什么是轮式里程计

里程计的基石 - 码盘

这是一个非常丑的码盘，它可以分为8个刻度，红色区域是吸光区，白色区域为透光区。这个码盘粘在电机上，当电机转动时，带动码盘转动。电机本身又通过减速箱与轮子相接最终大概构图为：

码盘可以得到什么？

真实线速度

经过光电管后，每次码盘转动都会产生一次脉冲，mcu可以通过中断记录两次脉冲之间的时间 △t ，已知这个时间，已知两个码盘间的距离，就可以算出来这段时间的真实速度（线速度 精度为 mm/s）。

里程

我们扫地机的码盘采用的是磁码盘，码盘转一次走过8个刻度，轮子通过减速箱与码盘产生联系，大概关系为：

比如我们的扫地机左右轮，周长 267mm ， 轮子转一圈，经过了335个脉冲（刻度），那么每个脉冲对应的行走距离就是 :

odom = 267 / 335 = 0.797 (mm / 刻度)
1

那么如果我们左轮走了10000个刻度，就相当于走了 7970 mm

以上就是如何通过码盘获取每个轮子的里程。

扫地机速度闭环

上面讲了我们可以通过码盘获取左右轮真实速度，我们还可以通过PWM + 电机驱动芯片控制轮子的实际速度

上面是一个精简的PID控制器，所有与轮子相关操作的均在一个线程内：

从linux下发一次线速度角速度，到底层控制电机转动，经过了如下步骤

也就是说，Linux下发的线速度角速度，mcu把它解释为左轮期望速度和右轮期望速度，经过软加速后，放到PID控制器里做闭环。

基于里程计航迹推算（定位建图）

编码器推算轨迹：（直接对距离做分解累积误差相对较小，最终精度1%以内，如果做修正，同时航向角较准确的情况下精度可以达到0.1%以内（已经实测））
编码器每一个脉冲对应实际轮子行走的直线距离系数为：
rate_encoder = 2𝛑r/sum_encoders
其中r为车轮半径， sum_encoders 为轮子走动一圈的编码器的脉冲总数。
单位时间∆t内编码的增量为：
inc_encoder = encoder_now – encoder_last (当前编码器值减去上次编码器值)
则单位时间机器人移动的距离为：
∆d = inc_encoder * rate_encoder

世界坐标系下x、y方向累计里程分别为：
Xw = Xw + ∆xw = Xw + ∆d * cos(θ)
Yw = Yw + ∆yw = Yw + ∆d * sin(θ)

其中航向角θ的获取分两种情况：

• 底盘带具有稳定航向角的IMU，此方式可以使得最终解算的位置十分准确（电子罗盘受电机干扰交大不可用）
  θ直接等于IMU的航向角Yaw。（IMU的Yaw上电为0，刚好和车的航向角一致）
• 依靠底盘两个轮子上精确的编码器推算航向角。
  两轮编码器单位时间内增量分别为 inc_encoder_r、inc_encoder_l
  单位时间内两轮扭动的距离差为 lenth_error = (inc_encoder_r- inc_encoder_l) * rate_encoder;
  由⑤得：由距离差得单位时间内角度差为 anlge_z_error = lenth_error / 2d;
  根据编码器累计的角度θ为 anlge_z += anlge_z_error。
  此方式非常依赖编码器精度，有累计误差，效果不如直接使用IMU的好。