mi-task/base_move/move_base_hori_line.py

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Python
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import math
import time
import cv2
import sys
import os
sys.path.append(os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))))
from utils.detect_track import detect_horizontal_track_edge
from base_move.turn_degree import turn_degree
def align_to_horizontal_line(ctrl, msg, observe=False, max_attempts=3):
"""
控制机器人旋转到横向线水平的位置
参数:
ctrl: Robot_Ctrl 对象,包含里程计信息
msg: robot_control_cmd_lcmt 对象,用于发送命令
observe: 是否输出中间状态信息和可视化结果默认为False
max_attempts: 最大尝试次数默认为3次
返回:
bool: 是否成功校准
"""
attempts = 0
aligned = False
image = ctrl.image_processor.get_current_image()
while attempts < max_attempts and not aligned:
# 检测横向线边缘
edge_point, edge_info = detect_horizontal_track_edge(ctrl.image_processor.get_current_image(), observe=observe, delay=1000 if observe else 0)
if edge_point is None or edge_info is None:
print("未检测到横向线,无法进行校准")
return False
# 获取检测到的斜率和其他信息
slope = edge_info["slope"]
is_horizontal = edge_info["is_horizontal"]
if observe:
print(f"检测到横向线,斜率: {slope:.6f}")
print(f"是否足够水平: {is_horizontal}")
# 如果已经水平,则无需旋转
if is_horizontal:
print("横向线已经水平,无需校准")
return True
# 计算需要旋转的角度
# 斜率 = tan(θ),因此 θ = arctan(斜率)
angle_rad = math.atan(slope)
angle_deg = math.degrees(angle_rad)
# 调整角度方向
# 正的斜率意味着线条从左到右上升,需要逆时针旋转校正
# 负的斜率意味着线条从左到右下降,需要顺时针旋转校正
# 注意旋转方向: 顺时针为负角度,逆时针为正角度
angle_to_rotate = -angle_deg # 取负值使旋转方向正确
if observe:
print(f"需要旋转的角度: {angle_to_rotate:.2f}")
# 可视化横向线和校准角度
if isinstance(image, str):
img = cv2.imread(image)
else:
img = image.copy()
height, width = img.shape[:2]
center_x = width // 2
# 画出检测到的横向线
line_length = 200
end_x = edge_point[0] + line_length
end_y = int(edge_point[1] + slope * line_length)
start_x = edge_point[0] - line_length
start_y = int(edge_point[1] - slope * line_length)
cv2.line(img, (start_x, start_y), (end_x, end_y), (0, 255, 0), 2)
# 画出水平线(目标线)
horizontal_y = edge_point[1]
cv2.line(img, (center_x - line_length, horizontal_y),
(center_x + line_length, horizontal_y), (0, 0, 255), 2)
# 标记角度
cv2.putText(img, f"当前斜率: {slope:.4f}", (10, 30),
cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (0, 255, 0), 2)
cv2.putText(img, f"旋转角度: {angle_to_rotate:.2f}°", (10, 70),
cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (0, 255, 0), 2)
cv2.imshow("校准旋转分析", img)
cv2.waitKey(1500 if observe else 1)
# 执行旋转
# 如果角度很小,增加一个小的偏移以确保旋转足够
if abs(angle_to_rotate) < 3.0:
angle_to_rotate *= 1.5 # 对小角度进行放大以确保效果
# 限制旋转角度,避免过度旋转
angle_to_rotate = max(-30, min(30, angle_to_rotate))
# 使用turn_degree函数执行旋转
turn_success = turn_degree(ctrl, msg, angle_to_rotate, absolute=False)
if observe:
print(f"旋转结果: {'成功' if turn_success else '失败'}")
# 增加尝试次数
attempts += 1
# 在旋转后重新获取图像,这里需要调用获取图像的函数
# 代码中没有提供获取实时图像的方法假设每次外部会更新image参数
# 检查是否已经对齐
# 对于实际应用,应该在旋转后重新捕获图像并检测横向线
# 这里简单地根据旋转是否成功和旋转角度是否足够小来判断
if turn_success and abs(angle_to_rotate) < 5.0:
aligned = True
return aligned
def calculate_distance_to_line(edge_info, camera_height, camera_tilt_angle_deg=0, observe=False):
"""
根据相机参数和图像中横线位置计算相机到横线的实际距离
几何模型说明:
1. 相机位于高度camera_height处向下倾斜camera_tilt_angle_deg度
2. 图像底部对应相机视场的下边缘,横线在图像中的位置通过像素坐标确定
3. 计算相机视线到横线的角度,然后使用三角函数计算实际距离
参数:
edge_info: 边缘信息字典包含distance_to_bottom等信息
camera_height: 相机高度(米)
camera_tilt_angle_deg: 相机向下倾斜的角度(度)
observe: 是否打印中间计算值
返回:
float: 到横向线的X轴水平距离(米)
"""
if edge_info is None or "distance_to_bottom" not in edge_info:
return None
# 1. 获取图像中交点到底部的距离(像素)
distance_in_pixels = edge_info["distance_to_bottom"]
if observe:
print(f"图像中交点到底部的像素距离: {distance_in_pixels}")
# 2. 获取相机参数
horizontal_fov_rad = 1.46608 # 水平视场角弧度约84度
image_height_px = 1080 # 图像高度(像素)
image_width_px = 1920 # 图像宽度(像素)
# 3. 计算垂直视场角
aspect_ratio = image_width_px / image_height_px # 宽高比
vertical_fov_rad = horizontal_fov_rad / aspect_ratio # 垂直视场角(弧度)
vertical_fov_deg = math.degrees(vertical_fov_rad) # 垂直视场角(度)
if observe:
print(f"相机参数: 水平FOV={math.degrees(horizontal_fov_rad):.1f}°, 垂直FOV={vertical_fov_deg:.1f}°")
print(f"图像尺寸: {image_width_px}x{image_height_px}, 宽高比: {aspect_ratio:.2f}")
# 4. 直接计算视线角度
# 计算图像底部到相机视场中心的角度
half_vfov_rad = vertical_fov_rad / 2
# 计算图像底部到横线的角度比例
# 比例 = 底部到横线的像素距离 / 图像总高度
pixel_ratio = distance_in_pixels / image_height_px
# 计算从图像底部到横线的角度
bottom_to_line_angle_rad = pixel_ratio * vertical_fov_rad
# 计算从相机视场中心到横线的角度
# 负值表示横线在视场中心以下,正值表示在中心以上
center_to_line_angle_rad = bottom_to_line_angle_rad - half_vfov_rad
# 考虑相机倾斜角度
# 相机向下倾斜为正值,此时视场中心相对水平线向下
camera_tilt_rad = math.radians(camera_tilt_angle_deg)
# 计算横线相对于水平面的视线角度
# 负值表示视线向下看到横线,正值表示视线向上看到横线
view_angle_rad = center_to_line_angle_rad - camera_tilt_rad
if observe:
print(f"视场角度关系:")
print(f" - 图像底部到横线角度: {math.degrees(bottom_to_line_angle_rad):.2f}°")
print(f" - 视场中心到横线角度: {math.degrees(center_to_line_angle_rad):.2f}°")
print(f" - 相机倾斜角度: {camera_tilt_angle_deg}°")
print(f" - 最终视线角度: {math.degrees(view_angle_rad):.2f}° ({'向下' if view_angle_rad < 0 else '向上'})")
# 5. 防止除零错误或异常值
# 确保视线角度不接近于0(水平视线无法确定地面交点)
min_angle_rad = 0.01 # 约0.57度
if abs(view_angle_rad) < min_angle_rad:
if observe:
print(f"视线角度过小({math.degrees(view_angle_rad):.2f}°),使用最小角度: {math.degrees(min_angle_rad):.2f}°")
view_angle_rad = -min_angle_rad # 设为向下的最小角度
# 6. 计算水平距离
# 仅当视线向下时计算地面距离
if view_angle_rad < 0: # 视线向下
# 基本几何关系: 水平距离 = 高度 / tan(视线向下的角度)
# 注意角度为负,所以需要取负
ground_distance = camera_height / math.tan(-view_angle_rad)
if observe:
print(f"计算公式: 距离 = 相机高度({camera_height}米) / tan(|视线角度|({abs(math.degrees(view_angle_rad)):.2f}°))")
print(f"计算结果: 距离 = {ground_distance:.3f}")
else: # 视线平行或向上,无法确定地面交点
if observe:
print(f"视线向上或水平,无法计算地面距离")
return 0.5 # 返回一个默认值
# 7. 应用校正和限制
# 可选的校正因子(通过实验校准)
correction_factor = 1.0
distance = ground_distance * correction_factor
# 设置合理的范围限制
min_distance = 0.1 # 最小距离(米)
# 限制结果在合理范围内
final_distance = max(min_distance, distance)
if observe and final_distance != distance:
print(f"应用范围限制: 原始距离 {distance:.3f}米 -> 最终距离 {final_distance:.3f}")
elif observe:
print(f"最终距离: {final_distance:.3f}")
return final_distance
def move_to_hori_line(ctrl, msg, target_distance=0.5, observe=False):
"""
控制机器人校准并移动到横向线前的指定距离
参数:
ctrl: Robot_Ctrl 对象,包含里程计信息
msg: robot_control_cmd_lcmt 对象,用于发送命令
target_distance: 目标位置与横向线的距离(米)默认为0.5米
observe: 是否输出中间状态信息和可视化结果默认为False
返回:
bool: 是否成功到达目标位置
"""
# 首先校准到水平
print("校准到横向线水平")
aligned = align_to_horizontal_line(ctrl, msg, observe=False)
if not aligned:
print("无法校准到横向线水平,停止移动")
return False
# 检测横向线
# image = cv2.imread("current_image.jpg") # TEST
image = ctrl.image_processor.get_current_image()
edge_point, edge_info = detect_horizontal_track_edge(image, observe=False)
if edge_point is None or edge_info is None:
print("无法检测到横向线,停止移动")
return False
# 获取相机高度
camera_height = 0.355 # 单位: 米 # INFO from TF-tree
# 计算当前距离
current_distance = calculate_distance_to_line(edge_info, camera_height, observe=observe)
if current_distance is None:
print("无法计算到横向线的距离,停止移动")
return False
if observe:
print(f"当前距离: {current_distance:.3f}米, 目标距离: {target_distance:.3f}")
# 计算需要移动的距离
distance_to_move = current_distance - target_distance
if abs(distance_to_move) < 0.05: # 如果已经很接近目标距离
print("已经达到目标距离,无需移动")
return True
# 设置移动命令
msg.mode = 11 # Locomotion模式
msg.gait_id = 26 # 自变频步态
# 移动方向设置
forward = distance_to_move > 0 # 判断是前进还是后退
# 设置移动速度
move_speed = 1 # 米/秒
if forward:
msg.vel_des = [move_speed, 0, 0] # 设置前进速度
else:
msg.vel_des = [-move_speed, 0, 0] # 设置后退速度
# 获取起始位置
start_position = list(ctrl.odo_msg.xyz) # 转换为列表因为xyz是元组
if observe:
print(f"起始位置: {start_position}")
print(f"开始移动: {'前进' if forward else '后退'} {abs(distance_to_move):.3f}")
# 在起点放置绿色标记
if hasattr(ctrl, 'place_marker'):
ctrl.place_marker(start_position[0], start_position[1], start_position[2] if len(start_position) > 2 else 0.0, 'green', observe=True)
# 估算移动时间,但实际上会通过里程计控制
move_time = abs(distance_to_move) / move_speed
msg.duration = int((move_time + 2) * 1000) # 加一点余量,确保有足够时间移动
msg.step_height = [0.06, 0.06] # 抬腿高度
msg.life_count += 1
# 发送命令
ctrl.Send_cmd(msg)
# 使用里程计进行实时监控移动距离
distance_moved = 0
start_time = time.time()
timeout = move_time + 1 # 超时时间设置为预计移动时间加5秒
while distance_moved < abs(distance_to_move) and time.time() - start_time < timeout:
# 计算已移动距离
current_position = ctrl.odo_msg.xyz
dx = current_position[0] - start_position[0]
dy = current_position[1] - start_position[1]
distance_moved = math.sqrt(dx*dx + dy*dy)
if observe and time.time() % 0.5 < 0.02: # 每0.5秒左右打印一次
print(f"已移动: {distance_moved:.3f}米, 目标: {abs(distance_to_move):.3f}")
# 如果已经接近目标距离,准备停止
if distance_moved >= abs(distance_to_move) * 0.95:
break
time.sleep(0.05) # 小间隔检查位置
# 发送停止命令
msg.mode = 0
msg.gait_id = 0
msg.duration = 0
ctrl.Send_cmd(msg)
if observe:
print(f"移动完成,通过里程计计算的移动距离: {distance_moved:.3f}")
# 在终点放置红色标记
end_position = list(ctrl.odo_msg.xyz)
if hasattr(ctrl, 'place_marker'):
ctrl.place_marker(end_position[0], end_position[1], end_position[2] if len(end_position) > 2 else 0.0, 'red', observe=True)
# 如果没有提供图像处理器或图像验证失败,则使用里程计数据判断
return abs(distance_moved - abs(distance_to_move)) < 0.1 # 如果误差小于10厘米则认为成功
def arc_turn_around_hori_line(ctrl, msg, angle_deg=90, left=True, observe=False):
"""
对准前方横线,然后以计算出来的距离为半径,做一个向左或向右的圆弧旋转。
参数:
ctrl: Robot_Ctrl对象
msg: robot_control_cmd_lcmt对象
angle_deg: 旋转角度支持90或180度
left: True为左转False为右转
observe: 是否打印调试信息
返回:
bool: 是否成功完成动作
"""
# 1. 对准横线
print("校准到横向线水平")
aligned = align_to_horizontal_line(ctrl, msg, observe=observe)
if not aligned:
print("无法校准到横向线水平,停止动作")
return False
# 2. 检测横线并计算距离
image = ctrl.image_processor.get_current_image()
edge_point, edge_info = detect_horizontal_track_edge(image, observe=observe)
if edge_point is None or edge_info is None:
print("无法检测到横向线,停止动作")
return False
camera_height = 0.355 # 单位: 米
r = calculate_distance_to_line(edge_info, camera_height, observe=observe)
if r is None:
print("无法计算到横向线的距离,停止动作")
return False
if observe:
print(f"当前距离: {r:.3f}")
# 3. 计算圆弧运动参数
angle_rad = math.radians(angle_deg)
# 设定角速度rad/s可根据实际调整
w = 0.4 if left else -0.4 # 左转为正,右转为负
v = w * r # 线速度
t = abs(angle_rad / w) # 运动时间
if observe:
print(f"圆弧半径: {r:.3f}米, 角速度: {w:.3f}rad/s, 线速度: {v:.3f}m/s, 运动时间: {t:.2f}s")
# 4. 发送圆弧运动指令
msg.mode = 11
msg.gait_id = 26
msg.vel_des = [v, 0, w] # [前进速度, 侧向速度, 角速度]
msg.duration = int((t + 1) * 1000) # 加1秒余量
msg.step_height = [0.06, 0.06]
msg.life_count += 1
ctrl.Send_cmd(msg)
time.sleep(t) # 等待运动完成
# 5. 发送停止指令
msg.mode = 0
msg.gait_id = 0
msg.duration = 0
ctrl.Send_cmd(msg)
if observe:
print("圆弧运动完成")
return True
# 用法示例
if __name__ == "__main__":
move_to_hori_line(None, None, observe=True)
# 90度左转
arc_turn_around_hori_line(None, None, angle_deg=90, left=True, observe=True)
# 180度右转
arc_turn_around_hori_line(None, None, angle_deg=180, left=False, observe=True)