375 lines
13 KiB
TeX
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\documentclass[12pt, a4paper]{article}
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% ========== 基础包 ==========
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\usepackage[UTF8]{ctex} % 中文支持
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\usepackage[margin=2.5cm]{geometry} % 页边距
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\usepackage{titlesec} % 章节标题格式
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\usepackage{titletoc} % 目录格式
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\usepackage{fancyhdr} % 页眉页脚
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\usepackage{listings} % 代码块
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\usepackage{xcolor} % 颜色
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\usepackage{graphicx} % 图片
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\usepackage{amsmath} % 数学公式
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\usepackage{amssymb} % 数学符号
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\usepackage{booktabs} % 表格
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\usepackage{enumitem} % 列表格式
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\usepackage{tcolorbox} % 彩色盒子
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\usepackage{fontawesome5} % 图标
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\usepackage{setspace} % 行距
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\usepackage{hyperref} % 超链接
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% ========== 页面设置 ==========
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\onehalfspacing
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% ========== 可修改的文档信息 ==========
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\newcommand{\doctitle}{停车机器人}
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\newcommand{\docsubtitle}{坐标变换问题排查与后续计划}
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\newcommand{\projectname}{停车机器人项目}
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\newcommand{\docauthor}{沈玉祥}
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\newcommand{\docversion}{v1.0}
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\newcommand{\docdescription}{本文档用于说明XXXX项目的设计、实现、测试及维护方法。}
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% ========== 页眉页脚 ==========
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\pagestyle{fancy}
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\fancyhf{}
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\fancyhead[L]{\small \doctitle}
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\fancyhead[R]{\small \leftmark}
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\fancyfoot[C]{\thepage}
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\renewcommand{\headrulewidth}{0.4pt}
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% ========== 颜色设置 ==========
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\definecolor{codebg}{RGB}{245, 245, 245}
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\definecolor{codeframe}{RGB}{200, 200, 200}
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||
\definecolor{codegreen}{rgb}{0,0.6,0}
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\definecolor{codegray}{rgb}{0.5,0.5,0.5}
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\definecolor{codepurple}{rgb}{0.58,0,0.82}
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% ========== 超链接设置 ==========
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\hypersetup{
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colorlinks=true,
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linkcolor=blue!70!black,
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urlcolor=blue!70!black,
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citecolor=green!60!black,
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bookmarks=true,
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||
bookmarksnumbered=true,
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pdftitle={\doctitle},
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pdfauthor={\docauthor}
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}
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% ========== 代码块设置 ==========
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\lstdefinestyle{pythonstyle}{
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backgroundcolor=\color{codebg},
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commentstyle=\color{codegreen},
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stringstyle=\color{codepurple},
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breakatwhitespace=false,
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breaklines=true,
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captionpos=b,
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keepspaces=true,
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numbers=left,
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numbersep=5pt,
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showspaces=false,
|
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showstringspaces=false,
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showtabs=false,
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language=Python
|
||
}
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||
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\lstdefinestyle{bashstyle}{
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backgroundcolor=\color{codebg},
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basicstyle=\ttfamily\footnotesize,
|
||
breaklines=true,
|
||
frame=single,
|
||
rulecolor=\color{codeframe},
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||
language=bash,
|
||
commentstyle=\color{codegreen},
|
||
keywordstyle=\color{blue}
|
||
}
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\lstset{style=pythonstyle}
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||
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% ========== 彩色盒子样式 ==========
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\tcbuselibrary{skins, breakable}
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\newtcolorbox{qabox}[2][]{
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enhanced,
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breakable,
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colback=blue!5!white,
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colframe=blue!60!black,
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||
fonttitle=\bfseries,
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||
title={Q: #2},
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||
#1
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||
}
|
||
|
||
\newtcolorbox{answerbox}[1][]{
|
||
enhanced,
|
||
breakable,
|
||
colback=green!5!white,
|
||
colframe=green!60!black,
|
||
leftrule=4pt,
|
||
#1
|
||
}
|
||
|
||
\newtcolorbox{filebox}[2][]{
|
||
enhanced,
|
||
breakable,
|
||
colback=gray!10!white,
|
||
colframe=gray!60!black,
|
||
fonttitle=\bfseries\ttfamily,
|
||
title={\faFile\ #2},
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#1
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||
}
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% ========== 章节标题格式 ==========
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\titleformat{\section}
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{\Large\bfseries\color{blue!70!black}}
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{\thesection}{1em}{}
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[\titlerule]
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\titleformat{\subsection}
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||
{\large\bfseries\color{blue!50!black}}
|
||
{\thesubsection}{1em}{}
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||
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||
\titleformat{\subsubsection}
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||
{\normalsize\bfseries}
|
||
{\thesubsubsection}{1em}{}
|
||
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||
\begin{document}
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% ========== 封面 ==========
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\begin{titlepage}
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\centering
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\vspace*{3cm}
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{\Huge\bfseries \doctitle\\[0.5em]
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\Large \docsubtitle}
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\vspace{2cm}
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\rule{\linewidth}{0.5mm}
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\vspace{1cm}
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{\large
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\begin{tabular}{ll}
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||
\textbf{项目名称：} & \projectname \\[0.5em]
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||
\textbf{作者：} & \docauthor \\[0.5em]
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||
\textbf{日期：} & \today \\[0.5em]
|
||
\textbf{版本：} & \docversion \\
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||
\end{tabular}
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||
}
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||
\vspace{1cm}
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||
\rule{\linewidth}{0.5mm}
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||
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||
\vfill
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||
{\small \docdescription}
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||
\end{titlepage}
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% ========== 目录 ==========
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\tableofcontents
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\newpage
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% ============================================================
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% 使用时可直接修改下面各章节，也可以复制或删除任意示例
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% ============================================================
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\section{文档概述}
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\subsection{编写目的}
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本文档主要针对停车机器人坐标变换的问题排查以及后续规划安排的说明。
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\subsection{项目位置}
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XXXX：git链接以及分支
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\subsection{已知问题}
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\begin{enumerate}
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\item 坐标系变换问题bug
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\item ±120°物理限制无反馈方式
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\item Simple设置初次设置任务需要等待较长时间
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\end{enumerate}
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% \subsection{术语说明}
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% \begin{table}[htbp]
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% \centering
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% \caption{术语说明示例}
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% \begin{tabular}{ll}
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% \toprule
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% \textbf{术语} & \textbf{说明} \\
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% \midrule
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% XXXX & 填写术语的完整名称及含义 \\
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% XXXX & 填写缩写、单位或专有概念 \\
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% \bottomrule
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% \end{tabular}
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% \end{table}
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\section{蟹行反向}
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\subsection{问题描述}
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蟹行模式发送正速度理论来说应往车体左侧运动，实际向车体右侧运动，这个不一致的问题
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\subsection{问题原因}
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SetChassisDirection(90) 的含义容易误解，它设置的“车身坐标系相对运动坐标系的偏置” +90°，不是让舵轮转到 +90°。
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\begin{lstlisting}[caption={蟹行反向原因梳理}]
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右摇杆Y > 0
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→ speed > 0
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→ SetChassisDirection(+90°)
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→ 舵轮零方向 ZeroDirection = +90°
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→ SendMotion 的直行轴角 axisTh = 0°
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→ 实际舵角目标 = axisTh - ZeroDirection
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→ 0° - 90° = -90°
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||
→ 正速度沿 -90° 方向运动
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→ 整车向右蟹行
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\end{lstlisting}
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\subsection{解决思路}
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增加类似ROS的TF变换的简化版本，暂时不对commonusage上层进行改动，针对停车机器人本项目增加适配层，明确语义，方便后续多车编队坐标系问题的排查。
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\begin{lstlisting}[caption={目前解决思路梳理}]
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MyParking
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├─ Shared
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│ ├─ FrameTransform2D.cs 坐标变换
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│ ├─ ChassisCommand.cs Pose2D、Twist2D等数据定义
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||
│ ├─ FleetKinematics.cs 车队到各单车的运动学分解
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||
│ └─ MultiWheelChassisAdapter.cs 包装原Chassis
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├─ MedullaAdapter
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||
└─ ClumsyPilot
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\end{lstlisting}
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\section{CommonUsage问题}
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\subsection{问题整理}
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\subsubsection{\texttt{SendXYThSpeed()}}
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使用 $F$ 坐标系下的 \texttt{sw.Position} 计算角度，却直接作为 $B$ 坐标系舵角下发，未减去 \texttt{sw.ZeroDirection}。因此非零偏置下存在坐标系混用风险。
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\subsubsection{\texttt{GetCarSpeed()}}
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使用 $F$ 坐标系下的轮子位置，与 $B$ 坐标系下的舵角共同计算速度。非零偏置下，得到的 $V_x/V_y$ 坐标系不明确。
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\subsubsection{差速舵左右轮位置计算}
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\texttt{AccumulateSpeed()} 使用 $F$ 坐标系下的 \texttt{dsw.Position}，但轮子方向 \texttt{\_sendAngle[i]} 属于 $B$ 坐标系。应转换为：
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\[
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||
\texttt{wheelDirInFleet}
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||
=
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\texttt{\_sendAngle[i]}
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||
+
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||
\texttt{dsw.ZeroDirection}
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||
\]
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\subsubsection{\texttt{SendRotateMotion()}}
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目标舵角使用 \texttt{sw.Position} 计算正确，但旋转半径使用了相对单车中心的 \texttt{CenterDistance()}。当编队原点存在位置偏置时，应改为：
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||
\[
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||
\texttt{sw.Position.Length()}
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||
\]
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\subsubsection{\texttt{CommonMath} 角度归一化}
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当前使用以下方式进行角度归一化：
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\begin{lstlisting}[language={[Sharp]C}]
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angle - Math.Round(angle / 360f) * 360f
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\end{lstlisting}
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||
|
||
受 \texttt{Math.Round()} 银行家舍入影响，在 $\pm180^\circ$、$\pm540^\circ$ 等边界处可能同时出现 $180^\circ$ 和 $-180^\circ$ 两种表达。虽然物理含义相同，但容易影响范围判断，建议统一归一化到：
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\[
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[-180^\circ,\,180^\circ)
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||
\]
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\subsection{总体结论}
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CommonUsage 的核心坐标变换公式基本正确，主要问题是接口没有明确规定输入输出属于车体坐标系 $B$、编队坐标系 $F$ 还是世界坐标系 $W$。
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例如，\texttt{CommonMath.Transform2D(src, t)} 无法从方法名判断输入输出的坐标系、变换方向及数据类型。当前系统也缺少
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\texttt{BodyFrame}、\texttt{FleetFrame}、\texttt{WorldFrame} 等坐标系定义，
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||
\texttt{Pose2D}、\texttt{Twist2D} 等明确类型，以及
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||
\texttt{BodyToFleet()}、\texttt{FleetToBody()} 等方向性接口。
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||
因此，CommonUsage 具备坐标变换的数学工具，但缺少坐标变换的语义管理层。当 \texttt{originBias} 不为零时，\texttt{SendXYThSpeed()}、\texttt{GetCarSpeed()}、差速舵轮速计算及 \texttt{SendRotateMotion()} 存在坐标系混用或旋转半径不明确的问题。
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更准确地说：核心变换思路正确，但接口契约不清晰，部分方法仅在
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\texttt{originBias = 0} 时能够明确保证坐标一致。
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\section{测试实验}
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\subsection{当前进度}
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目前已完成停车机器人M层和C层代码的整理、编译及部署，并通过实车验证。车辆现已能够正常完成前进、后退、蟹行和原地旋转等基本动作，C层、M层到底层电机的控制链路已经打通。
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\subsection{后续计划}
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下一阶段将针对直线、圆弧和贝塞尔曲线开展重复性实车测试。从底盘读取实际速度反馈，从Detour读取车辆实际运动轨迹，并使用Python脚本量化现有方法的轨迹跟踪精度和速度响应，绘制参考值与实际值的对比曲线。
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在此基础上建立车辆运动学模型，设计基于LQR的Track轨迹跟踪方法，并研究舵轮$\pm120^\circ$物理约束下的运动控制和指令分解。首先完成单车轨迹跟踪测试与优化，待单车控制稳定后，再开展双车及多车协调控制研究。简要后续规划整理如下：
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\begin{lstlisting}[caption={后续计划简要梳理}]
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一、定义实验需要获取的物理量：车的速度反馈、位置信息
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二、速度信息从M层可获取、位置信息计划从Detour中获得
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三、后续主要先测多种的直线、圆弧和贝塞尔曲线、多次实验
|
||
四、获取下发速度、实际速度、理论轨迹、实际轨迹后用python脚本画出曲线；
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观察跟踪精度、横向偏差、纵向偏差、速度响应等量化指标
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||
五、测量当前stanley控制器的量化跟踪的性能、编写LQR控制器
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六、单车跑通跑稳之后增加±120°极限位置的打印/停车调整的防御策略，设置极限位置进行测试
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||
七、单车调整过程中排查一些已知的bug，假如新写的适配层功能不足，可能会考虑修改commonusage的Chassis的部分代码
|
||
八、当单车调稳之后、编写双车之间的通信和调整方法，仿真验证坐标系转换是否正常再实车试验
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||
\end{lstlisting}
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% \begin{enumerate}
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% \item XXXX：填写流程的第一步。
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% \item XXXX：填写流程的第二步。
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% \item XXXX：填写流程的第三步。
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% \end{enumerate}
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\section{库版本不一致问题}
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如图~\ref{fig:example}~所示，停车机器人仓库自带的ref的commonusage.dll会比仓库里commonusage的项目多一些方法，应该是之前排除问题的时候也对上层的commonusage进行了修改，有版本不一致的问题。
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||
\begin{figure}[htbp]
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\centering
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||
\includegraphics[width=\linewidth]{pic.png}
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\caption{问题描述}
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\label{fig:example}
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\end{figure}
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\section{后续规划}
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\subsection{个人想法}
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\subsubsection{项目引用和版本问题}
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目前的仓库项目的.csproj文件大多对dll的引用是通过绝对路径，建议使用相对路径自带一个ref文件夹来包含项目需要的依赖，同时需要确认依赖的版本一致。
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||
\subsubsection{readme问题}
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项目增加readme说明，固定格式，可通过简单的skill执行；同时一些实际执行遇到的问题可以记录成文件放在项目里面，方便学习和后续使用。
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||
\subsubsection{技术文档}
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技术文档的固定模板，有时候语言表达问题不全面，需要文档进行记录或者整理。
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||
\subsection{版本记录}
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\begin{table}[htbp]
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||
\centering
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||
\caption{版本记录}
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\begin{tabular}{llll}
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\toprule
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\textbf{版本} & \textbf{日期} & \textbf{作者} & \textbf{修改内容} \\
|
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\midrule
|
||
v1.0 & \today & 沈玉祥 & 创建基础文档 \\
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||
\bottomrule
|
||
\end{tabular}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\newpage
|
||
|
||
\section{时间计划节点}
|
||
\begin{figure}[htbp]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width=\linewidth]{parking.png}
|
||
\caption{停车机器人节点计划}
|
||
\label{fig:parking}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
|
||
\end{document}
|