Moos-IvP 实验室7 Helm Autonomy 任务详解
目录
- 任务1 Alpha返回任务
- 任务2 alpha的立即返回任务
- 任务3 建立第一个自治任务—Bravo任务
- 任务3.1 Bravo Loiter任务
- 任务3.2 Bravo Double Loiter任务
- 任务3.3 Bravo UUV任务
- 任务3.4 Bravo UUV Surface任务
任务1 Alpha返回任务
这个任务包括修改alpha示例任务,实现通过在pMarineViewer左键点击界面以确定vehicle的返回路径点。主要目标为
- 修改alpha.moos和alpha.bhv这两个文件,从而实现接受用户在pMarineViewer中左键点击所确定的返回位置。该修改应能使用户点击时,立即发送一个标识为“return_point”的点发布至pMarineViewer窗口,vehicle完成其路线点调查后,将返回该点。
提示:您需要使用为所有行为定义的updates参数。return home waypoint行为已经配置了一个updates参数,将MOOS变量命名为RETURN_UPDATE。您的鼠标点击需要将结果发布到此变量。此发布的内容应该是一个字符串,其中该字符串是替换行为配置块中的任何配置行。
更多updates参数可以在这里找到Properties of Helm Behaviors
修改alpha.moos文件
找到配置块ProcessConfig = pMarineViewer,添加以下代码
left_context[return-point] = RETURN_UPDATE = points=$(XPOS),$(YPOS)
该代码将鼠标所点击的坐标位置字符串信息points=(x坐标,y坐标)发布到RETURN_UPDATE变量中。
MOOSDB自定义左右键的Poking操作基本格式为
left_context[<key>] = <var-data-pair>right_context[<key>] = <var-data-pair>
$(XPOS)和 $(YPOS)为本地坐标系的x,y坐标
$(LAT)和 $(LON)为经纬度
$(IX)为poke次数
返回路径点的bhv配置块为
Behavior=BHV_Waypoint
{name = waypt_returnpwt = 100condition = RETURN = truecondition = DEPLOY = trueperpetual = trueupdates = RETURN_UPDATEendflag = RETURN = falseendflag = DEPLOY = falseendflag = MISSION = completespeed = 2.0capture_radius = 2.0slip_radius = 8.0points = 0,-20}
由于其updates参数所设定的变量名称RETURN_UPDATE与左键点击所发布的变量名称相同,从而更新该行为的points参数为左键点击坐标点坐标。
通过修改alpha.moos文件中下列语句数值大小,来修改程序运行速度。
MOOSTimeWarp = 10
运行测试
首先开始alpha任务
左键点击屏幕中某一点,然后点击RETURN按钮,实现对所点击位置的返回
任务2 alpha的立即返回任务
该任务需要在DEPLOY过程中,左键进行点击,能够立刻返回至所点击的点。
该任务仅需要在alpha.moos文件ProcessConfig = pMarineViewer配置块中添加
left_context[return-point] = RETURN=true
从而更新RETURN变量,即可实现立即返回任务。
任务3 建立第一个自治任务—Bravo任务
在今天实验室的第二部分,目标是从零开始创建一个自治任务。我们将主要使用Loiter行为,但是我们也将有机会使用Waypoint、ConstantDepth、ConstantSpeed和Timer行为。我们将从为水面航行器构建一个任务开始,但很快将迁移到为水下航行器配置。
任务3.1 Bravo Loiter任务
在此部分,我们将:
- 从头开始准备一个新的任务
- 熟悉Loiter行为
- 引入行为运行状态的概念
- 理解定义在所有行为上的“perpetual”标志
Bravo任务应该具备以下功能:
- 它应该有一个Loiter行为,它在初始部署时为活动的。Loiter行为位置重心应为x=100,y=-75,半径为30米,loiter多边形有8个顶点。它的转速设置为2.5 m/s。它应该是逆时针的。
- 它应该有一个Waypoint行为,当变量RETURN=true时,简单地将vehicle返回到车辆的起始位置x=0,y=0,就像在alpha任务中一样。
- Loiter行为应该利用duration参数在150秒后自动“完成”,触发返回路径点行为。
为实现上述功能,在.bhv文件添加以下行为:
1.Loiter行为
该行为使vehicle航行轨迹为多边形
Loiter行为代码如下
Behavior=BHV_Loiter
{name = zhuan_quanquanpwt = 100condition = DEPLOY = truecondition = RETURN = falseendflag = RETURN = trueduration = 100updates = LOITER_UPDATEperpetual = trueacquire_dist = 10capture_radius = 3center_activate = falseclockwise = true // true best falseslip_radius = 15speed = 2 spiral_factor = -2polygon = format=radial, x=100, y=-75, radius=30, pts=8, snap=1, label=Limapost_suffix = HENRY }
重要参数
- duration:行为完成前,行为所能运行的时间
- perpetual:决定行为完成后,该行为是否继续运行
上述两参数为所有行为的公共参数,具体其它参数详见The Loiter Behavior
2.Waypoint行为
该行为设定任务完成的返回点,代码如下:
Behavior=BHV_Waypoint
{name = waypt_returnpwt = 100condition = RETURN = truecondition = DEPLOY = trueperpetual = trueupdates = RETURN_UPDATEendflag = RETURN = falseendflag = DEPLOY = falseendflag = MISSION = completespeed = 2.0capture_radius = 2.0slip_radius = 8.0points = 0,-20}
添加pA对应的.moos文件,运行结果如下
首先进行Loiter行为,在时间达到duration所设定的100后,开始返回。
任务3.2 Bravo Double Loiter任务
在此部分,我们将:
- 探索一个不连续的任务-一个在切换模式的任务
- 熟悉 duration, endflag, perpetual等行为参数
- 学习Timer行为
我们将在Bravo任务中增加第二个Loiter任务,使得vehicle能够周期性的在两个地点切换,第二个Bravo任务将配置以下功能:
- 新的bravo任务应该有第二个Loiter行为,它在初始部署时不是活动的。它的位置应该是x=160,y=-50,半径为20米,Loiter多边形应该有8个顶点。它的转速应设置为2.5 m/s。
- 利用condition参数使两个loiter行为互斥,如condition=LOITER_REGION=west
- 利用duration, endflag, perpetual参数完成周期性切换,将每个持续时间设置为150s,在每个行为中使用两个endflag参数从而
-(1)触发另一个Loiter行为的condition
-(2)取消行为结束的condition(笔者未添加)
将perpetual参数设置为true,使行为永久运行,等待它的condition再次得到满足。 - 注意:您可能需要了解 duration timer是如何工作的。回想一下,duration特性是为所有行为定义的。默认情况下,一旦倒计时结束,计时器立即重新启动,同时perpetual设置为true,所以说在不满足行为condition时,该行为的计时器也在持续运行中。您可能希望您的行为等待,直到它再次运行(逻辑条件得到满足),然后再恢复持续时间计时器倒计时。在这种情况下,需要将duration_idle_decay设置为false。默认值为true
在3.1中.bhv的基础上:
1.修改第一个Loiter行为
Behavior=BHV_Loiter
{name = zhuan_quanquanpwt = 100condition = DEPLOY = truecondition = RETURN = falsecondition = CHANGE = 1endflag = CHANGE = 2duration = 50
duration_idle_decay = falseupdates = LOITER_UPDATEperpetual = trueacquire_dist = 10capture_radius = 3center_activate = falseclockwise = true // true best falseslip_radius = 15speed = 2.5spiral_factor = -2polygon = format=radial, x=100, y=-75, radius=30, pts=8, snap=1, label=Limapost_suffix = HENRY }
新增condition CHANGE,当CHANGE为1时,为第一个多边形,同时新增结束标志为CHANGE=2,当该行为完成后,进入第二个多边形。
新增duration_idle_decay = false
2.添加第二个Loiter行为
Behavior=BHV_Loiter
{name = zhuan_ssspwt = 100condition = DEPLOY = truecondition = RETURN = falsecondition = CHANGE = 2endflag = CHANGE = 1duration = 50 duration_idle_decay = falseupdates = LOITER_UPDATE2perpetual = trueacquire_dist = 10capture_radius = 3center_activate = falseclockwise = true // true best falseslip_radius = 15speed = 2.5spiral_factor = -2polygon = format=radial, x=160, y=-50, radius=20, pts=8, snap=1, label=Limapost_suffix = HENRY2}
注:若此行为名称起为 zhuan_quanquan2,运行时会报错
3.修改.moos文件
由于Loiter新增加condition=CHANGE的条件,故在ProcessConfig = pMarineViewer配置块中,将DEPLOY按钮新增CHANGE=1的消息发布,即:
button_one = DEPLOY # DEPLOY=true # CHANGE = 1
运行结果
第一个Loiter行为
第二个Loiter行为
任务3.3 Bravo UUV任务
我们的下一步是改变Bravo任务来模拟UUV而不是surface vehicle。我们需要修改uSimMarine、pMarinePID和pHelmIvP中的一些配置。当然,我们也会在任务中加入一些行为组件,这样UUV就可以俯冲了。
在此部分,我们将:
- 当使用UUV时,如何扩展pMarinePID、 uSimMarine、 pHelmIvP
- 学习使用ConstantDepth行为
- 学会将行为联系在一起,协调运作
- 学习当使用水下航行器时,如何使用 pMarineViewer
第一步是对到目前为止我们的示例中使用的几个MOOS应用程序进行修改,以支持深度。
修改pMarinePID配置
为了拥有一个模拟的水下航行器,在你的任务文件中添加以下代码到你的pMarinePID配置块中。注意,需要在depth_control=true的情况下,为此您可能要替换现有的行。
depth_control = true//Pitch PID controllerpitch_pid_kp = 1.5pitch_pid_kd = 0.3pitch_pid_ki = 0.004pitch_pid_integral_limit = 0//ZPID controllerz_to_pitch_pid_kp = 0.12z_to_pitch_pid_kd = 0.1z_to_pitch_pid_ki = 0.004z_to_pitch_pid_integral_limit = 0.05maxpitch = 15maxelevator = 13
修改uSimMarine配置
添加如下代码至配置块中
buoyancy_rate = 0.15max_depth_rate = 5max_depth_rate_speed = 2.0default_water_depth = 400
修改了pHelmIvP的结构
下面增加的Helm决策空间,包括101个可能的深度决策。在较深的水中,可以使用不同的配置。这一行需要添加到您的任务文件中的pHelmIvP配置块。
domain = depth:0:100:101
修改pNodeReporter配置
下面对pNodeReporter的修改主要是修饰性的。它将vehicle类型更改为“UUV”,这样您就可以在模拟器潜水中看到UUV图标,而不是独木舟。这一行可以在任务文件的pNodeReporter配置块中找到。
platform_type = UUV
第三个Bravo任务应该配置以下功能:
- 在行为文件中添加一对ConstantDepth行为,并将其配置为vehicle在西部行驶时行驶深度为30米,在东部行驶时行驶深度为10米。
在pMarineViewer中,您可以通过反复点击“n”键来更改呈现在vehicle旁边的标签。在操作时增加vehicle的深度信息是很有帮助的。你可以配置pMarineViewer在这种模式下出现通过设置:
vehicles_name_mode = names+depth
您可以暂时不指定peakwidth, basewidth, and summitdelta参数,使用它们的默认值。注意:ConstantDepth行为必须将其持续时间参数设置为非零值,或者设置为duration=no-time-limit。
为了将深度行为与Loiter行为联系起来,只需使它们的运行condition相同即可。
为实现上述功能,增加两个ConstantDepth行为,从而保证能够有深度的Loiter行为
Behavior = BHV_ConstantDepth{name = const_fdep pwt = 100 condition = DEPLOY = truecondition = RETURN = falsecondition = CHANGE = 1updates = CONST_DEP_UPDATES depth = 30 depth_mismatch_var = DEPTH_DIFF duration=no-time-limit }
Behavior = BHV_ConstantDepth{name = const_sdep pwt = 100 condition = DEPLOY = truecondition = RETURN = falsecondition = CHANGE = 2updates = CONST_DEP_UPDATES2depth = 10 depth_mismatch_var = DEPTH_DIFF duration=no-time-limit }
运行结果
任务3.4 Bravo UUV Surface任务
这项任务包括对Bravo示例任务的最后修改。在这次任务中,航行器将周期性地浮出水面,以零速度在水面等待数秒,然后俯冲并继续执行任务。这大概是为了模拟偶尔需要浮出水面进行GPS定位以重新设置导航解决方案的UUV所发生的情况。你的目标是:
- 利用Helm的Timer行为来增加你的任务,让你的vehicle周期性的停下来,然后浮出水面(每200秒一次)。利用另一个计时器行为开始时,vehicle在表面,等待60秒之前,让vehicle再次潜水。
增加第一个Timer行为
通过增加第一个Timer行为,使得能周期性停止下来
Behavior = BHV_Timer{// General Behavior Parameters// ---------------------------name = bhv_timer condition = DEPLOY = truecondition = RETURN = falsecondition = STA = water perpetual = trueduration = 100 duration_idle_decay = falseendflag = STA = surface updates = TIMER_UPDATES // Parameters specific to this behavior// ------------------------------------// None}
同时为Loiter行为与对应的ConstantDepth行为增加condition,以区分水下与水面模式
condition = STA = water
增加第二个Timer行为
通过添加第二个Timer行为,使得vehicle能够在上浮时开始计时,计时结束返回原工作状态。
Behavior = BHV_Timer{// General Behavior Parameters// ---------------------------name = bhv_timer condition = DEPLOY = truecondition = RETURN = falsecondition = STA = surface perpetual = trueduration = 60 duration_idle_decay = falseendflag = STA = water updates = TIMER_UPDATES // Parameters specific to this behavior// ------------------------------------// None}
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