輪式里程計標定

輪式里程計標定是校準機器人輪子的旋轉和移動，以提供機器人運動中的準確位置和姿態信息的方法。通過標定，可以修正因輪子尺寸和輪距等因素引起的誤差，獲得更準確的運動軌跡。本節將以MyCar導航機器人爲例演示標定過程，其標定步驟如下：

1. 準備測量場地；
2. 線性位移標定；
3. 轉角位移標定；
4. 驗證和調整。

另外，該過程還需要使用尺子作爲測量工具。

1.準備測量場地

選擇一個開放而平坦的區域，確保沒有障礙物和其他干擾因素。

2.線性位移標定

線性位移標定是用來標定機器人在直線移動時行進的距離。該標定與車輪直徑參數密切相關，當車輪直徑測量不準確或輪胎磨損時，會導致輪式里程計的線性位移出現誤差。以下是線性位移標定的主要步驟：

（1）實際數據採集

啓動機器人底盤和鍵盤控制節點，使用鍵盤控制機器人向前直線運動一段距離，並測量線性位移數據。

（2）里程計消息採集

機器人停止後，輸出里程計消息，並獲取里程計消息中的機器人的位移數據。

（3）參數計算以及修改

收集實際位移數據（w1）和里程計消息中的位移數據（w2），並結合驅動包配置文件中的原輪胎直徑值（d1），即可計算修正後的輪胎直徑值（d）。計算公式如下：

d = w1 / w2 * d1;

將計算出的結果寫入 MyCar 機器人的配置文件對應的參數，並重新構建。

爲了獲得最佳結果，可以多次執行上述流程。每次執行後，測量並記錄新的實際位移數據（w1）和里程計消息中的位移數據（w2），然後根據新的數據再次計算修正後的輪胎直徑值（d）。不斷迭代這個過程，可以逐步優化輪胎直徑的估計值，減小里程計的線性位移誤差。

小提示：

如果使用的是以Arduino爲主控的MyCar兩輪差速機器人，那麼需要修改ros2_arduino_bridge功能包下的params/arduino.yaml文件，該文件中有一個名爲wheel_diameter參數即爲車輪直徑；

如果使用的是以Stm32爲主控的MyCar兩輪差速機器人，那麼需要修改ros2_stm32_bridge功能包下的params/stm32_2w.yaml文件，該文件中有一個名爲wheel_diameter參數即爲車輪直徑；

如果使用的是以Stm32爲主控的MyCar四輪差速機器人，那麼需要修改ros2_stm32_bridge功能包下的params/stm32_4w.yaml文件，該文件中有一個名爲wheel_diameter參數即爲車輪直徑。

3.轉角位移標定

轉角位移標定是用來標定機器人在轉彎時的角度變化。該標定與底盤的旋轉半徑參數密切相關，當旋轉半徑設置不當時，會導致轉角位移的測量誤差。另外需要注意的是，如果是兩輪差速機器人，那麼旋轉半徑和輪間距基本一致。這是因爲兩輪差速機器人在旋轉時沒有造成車體的側滑運動，所以可以使用輪間距來計算旋轉角度，並且旋轉半徑可以近似等於輪間距。然而，對於四輪差速機器人，在旋轉時會產生側滑，輪間距無法直接用於計算旋轉角度。四輪差速機器人的旋轉半徑需要通過實驗獲取，因爲它的旋轉半徑受到側滑運動的影響。此外，由於機器人的左右側輪胎差異或車輛重心偏移等原因，左旋轉和右旋轉時計算旋轉角度所使用的旋轉半徑可能不同，因此需要進行分別實驗來獲取左右旋轉時的旋轉半徑。

以下是轉角位移標定的主要步驟：

（1）實際數據採集

啓動機器人底盤和鍵盤控制節點，使用鍵盤控制機器人原地旋轉，並測量轉角位移數據，比如可以原地旋轉一週。

（2）里程計消息採集

機器人停止後，打開rviz2，並添加tf插件，以顯示機器人基座標系（一般是base_link或base_footprint）與里程計座標系（一般是odom）相對關係。

（3）參數計算以及修改

在機器人原地旋轉一週時，如果機器人基座標系與里程計座標系相吻合，那麼旋轉半徑參數無需調整；如果機器人基座標系與里程計座標系不吻合且rviz2中機器人的旋轉角度大於實際旋轉角度，那麼請將旋轉半徑調大；如果機器人基座標系與里程計座標系不吻合且rviz2中機器人的旋轉角度小於實際旋轉角度，那麼請將旋轉半徑調小。將計算出的結果寫入 MyCar 機器人的配置文件對應的參數，並重新構建。

爲了獲得最佳結果，可以多次執行上述流程。每次執行後，測量並記錄新的實際轉角位移數據和rviz2中的座標系相對關係，然後根據新的數據再次修正旋轉半徑。通過不斷迭代這個過程，可以逐步優化旋轉半徑的估計值，減小轉角位移的測量誤差。

小提示：

如果使用的是以Arduino爲主控的MyCar兩輪差速機器人，那麼需要修改ros2_arduino_bridge功能包下的params/arduino.yaml文件，該文件中有一個名爲wheel_track參數即爲車輪直徑，在ros2_arduino_bridge中並未對左旋轉和右旋轉做區分；

如果使用的是以Stm32爲主控的MyCar兩輪差速機器人，那麼需要修改ros2_stm32_bridge功能包下的params/stm32_2w.yaml文件，在機器人左旋轉時，要標定的是名爲model_param_acw的參數，在機器人右旋轉時，要標定的是名爲model_param_cw的參數；

如果使用的是以Stm32爲主控的MyCar四輪差速機器人，那麼需要修改ros2_stm32_bridge功能包下的params/stm32_4w.yaml文件，和兩輪差速類似的，在機器人左旋轉時，要標定的是名爲model_param_acw的參數，在機器人右旋轉時，要標定的是名爲model_param_cw的參數。

4.驗證和調整

將標定後的輪式里程計應用於實際場景中，並進行驗證和調整。觀察車輛的實際位置和運動與估計值的差異，並進行必要的調整和校準。另外，當車輛使用環境發生改變，或持續使用較長一段時間後，建議對里程計進行重新標定。