3.5.1　机器人底座需求

要构建机器人底座，需要满足以下需求：

·一个坚固的底盘，包含一组具有良好摩擦性能的轮子。

·强大的驱动器，可以帮助携带所需的有效载荷。

·驱动控制。

如果读者计划建立一个真正的机器人底座，那么可能还需要考虑其他因素，例如电源管理系统（能够在预期续航时间内保障机器人有效运行）、必要的电气和嵌入式特性以及机械动力传输系统。实际上，ROS能够帮助读者更好地实现上述需要。为什么？这是因为基于ROS能够对真实工作的机器人进行仿真（更准确地说，是模拟。但如果读者调整一些参数并应用实时约束，则肯定能够以更高的逼真度进行仿真），需要考虑的因素及实现如下所示：

·底盘和轮子可以用URDF中的物理特性定义。

·驱动器可以使用Gazebo-ros插件定义。

·驱动器控制可以基于ros_controllers定义。

基于上述考虑，如果要构建自定义机器人，首先我们要考虑机器人的规格参数。

1.机器人底座规格参数

我们的机器人底座可能需要携带一个机器人手臂和一些额外的负载。此外，还应确保它是机电稳定的，使得它有足够的扭矩拉动自己的负载以及额定负载，并以较少的顿挫和边际位姿误差顺利地平滑移动。

所谓位姿包含了物体相对于世界/地球/环境的位置和旋转（姿态）坐标。

对于我们要构建的机器人底座而言，具体规格参数为：

·尺寸：600×450×200（长×宽×高，单位为毫米）。

·类型：四轮差分驱动机器人。

·速度：最高1米/秒。

·载荷：50千克（包含机械臂）。

2.机器人底座运动学模型

我们的机器人底座只有两个自由度：沿x轴平移和沿z轴旋转。由于方向盘固定，因此机器人不能在y轴上瞬时移动。因为机器人只能在地面上移动，所以它也不能在z轴上移动。此外，沿着x轴或y轴旋转意味着机器人要么向左或右倒下，要么向前或后倒下，因此这也是不可能的。

如果是麦卡纳姆轮系（又称为瑞典轮）的情况下，机器人底座将有3个自由度，可以在x和y轴构成的平面上万向平移，并能沿z轴旋转。

因此，我们的机器人运动学模型如下所示：

其中，x′、y′和θ′表征了机器人的最终位姿，ω表征了机器人的角速度，δt表征了时间步长。这就是所谓的正向运动学方程，因为我们是根据机器人的尺寸和速度来确定机器人的位姿的。

上述公式中的未知量为：

R=l/2×(nl+nr)/(nr-nl)

其中，nl和nr为左右两个轮子的编码器计数值，l是轮子的轴长：

ICC=[x-Rsinθ,y+Rcosθ]

同样可以得到：

ωδt=(nr-nl)step/l

其中，step是每个编码器刻度中轮子所覆盖的距离。