间的距离)，单位 m
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```
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~shaft_spacing (double, default: 0.324)
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```
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||||
前后轮轴间距(转向轮中心到动力轮连线的距离)，单位 m
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```
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~max_speed (double, default: 2.0)
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```
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机器人底盘直线行驶最大速度，单位 m/s
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```
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~twist_timeout (double, default: 1.0)
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```
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速度控制超时时间，底盘的保护策略，最近一次的速度控制信息距当前时间超过这个时间，则强制移动底盘停止，单位 s
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```
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~optimize_limit (double, default: 0.785)
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```
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底盘行驶控制优化参数，用于设置底盘控制流畅程度，可设置范围为[0,PI/2]，值越小表示执行越精确，但行驶流畅程度越低;值越大表示执行流畅程度越高，但精确度越低（如果没有特殊需求，一般保持默认值）
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```
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||||
~smooth_coefficient (double, default: 0.1)
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```
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底盘行驶控制平滑参数，用于设置底盘速度变化平滑程度，可设置范围为(0,1]，其中值越小表示速度变化越平缓；反之速度变化越剧烈。值为1时，表示对速度信息不进行平滑处理
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```
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||||
~publish_tf (bool, default: true)
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@ -142,7 +219,7 @@ odom -> base_link
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### 3.1 底盘连接
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||||
将M2的串口线插入笔记本电脑或工控机，打开底盘电源和急停开关
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将PM1的串口线插入笔记本电脑或工控机，打开底盘电源和急停开关
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||||
打开Terminal输入
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@ -153,52 +230,103 @@ ll /dev/ttyUSB*
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### 3.2 源码编译与执行
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下载源码
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获取源码
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```
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mkdir ~/github_ws
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cd ~/github_ws
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git clone http://git.autolabor.com.cn/Autolabor/autolabor_m2_ros_driver.git
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```
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编译源码
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联系商务人员获得底盘源代码
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```
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cd m2_driver_ros/
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catkin_make
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```
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加载环境变量
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```
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source devel/setup.bash
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```
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修改launch文件参数
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||||
安装编译工具
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```
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gedit src/autolabor_canbus_driver/launch/m2_driver.launch
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```
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定位
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```
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||||
<param name="port_name" value="/dev/ttyUSB0" />
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```
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将value值改为之前查看的车底盘的设备节点名，修改后保存并关闭
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执行launch文件
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```
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roslaunch autolabor_canbus_driver m2_driver.launch
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```
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如果成功执行到这一步，并且没有发现任何错误，则车底层驱动就已经启动完毕，这个时候只要启动相应的控制节点就可以控制车底盘行走了。
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### 3.3 控制向前直行
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打开一个terminal
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执行 rostopic list 查看有无/cmd_vel 话题
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如果有的话，执行：
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```
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||||
rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[1.0,0.0,0.0]' '[0.0,0.0,0]'
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||||
sudo apt-get install python3-catkin-tools
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||||
```
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||||
此时车轮会开始转动，如果想要停止的话，必须在执行命令的terminal中执行Ctrl+C，停止发送。
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||||
引入ROS环境变量
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```
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||||
source /opt/ros/noetic/setup.bash
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```
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将源代码复制到工作空间 src 目录下
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包含两个目录
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autolabor_m2_ros_driver
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autolabor_keyboard_control
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||||
进入工作空间源代码目录
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||||
修改 launch 文件(autolabor_canbus_driver/launch/m2keyboard.launch )中的底盘串口地址
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将 port_name 项的值，修改为您的底盘串口地址。
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||||
可通过 ls /dev/ttyUSB* 查找。
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建议您设定 udev 规则，将其设定成固定名字，以防止串口地址变化
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||||
关于串口 udev 规则的修改，可参考
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||||
http://www.autolabor.com.cn/usedoc/navigationKit2/common/q_a/doc1#1
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章节 7. （接上问）“ 我就想换台计算机，然后把设备用起来，那我该怎么办？”
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确保您的串口已经增加了当前用户的操作权限，可通过以下命令实现。
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```
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||||
sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0
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```
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```
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<launch>
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||||
<node name="canbus_driver" pkg="autolabor_canbus_driver" type="canbus_driver" output="screen">
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||||
<param name="port_name" value="/dev/ttyUSB0" />
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||||
</node>
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||||
|
||||
<node name="m2_driver" pkg="autolabor_canbus_driver" type="m2_driver" output="screen" />
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||||
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||||
<node name="keyboard_control" pkg="autolabor_keyboard_control" type="keyboard_control_node" output="screen">
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||||
<param name="linear_min" value="0.2" />
|
||||
<param name="linear_max" value="0.75" />
|
||||
<param name="linear_step" value="0.1" />
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||||
<param name="angular_min" value="0.314" />
|
||||
<param name="angular_max" value="1.57" />
|
||||
<param name="angular_step" value="0.314" />
|
||||
</node>
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||||
</launch>
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```
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||||
cd ~/catkin_ws/src
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编译源代码
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```
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||||
catkin build
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```
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||||
引入环境变量
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```
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source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
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```
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启动底盘键盘控制
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||||
注意需要在桌面环境下的控制台运行，远程 SSH 没有桌面环境会因无法找到 X11Server 报错
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```
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||||
roslaunch autolabor_canbus_driver m2keyboard.launch
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||||
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||||
```
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@ -0,0 +1,16 @@
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# autolabor_canbus_driver/CanBusMessage Message
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## Raw Message Definition
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~~~
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||||
uint8 node_type # 节点类型
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uint8 node_seq # 节点序号
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uint8 msg_type # CAN消息类型
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||||
uint8[] payload # CAN消息内容(指令数据时为空)
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~~~
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||||
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||||
## Compact Message Definition
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||||
~~~
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||||
uint8 node_type
|
||||
uint8 node_seq
|
||||
uint8 msg_type
|
||||
uint8[] payload
|
||||
~~~
|
||||
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|
@ -0,0 +1,11 @@
|
|||
# autolabor_canbus_driver/CanBusService Message
|
||||
## Raw Message Definition
|
||||
```
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||||
autolabor_canbus_driver/CanBusMessage[] requests # CANBus指令列表
|
||||
---
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||||
```
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||||
## Compact Message Definition
|
||||
~~~
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||||
autolabor_canbus_driver/CanBusMessage[] requests
|
||||
---
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||||
~~~
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||||
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@ -0,0 +1,204 @@
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|||
# Autolabor M2 ROS 驱动模块
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||||
## 1. 介绍
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||||
Autolabor ROS驱动模块包含**CANBus驱动**和**Autolabor M2底盘驱动**，其主要功能包括与Autolabor_CANbus模块通信，并通过线速度和角速度控制Autolabor M2底盘行驶。
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#### 特性
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||||
- 可直接获取CANBus网络内数据，并通过CAN指令控制车辆
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- 获取动力轮编码器原始数值(角速度)
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- 获取转向轮编码器原始数值(角速度)
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||||
- 分别控制动力轮的转速(角速度)
|
||||
- 控制转向轮的绝对转向角度
|
||||
- 可通过线速度与角速度控制移动底盘，无需单独控制前轮转向
|
||||
- 提供实时机器人底盘位置信息，方便闭环控制
|
||||
- 双动力轮电子差速控制，保证机器人在行驶过程中始终满足阿克曼原理
|
||||
- 根据前轮转向优化车辆运动速度，在保证车辆在行驶精度前提下，确保车辆行驶的流畅性
|
||||
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||||
## 2. 节点
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||||
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||||
### 2.1 canbus_driver
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||||
该节点提供与底层AutoCan的通讯，将CAN网络中的数据进行解析并发布至canbus_msg话题中，并开启canbus_server服务，提供其他节点调用，用以发送CAN指令到CAN网络中。
|
||||
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||||
该节点的结构如图所示：
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<div align=left>
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||||
<img src="img/canbus_driver.png" width = 70% height = 70% />
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</div>
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||||
|
||||
#### 2.1.1 订阅话题
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||||
|
||||
无
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||||
|
||||
#### 2.1.2 发布话题
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||||
/canbus_msg ([autolabor_canbus_driver/CanBusMessage](doc/CanBusMessage.md))
|
||||
~~~
|
||||
将底层CAN网络中的数据发布在ROS话题中，提供其他节点读取
|
||||
~~~
|
||||
|
||||
#### 2.1.3 服务
|
||||
/canbus_server ([autolabor_canbus_driver/CanBusService](doc/CanBusService.md))
|
||||
~~~
|
||||
提供其他节点调用，用于往底层CAN网络中发布指令
|
||||
~~~
|
||||
|
||||
#### 2.1.4 参数
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||||
~port_name (str, default: /dev/ttyUSB0)
|
||||
|
||||
~~~
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||||
CANBus串口端口名
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||||
~~~
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||||
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||||
~baud_rate (int, default: 115200)
|
||||
~~~
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||||
CANBus串口波特率
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||||
~~~
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||||
|
||||
~parse_rate (int, default: 100)
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||||
~~~
|
||||
数据解析器从串口获取新数据的频率
|
||||
~~~
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||||
|
||||
### 2.2 pm1_driver
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||||
|
||||
此节点主要用于接收用户发送的速度信息，控制转向轮转动，并根据后轮当前角度结合阿克曼模型优化求解动力轮的转动速度，控制移动底盘进行移动，同时根据动力轮编码器的反馈，输出轮速里程计信息。
|
||||
|
||||
该节点结构如下：
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||||
|
||||
<div align=left>
|
||||
<img src="img/pm1_driver.png" width = 70% height = 70% />
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
#### 2.2.1 订阅话题
|
||||
|
||||
/cmd_vel ([geometry_msgs/Twist](http://docs.ros.org/api/geometry_msgs/html/msg/Twist.html))
|
||||
|
||||
```
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||||
外部节点发送的速度信息
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||||
```
|
||||
|
||||
/canbus_msg ([autolabor_canbus_driver/CanBusMessage](doc/CanBusMessage.md))
|
||||
|
||||
```
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||||
由canbus_driver发送的底层CANBus消息，其中包含转向轮当前绝对编码器以及动力轮的编码器信息
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||||
```
|
||||
|
||||
#### 2.2.2 发布话题
|
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|
||||
/odom ([nav_msgs/Odometry](http://docs.ros.org/api/nav_msgs/html/msg/Odometry.html))
|
||||
|
||||
```
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||||
根据动力轮以及转向轮的编码器信息，依据车辆运动模型，计算出的轮速里程计信息
|
||||
```
|
||||
|
||||
/wheel_angle ([std_msgs/Float64](http://docs.ros.org/api/std_msgs/html/msg/Float64.html))
|
||||
|
||||
```
|
||||
前阿克曼转向轮实时绝对转角，单位rad
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 2.2.3 服务
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||||
|
||||
/reset_odom ([std_srvs::Empty](http://docs.ros.org/api/std_srvs/html/srv/Empty.html))
|
||||
|
||||
~~~
|
||||
里程计清零，将里程计的原点放置在执行指令的位置
|
||||
~~~
|
||||
|
||||
#### 2.2.4 参数
|
||||
|
||||
~odom_frame (str, default: odom)
|
||||
|
||||
```
|
||||
里程计坐标系名称
|
||||
```
|
||||
|
||||
~base_frame (str, default: base_link)
|
||||
|
||||
```
|
||||
移动底盘坐标系名称
|
||||
```
|
||||
|
||||
~poller_rate_hz (int, default: 20)
|
||||
|
||||
```
|
||||
查询底盘参数的频率，单位 Hz
|
||||
```
|
||||
|
||||
~publish_tf (bool, default: true)
|
||||
|
||||
```
|
||||
设置是否发布odom->base_link的TF转换
|
||||
```
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||||
|
||||
#### 2.2.5 TF转换信息
|
||||
|
||||
odom -> base_link
|
||||
|
||||
```
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||||
提供车体坐标系与里程计坐标系间转换关系
|
||||
```
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||||
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||||
## 3 ROS使用说明
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||||
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||||
### 3.1 底盘连接
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||||
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||||
将M2的串口线插入笔记本电脑或工控机，打开底盘电源和急停开关
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打开Terminal输入
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ll /dev/ttyUSB*
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查看是否有设备列表，如果没有设备，请检查底盘与电脑的连接情况，如果设备多于一个，请通过拔插其他传感器设备，确定底盘的对应的设备节点名，假设节点名为 /dev/ttyUSB0。
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### 3.2 源码编译与执行
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下载源码
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mkdir ~/github_ws
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cd ~/github_ws
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git clone http://git.autolabor.com.cn/Autolabor/autolabor_m2_ros_driver.git
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编译源码
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```
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cd autolabor_m2_ros_driver/
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catkin_make
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加载环境变量
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source devel/setup.bash
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修改launch文件参数
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gedit src/autolabor_canbus_driver/launch/m2_driver.launch
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定位
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<param name="port_name" value="/dev/ttyUSB0" />
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将value值改为之前查看的车底盘的设备节点名，修改后保存并关闭
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执行launch文件
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roslaunch autolabor_canbus_driver m2_driver.launch
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如果成功执行到这一步，并且没有发现任何错误，则车底层驱动就已经启动完毕，这个时候只要启动相应的控制节点就可以控制车底盘行走了。
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### 3.3 控制向前直线行走
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打开一个terminal
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执行 rostopic list 查看有无/cmd_vel 话题
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如果有的话，执行：
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rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[1.0,0.0,0.0]' '[0.0,0.0,0]'
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此时车轮会开始转动，如果想要停止的话，必须在执行命令的terminal中执行Ctrl+C，停止发送。
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@ -0,0 +1,23 @@
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# AUTOLABOR PM1 底盘控制原理
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Autolabor PM1机器人底盘采用动力转向驱动方式，车辆的前侧由两个动力单元组成，其给机器人地盘提供行进动力，后侧由一个转向单元组成，控制车辆的转向半径。动力转向相比与其他转向方式，其更具有大的优势：
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| | 动力转向 | 两轮差速 | 四轮差速 | 舵机转向 |
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| :--------: | :------: | :------: | :------: | :------: |
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| 越障能力 | ★★ | ★ | ★★★ | ★★ |
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| 控制精度 | ★★★ | ★★★ | ★★ | ★★★ |
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| 能源利用率 | ★★★ | ★★★ | ★ | ★★★ |
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| 灵活性 | ★★★ | ★★★ | ★★★ | ★ |
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动力转向需要同时控制转向单元和动力单元的运动，在运动的过程中，这两部分还需要满足阿克曼模型的约束，所以对底盘的控制相对其他转向形式会稍微复杂一些，下文详细介绍一下如何控制动力转向底盘。
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## 1 两轮差速
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### 1.1 两轮差速介绍
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动力转向模型可以由两轮差速模型推导而来，所以首先先介绍一下两轮差速模型，两轮差速顾名思义就是由两个轮提供动力实现前进以及转向。通常为了保证底盘的稳定性，装有若干偏心万向轮用于提供支撑。
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万向轮如果选择过小，会导致整个机器人底盘的越障能力较弱，其只能用于平整的地面；万向轮过大，移动底盘在控制过程中会受到万向轮惯性的影响，影响控制精度。
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