디퍼렌셜 휠 로봇

3륜 차동 조종 로봇

차동 바퀴 로봇은 로봇 본체의 양쪽에 배치된 두 개의 개별적으로 구동되는 휠을 기반으로 하는 이동 로봇입니다.따라서 휠의 상대적 회전 속도를 변경하여 방향을 변경할 수 있으므로 추가적인 조향 동작이 필요하지 않습니다.이러한 구동력이 있는 로봇에는 일반적으로 차량이 ^[1]기울지 않도록 하나 이상의 캐스터 휠이 있습니다.

세부 사항

턴을 통과하는 바퀴의 경로.외관상으로는 바퀴가 연결되어 있지 않습니다.

두 휠이 동일한 방향과 속도로 구동되면 로봇이 직진합니다.표시된 다이어그램에서 알 수 있듯이 두 휠이 동일한 속도로 반대 방향으로 회전하는 경우 로봇이 축의 중앙점을 중심으로 회전합니다.그렇지 않으면, 회전 속도와 그 방향에 따라, 회전 중심이 타이어의 두 접점에 의해 정의된 선의 아무 곳이나 떨어질 수 있다.로봇이 직진하는 동안 회전 중심은 로봇과의 무한 거리입니다.로봇의 방향은 2개의 피동 휠의 회전 속도와 방향에 따라 달라지므로 이러한 양을 정확하게 감지하고 제어해야 합니다.

디퍼렌셜 스티어링 로봇은 양쪽 휠의 회전 속도가 다를 수 있다는 점에서 자동차에 사용되는 디퍼렌셜 기어와 유사하지만 디퍼렌셜 기어 시스템과 달리 디퍼렌셜 스티어링 시스템은 양쪽 휠에 동력을 공급합니다.차동 바퀴 로봇은 움직임이 프로그래밍이 쉽고 잘 제어될 수 있기 때문에 로봇공학에서 광범위하게 사용된다.오늘날 시장에 나와 있는 거의 모든 소비자 로봇은 주로 저비용과 ^{[citation needed]}단순성을 위해 디퍼렌셜 스티어링을 사용합니다.

디퍼렌셜 구동 로봇의 운동학

디퍼렌셜 드라이브 운동학

오른쪽 그림은 모바일 휠이 달린 로봇의 디퍼렌셜 드라이브 운동학을 보여줍니다. ${\textstyle X}$ 는 X $(\textstyle$ X $)$ 및 ${\textstyle X}$ $(\textstyle$ Y $)$ 의 글로벌 ${\textstyle Y}$ 좌표계를 사용하여 표현됩니다.휠 사이의 중간 지점을 로봇의 원점으로 사용하여 ${\textstyle X_{B}}$ B $(\$ X_ ${\textstyle X_{B}}$ { $})$ 및 Y B $(\$ textstyle $Y_{B})$ 를 ${\textstyle Y_{B}}$ 로케일 차체 좌표계로 ${\textstyle X_{B}}$ 할 수 있습니다.글로벌 좌표계에 대한 로봇의 방향은 각도 ${\textstyle \varphi }$ (\ $textstyle \varphi$ 입니다. 휠의 반지름은 r $(\textstyle$ r $)$ 이고 ${\textstyle r}$ ${\textstyle b}$ 폭 b $(\textstyle$ b ${\textstyle b}$ 입니다. 휠이 지면과 접촉(슬립이 없음)한다고 가정하면 휠은 p에 호를 나타냅니다.차량이 항상 한 지점을 중심으로 회전하도록 차선을 설정한다( $(\textstyle$ ICR $)$ ${\textstyle ICR}$ - 순간 회전 중심).좌측 ${\textstyle v_{L}}$ ${\textstyle v_{L}}$ L ${\textstyle v_{L}}$ {\ $textstyle$ v_ ${\textstyle v_{L}}$ { $L}$ 및 우측 휠 ${\textstyle v_{R}}$ ${\textstyle v_{R}}$ {\ $textstyle v_{R}}$ 의 ${\textstyle v_{R}}$ 접지 접촉 속도는 각 속도 ${\textstyle \omega }$ {\ $textstyle \omega$ 만큼 차량을 회전시킵니다. 각 속도의 정의에 따라 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

\ displaystyle \ begin { aligned \ cdot ( R + b / 2)&=v_{R}\\Omega \cdot (R-b/2)&=v_{L}\\end{aligned}}

§(\textstyle \omega)

{\textstyle R}

R

(\textstyle

R

{\textstyle R}

에 대한 이 두 방정식을 푸는 방법, 후자는

{\textstyle ICR}

{\textstyle ICR}

R

(\textstyle

ICR

)

에서

{\textstyle ICR}

로봇 중심까지의 거리로 정의됩니다.

({displaystyle {aligned} \ & & = ( v _ { R } - v _ { L } ) / b\ R& = b/2 \ cdot ( v _ { R } + v _ { L } ) / ( v _ { R } - v _ { L } \ \ \ end { aligned } }

각 속도 방정식을 사용하여 로봇 휠 사이의 중간 지점의

순간

속도

V(\

displaystyle

V)는

V

다음과 같습니다.

({displaystyle V=\obega \cdot R=blac {v_{R}+v_{L}}{2})

휠 접선 속도는 다음과 같이 기록될 수 있습니다.

{begin {aligned}v_{R}&=r\cdot \mega _{R}&=r\cdot \mega _{L}\end{aligned}

where

\omega _{R}

\

\omega _{R}

\

\omega _{R}

obega

\omega _{R}

_ {

R

}

\omega _{L}

L \

displaystyle

\

obega

_ {

L

} the

\omega _{L}

、 l l where 、 l L \ displaystyle \ obega _ { L } the the where where where where where veloc where where where around따라서 로컬 신체 좌표의 로봇 운동학(Kinematics)은 다음과 같이 기록될 수 있습니다.

{\dot {bmatrix}_{B}\{\dot {y}}_{B}}\{\dot {bmatrix}={begin {bmatrix}v,{x}_{B}\v,{y}_{x}\\\\endmatrix={brace}{brace} {b

좌표 변환(축 회전)을 사용하여 전역 좌표에서 로봇의 운동학적 모델을 얻을 수 있습니다.

{\dot {x}\{\dot {y}}\{\dot {varphi}}\end {bmatrix}={bmatrix}\cos {varphi }&0\sin {\0\1\end {bmatrix}\v}\cos {bmatrix}\cos {bmatrix}\cos {\bmatrix}\cos {\\b

V

서 V

(\displaystyle

V

)

및

V

{\(\displaystyle \obega)

는

\omega

제어 ^[1]^[2]변수입니다.

디퍼렌셜 드라이브 컨트롤러

속도 ${\textstyle V}$ (\ $textstyle$ V $)$ 와 ${\textstyle V}$ 각속도 ${\textstyle \omega }$ (\ $textstyle \obe)$ 가 ${\textstyle \omega }$ 입력값으로 주어지고 왼쪽 ${\textstyle \omega _{L}}$ L(\ $textstyle \obe$ _ ${L})$ 과 ${\textstyle \omega _{L}}$ 오른쪽 바퀴 ${\textstyle \omega _{R}}$ R $(\$ _ ${R})$ 의 ${\textstyle \omega _{R}}$ 각속도가 제어변수로 요구되는 상황에 직면할 수 있다(위 그림 참조).이 경우 이미 언급한 방정식을 쉽게 재구성할 수 있다.R ${\textstyle R=V/\omega }$ / ${\textstyle R=V/\omega }$ { $textstyle$ ${\textstyle \omega _{R}=v_{R}/r}$ R = $V$ / \ $obega$ } 및 ${\textstyle \omega _{R}=v_{R}/r}$ ${\textstyle \omega _{R}=v_{R}/r}$ ${\textstyle \omega _{R}=v_{R}/r}$ ${\textstyle \omega _{R}=v_{R}/r}$ / r { $textstyle$ \ $obega$ _ { R } = ${\textstyle \omega _{R}=v_{R}/r}$ v _ { $R }$ / r ${\textstyle R=V/\omega }$ ${\textstyle \omega _{R}=v_{R}/r}$ using r r r using using using using using using using using using using using = V _ { R } / r 。

\mega \cdot (R+b/2)=v_{R

오른쪽 바퀴의 각 속도에 대한 방정식을 구한다

{\textstyle \omega _{R}}

R

(\

_

{R}).

\mega _{R}=vfrac {V+\mega \cdot b/2}{r}

좌측 휠의 각속도 계산에도 동일한 절차를 적용할 수 있음 ${\textstyle \omega _{L}}$ L {\ $textstyle \omega$ _ ${L}}$

\omega _{L}=vfrac {V-\omega \cdot b/2}{r}

차동 바퀴 로봇의 예

Pioneer, PeopleBot, PowerBot 및 PatrolBot - Activ Media Robotics 모바일 로봇.
아르마딜로, 로봇 암마딜로
케페라와 e-puck
스봇
앨리스야.
룸바
로보모우
최소 비용의 Arduino 기반 교육^[3] 로봇 Shonkbot
티미오
에디슨
지라프
빅트랙
SCUTCTLE 취미 및 대학 연구를 위한 오픈 소스 페이로드 대응 로봇.

레퍼런스

^ ^a ^b Wheeled mobile robotics : from fundamentals towards autonomous systems. Gregor Klančar, Andrej Zdešar, Sašo Blažič, Igor Škrjanc. Oxford. 2017. ISBN 978-0-12-804238-0. OCLC 971588275.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
^ Springer handbook of robotics. Bruno Siciliano, Oussama Khatib. Berlin: Springer. 2008. ISBN 978-3-540-30301-5. OCLC 272306791.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
^ "Shonkbot!". Bristol Hackspace.

외부 링크

오픈소스 로섬 프로젝트에서의 G.W. 루카스의 로봇 휠 액추에이터 차동 조향 시스템 튜토리얼 및 기초 궤도 모델

[:0-1] Wheeled mobile robotics : from fundamentals towards autonomous systems. Gregor Klančar, Andrej Zdešar, Sašo Blažič, Igor Škrjanc. Oxford. 2017. ISBN 978-0-12-804238-0. OCLC 971588275.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)

[2] Springer handbook of robotics. Bruno Siciliano, Oussama Khatib. Berlin: Springer. 2008. ISBN 978-3-540-30301-5. OCLC 272306791.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)

[3] "Shonkbot!". Bristol Hackspace.

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