[Dynamics Model] Differential Drive Model, Car-like Model, Holonomic Model

• dynamics model은 로봇의 움직임과 행동을 예측하고 제어하는 데 사용되는 수학적 모델

1. Holonomic Model (홀로노믹 모델)

• 홀로노믹 모델은 로봇이 모든 방향으로 자유롭게 움직일 수 있는 경우
• 이 모델에서 로봇은 병진 운동(직선 운동)과 회전 운동을 독립적으로 수행할 수 있음, 모든 방향으로 즉시 이동하거나 회전할 수 있습니다.
  • 측면 이동 및 대각선 이동도 할 수 있습니다.
• 예를 들어, 옴니 휠(Omni-wheel)이나 메카넘 휠(Mecanum wheel)을 사용하는 로봇은 홀로노믹 모델을 따릅니다.
• 이들 휠은 로봇이 수평 방향으로 자유롭게 움직이면서도 회전할 수 있는 능력을 제공합니다.
• 홀로노믹 로봇은 복잡한 환경에서의 정밀한 위치 조정이나 조작 작업에 적합합니다.

1-1. Omni-wheel

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• 구조와 특징:
  • 옴니 휠은 주 바퀴 주위에 여러 개의 작은 롤러가 장착된 바퀴
  • 이 작은 롤러들은 주 바퀴의 회전 축과 수직 방향으로 회전
  • 이 구조 덕분에, 로봇은 전후진뿐만 아니라, 수평 방향으로도 자유롭게 움직일 수 있음
• 이동성:
  • 옴니 휠을 사용하는 로봇은 전후좌우로 움직일 수 있으며, 제자리에서 회전도 가능
• 비교
  • 옴니 휠은 간단한 수평 이동에 적합하며, 좁은 공간에서의 민첩한 움직임을 요구할 때 유용

2-2. Mecanum wheel

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• 구조와 특징:
  • 메카넘 휠은 표면에 대각선으로 배치된 여러 개의 롤러가 있는 바퀴
  • 이 롤러들은 바퀴의 회전 축과 약 45도 각도로 배치되어 있음
  • 이러한 구조는 로봇이 모든 방향으로 움직일 수 있게 해줌
• 이동성:
  • 메카넘 휠을 사용하는 로봇은 옴니 휠과 마찬가지로 전후좌우 및 대각선 방향으로 이동할 수 있음
  • 이 휠은 특히 로봇이 대각선 방향으로 부드럽게 이동하거나, 복잡한 경로를 따라 이동할 때 유용
• 비교:
  • 메카넘 휠은 특히 대각선 이동에 더 유리
  • 복잡한 이동 패턴을 가능하게 하며, 로봇이 보다 다양한 방향으로 움직이는 것을 요구하는 응용 분야에 적합

2. Differential Drive Model (차동 구동 모델)

• 개념: 차동 구동 모델은 로봇에 두 개의 병렬 바퀴가 있는 구조를 기반으로 합니다. 이 두 바퀴는 각각 독립적으로 구동될 수 있으며, 이를 통해 로봇은 앞으로 진행하거나, 회전하거나, 또는 이 두 움직임을 조합할 수 있습니다.
• 이 모델은 측면 이동이 불가능합니다 (즉, 로봇은 직접 옆으로 움직일 수 없습니다).
• 동작 메커니즘: 두 바퀴의 속도 차이를 조절함으로써 로봇은 제자리에서 회전할 수 있고, 두 바퀴가 동일한 속도로 움직이면 직선으로 이동합니다.
• 수학적 모델링: 로봇의 위치와 방향은 로봇의 바퀴 속도와 그 간의 거리에 따라 결정됩니다. 이 모델은 주로 비선형 시스템 방정식을 사용하여 표현됩니다.

3. Car-like Model (자동차 유사 모델)

• 개념: 자동차 유사 모델은 실제 자동차의 운전 메커니즘을 모방하여 설계된 로봇 모델입니다. 주로 전륜 조향 방식
• 이 모델에서는 오직 앞바퀴만이 조향됩니다.뒷바퀴는 고정되어 있으며 직선 운동만을 합니다.
• 운전자가 핸들을 돌리면 앞바퀴의 방향이 바뀌고, 차량은 이에 따라 방향을 변경합니다.
• 동작 메커니즘: 이 모델에서 로봇(또는 자동차)의 방향은 전륜의 조향각에 의해 결정되며, 후륜은 주로 추진력을 제공합니다.
• 수학적 모델링: 이 모델은 차량의 위치, 방향, 속도, 조향각 등 다양한 변수를 고려하여 복잡한 비선형 방정식을 통해 표현됩니다. 경로 계획과 추종에서 중요한 역할을 합니다.

4. Double Ackermann Model (더블 애크만 모델)

• 전통적인 자동차의 스티어링 메커니즘을 기반
• 두 개의 애크만 스티어링 시스템을 사용
  • 주로 네 바퀴가 모두 조향 가능한 로봇이나 차량에 적용
• 각 바퀴 세트(앞바퀴와 뒷바퀴)는 독립적으로 조향
  • 이를 통해 차량은 더 나은 기동성과 조정 능력을 가질 수 있음