本发明涉及机械工程与自动化控制，特别是涉及一种2wis全向轮装置及控制算法。
背景技术：
1、传统的万向轮结构广泛应用于机器人、自动驾驶平台等设备中，用于实现平稳的转向控制。但万向轮在设计上存在一定的局限性，特别是在复杂转向条件下，可能导致运动精度不高或控制不稳定。
2、以麦克纳姆轮为基础的万向轮，麦克纳姆轮的特点是每个轮子上装有多个安装角度为45度的滚轮(通常是4个滚轮)，每个滚轮的倾斜角度帮助其在多个方向上提供推力。配合四个滚轮分别放置在机器人的四个角，能够实现平移、旋转和任意方向的组合移动，且控制较为直观，并通过差速控制四个滚轮的速度和方向，可以实现任意方向的移动，相较于传统车轮，它不需要额外的转向机构来改变方向，简化了设计。
3、但是由于滚轮的安装角度和设计，使得摩擦力和牵引力不如传统车轮。且对地面平整度要求高，需要定期更换磨损部位，地面一旦不平，力分解策略失效，无法实现全向运动，同时每个滚轮都有复杂的角度设计，制造过程较为复杂且维护困难。且由于结构复杂，承载能力一般不如传统轮子。
4、而差速轮系统作为一种常见的驱动方式，广泛应用于差速驱动型设备中，虽然能够提供良好的直线运动和转向控制，但其传统转向方式通常需要附加装置来实现更灵活的操控。而以4wis为主的全向轮为例，其系统通常由四个独立转向的滚轮组成，每个滚轮都可以独立调整其转向角度，使得机器人可以在任意方向上平移、旋转或进行组合运动。这种设计与麦克纳姆轮不同，4wis依靠每个滚轮单独的转向来实现全向控制，而非通过倾斜角度。如图1所示，该种差速轮支持横向移动、斜向运动、单阿克曼运动、双阿克曼运动、斜行阿克曼运动、原地自旋等多种模式。每个滚轮的独立转向提供了更高的控制精度和灵活性，可以实现更精细的运动控制，尤其在狭窄空间中。且由于每个滚轮的转向完全独立，系统能够实现平稳的全向移动。同时每个滚轮都可以单独控制，所以承载能力通常较强，适合更重的负载。
5、但是，由于4wis系统需要独立的驱动和转向机制，增加了设计和控制的复杂性。多个独立转向机构需要更多的驱动机构和控制系统，因此能量消耗相对较高。且系统需要精密的控制策略来协调四个滚轮的转向和驱动，增加了控制系统的复杂度。因此，如何在保持4wis系统优点的同时，实现更低成本的全向轮控制系统，是工业生产需要解决的一项的技术。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种2wis全向轮装置及控制算法，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效降低制作成本，并保证实现连续、任意角度的转向控制，可以广泛应用于自动驾驶车辆、机器人、智能搬运车等领域，特别是需要高精度控制和灵活转向的场合。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种2wis全向轮装置，包括机架、两独立设置的驱动轮、至少一个从动轮；
3、两所述驱动轮沿水平方向对称分布在所述机架的两侧，且所述驱动轮的转动轴线水平延伸；
4、两所述驱动轮均配套有支架组件，所述支架组件包括转向支架、第一驱动机构和第二驱动机构，所述转向支架的一端转动安装在所述机架上，且其转动轴线竖直延伸，并配套有驱动其转动的第一驱动机构，所述转向支架的另一端安装有驱动所述驱动轮转动的第二驱动机构；
5、所述从动轮转动安装在所述机架上，并与两所述驱动轮共同支撑在地面上。
6、优选的，各所述转向支架未安装所述第二驱动机构的端部与所述机架之间均设有导电滑环，所述导电滑环包括定子和转子；
7、所述定子安装在所述机架上，用于与主控机构电连接；
8、所述转子安装在所述转向支架上，并与所述第一驱动机构传动连接，且其转动轴线竖直延伸，所述转子与所述转向支架同步转动，且所述转子上引出的导线与所述第二驱动机构电连接。
9、优选的，所述机架上转动安装有两分别与各所述转向支架对应连接的转向执行器，所述转向执行器的转动轴线竖直延伸，所述转向执行器上同轴贯穿开设有安装通道；
10、所述导电滑环嵌入所述安装通道内，所述导电滑环的外圈为所述转子，并与所述转向执行器固定连接，所述导电滑环的内圈为所述定子，并与所述机架固定连接。
11、优选的，所述第一驱动机构与所述转向执行器传动连接，并驱动所述转向执行器转动。
12、优选的，所述第一驱动机构为驱动电机，所述驱动电机设有作为所述转向执行器的中空电机轴。
13、优选的，所述驱动轮包括轮毂及轮胎，所述轮胎安装在所述轮毂的轮辋上，所述第二驱动机构与所述轮毂传动连接。
14、优选的，所述第二驱动机构采用轮毂电机，所述轮毂电机内置在所述轮毂的内周侧。
15、优选的，所述机架上安装有两从动轮，两所述从动轮沿两所述驱动轮的排布方向位于两所述驱动轮之间，并沿垂直于两所述驱动轮排布的方向分布在所述机架的两侧。
16、优选的，所述从动轮采用万向轮。
17、还提供一种2wis全向轮装置的控制算法，基于v/w分解法，v和w分别表示所述2wis全向轮装置自身的线速度和角速度；
18、其中，线速度v＝(vx，vy)t；角速度
19、所述2wis全向轮装置的速度瞬心的位置公式为：xicr＝vy/wz，yicr＝vx/wz；
20、各所述驱动轮的线速度通过瞬心位置与所述驱动轮的几何关系求得，第i个所述驱动轮的线速度可以通过以下公式计算：
21、记速度瞬心为i，则速度瞬心到第1个所述驱动轮中心的向量(上图蓝色部分)为：
22、
23、其中，为所述2wis全向轮装置自身的中心点到第1个所述驱动轮的旋转中心的连线矢量，为所述2wis全向轮装置自身的中心点到速度瞬心icr的向量，矢量相减得到第1个所述驱动轮de旋转中心到速度瞬心的矢量，作为速度分解半径；第1个所述驱动轮的位置为c1(x1，y1)；
24、则第1个所述驱动轮处的线速度应该为：
25、
26、其中，x为向量的外积，叉乘；
27、则第1个所述驱动轮处的期望线速度大小为：
28、
29、第2个所述驱动轮处线速度同理，可以表示为通用公式：
30、
31、将所述驱动轮i的线速度，转化为所述驱动轮i的角速度，其中r为轮毂电机的半径：
32、
33、对应的，所述驱动轮的转向角为：
34、
35、对于任意利用上述公式得到每条轮腿的控制指令后，将每个轮毂电机处于速度环模式且速度指令为：
36、
37、每条腿的转向电机处于位置环模式且转向角度：
38、
39、针对不同运动模态，控制的值。
40、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
41、本发明在差速轮的基础上，通过设置两个独立的驱动轮，通过各第一驱动机构带动对应的转向支架及驱动轮转向动作，通过第二驱动机构带动对应的驱动轮行进动作，进而通过控制两个驱动轮的转速差，提供基础的差速驱动控制，两个驱动轮可以实现二维平面内连续线速度角速度指令、任意角度的转向操作，相对于4wis系统，减少一半驱动机构，能够有效降低制作成本，且相对于万向轮结构，具备更高的稳定性和操控性，解决了传统万向轮在复杂转向过程中存在的灵活性不足问题。可以广泛应用于自动驾驶车辆、机器人、智能搬运车等领域，特别是需要高精度控制和灵活转向的场合。