基于分布式PID控制的ROS小车编队方法研究

北方工业大学信息学院 赵周权 刘博文 宋卓儒 任 德

在电子信息、计算机、以及AI等领域发展下，车辆集群已经受到了众多学者关注。浙江理工大学学者提出了一种分层式的智能小车软件系统框架设计与路径规划方法研究，上海交通大学学者研制了CvberC3智能车，实现了基于视觉、磁传感器、激光雷达等传感器导航的实验验证。

本文以创乐博出品的小车平台作为研究对象，采用话题订阅作为车-车通讯协议，同时采用WIFI和互联网进行远端到主机的信息传输，使用PID算法实现小车的控制。实现小车集群的通讯、控制、协同等，为未来进一步的现实测试提供理论和实践基础。

1 ROS小车编队运动模型

小车基于室内全向移动机器人技术通过ROS STM32驱动板控制，测量小车状态。使用了ROS Ubuntu mate 16.04系统控制主板，传输信息，可视化界面，计算位置等功能。小车编队由1辆领航者和2辆跟随者组成。每辆小车都有左右两个履带马达，一台激光测距模块和互相之间通讯的Wi-Fi模块。PC端与领航者使用ROS实时通讯，领航者与跟随者使用ROS创建话题进行实时通讯。最后通过PC平台分析小车传回的数据，验证并实现了小车编队。

1.1 小车运动学模型

如图1所示，此模型使用[x,y,θ,ω]来确定小车的运动状态。其中，[x,y]为小车质心在笛卡尔坐标平面的位置坐标，θ为小车在水平方向的方向角，ω为小车的两个轮子速度。由于小车是双轮差分驱动。通过双轮差动机器人曲线算法，可以使用如下计算小车的速度为：

其中v为车相对于地面的速度，ωL为左轮的线速度，ωR为右轮的线速度；……