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Demo - Tracing Path

描述​

使用 MPC 控制器跟踪给定的固定轨迹示例，包括:

  • 直线：从机器人当前的位置和朝向为起点，生成指定长度的轨迹
  • 正方形：从机器人当前的位置和朝向为起点，逆时针生成指定长度的轨迹
  • 圆形：从机器人当前的位置和朝向为起点，逆时针生成指定半径的轨迹
  • “S” 曲线：从机器人当前的位置和朝向为起点，生成正弦曲线轨迹

目录结构​

# tree -L 2 -d
.
├── CMakeLists.txt
├── docs      # 文档/图片
├── include 
│   └── trace_path  # 头文件
├── launch        
│   ├── follow_circle_traj.launch  # 跟踪圆形轨迹-启动文件
│   ├── follow_s_curve_traj.launch # 跟踪S曲线轨迹-启动文件
│   └── follow_sqaure_traj.launch  # 跟踪正方形轨迹-启动文件
├── package.xml
├── README.md
├── rviz
│   └── trace_path_demo.rviz
└── src
    ├── circle_path_generator.cpp   # 圆形路径生成器
    ├── common                      # 公共方法
    ├── line_path_generator.cpp     # 直线路径生成器
    ├── mpc_path_tracer.cpp         # MPC 控制器
    ├── path_tracer.cpp             # 路径跟踪器基类
    ├── pid_path_tracer.cpp
    ├── s_curve_path_generator.cpp  # 正方形路径生成器
    ├── square_path_generator.cpp   # S曲线路径生成器
    └── tests                       # *_main.cc 入口

参数设置​

路径参数​

公共参数：

  • speed: 速度，单位 m/s
  • dt: 时间间隔，单位 s 即每隔speed * dt距离在路径上生成一个点

直线​

  • length: 长度，单位 m

正方形​

  • side_length： 边长 ，单位 m

圆形​

  • radius: 半径，单位 m

S 曲线​

  • length: 总长度的一半，单位 m
  • amplitude： 振幅
正方形路径圆形路径S曲线路径

控制器​

PID​

MPC​

可通过set_max_linear_velocity和set_max_angular_velocity设置最大线性速度和最大角速度来约束求解

编译​

修改 src/demo/trace_path/src/tests/*_main.cc 对应文件的的路径参数和控制器参数，然后编译运行：

cd ~/kuavo_ws
catkin build trace_path # 编译

启动​

终端1：启动机器人程序

若不熟悉如何启动 OCS2 机器人, 请阅读 OCS2 机器人使用文档.

source devel/setup.bash # 如果使用zsh，则使用source devel/setup.zsh
# 仿真环境运行
roslaunch humanoid_controllers load_kuavo_mujoco_sim.launch # 启动控制器、mpc、wbc、仿真器
# 实物请运行
roslaunch humanoid_controllers load_kuavo_real.launch # 启动实物节点

终端2：生成轨迹并跟踪

启动参数:

  • rviz 可视化参考路径和实时路径(可选): rviz:=true
source devel/setup.bash

# 正方形轨迹跟踪
roslaunch trace_path follow_sqaure_traj.launch

# 圆形轨迹跟踪
roslaunch trace_path follow_circle_traj.launch

# S曲线轨迹跟踪
roslaunch trace_path follow_s_curve_traj.launch

关键话题​

  • 获取机器人在世界坐标系的位置
  • 获取当前位置设置为起点，生成nav_msgs/Path格式的路径轨迹
  • 通过向机器人订阅的/cmd_vel话题发送消息命令，控制其运动
  • 如何通过 PID/MPC 控制调整机器人沿着路径轨迹运动

获取机器人位置信息​

话题：/odom 消息：nav_msgs/Odometry

控制机器运动​

话题：/cmd_vel

消息：geometry_msgs/Twist

rostopic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:
  x: 0.1
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0
  y: 0.0
  z: 0.0" -r 1000

路径表示​

消息：nav_msgs/Path

show nav_msgs/Path
std_msgs/Header header
  uint32 seq
  time stamp
  string frame_id
geometry_msgs/PoseStamped[] poses
  std_msgs/Header header
    uint32 seq
    time stamp
    string frame_id
  geometry_msgs/Pose pose
    geometry_msgs/Point position
      float64 x
      float64 y
      float64 z
    geometry_msgs/Quaternion orientation
      float64 x
      float64 y
      float64 z
      float64 w

发布话题​

  • trace_path/path : 跟踪的给定固定路径（正方形，圆形，S 曲线...）
  • trace_path/realtime_path : 机器人实时运动轨迹
  • trace_path/mpc/path : MPC 控制器求解的局部路径

效果预览​

PID​

说明：

  • 路径：直线-正方形-圆形-S曲线

MPC​

说明：

  • 红色路径为给定的固定轨迹
  • 蓝色路径为机器人的行走产生的跟踪轨迹
  • 绿色为 MPC 求解的局部轨迹