开源|带你快速入门和理解并模拟实现GPS户外机器人的定位与导航
户外机器人的定位导航相对于需要建图的场景来说,是比较简单容易实现的,因为可以借助第三方地图完成定位,并在第三方地图中完成路径规划和下发航点等操作,实现的难题在于如何控制机器人完成步行和转弯。
这些在不引进RTK高精度定位的前提下而言。由于存在干扰,以及传感器的精度可能不高,实际操作中,并不一定能够按期待的动作实现定位和导航。
笔者简单的搭了一个模拟机器人的程序,意在实现地图上的定位和快速导航,这样能快速理解其中的逻辑和一些简单的算法。
先看一下效果:
废话不多说直接上程序,主要的处理逻辑如下:
while(GLOBAL_SWITCH)
{
if(onceread ==0)
{
onceread =1;
if(is_file_exist("waypoints.csv")!=0)//判断航点的文件是否存在
{
GLOBAL_STATUS=STOP_STATUS;
GLOBAL_SWITCH =0 ;
onceread =0;
DEBUG(LOG_ERR,"waypoint file is not exist \n");
break;
}
}
if((latitude ==0.0)&&(longitude == 0.0))//是否定位成功
{
DEBUG(LOG_ERR,"GPS CANNOT LOCATION PLEASE CHECK \n");
GLOBAL_STATUS = STOP_STATUS;
GLOBAL_SWITCH = 0;
break;
}
if ((getmillis() - lastSubMillis > SUBSUMPTION_INTERVAL))//定时处理
{
switch(GLOBAL_STATUS)
{
case STANDBY_STATUS://启动后的初始状态
DEBUG(LOG_DEBUG,"STANDBY STATUS \n");
lastGPSMillis =0 ;
ReadWaypointsFile();//读取航点到队列
CalculateHeadingToWaypoint();//计算当前角度和航点的方向
CalculateDistanceToWaypoint();//计算当前和航点的距离
GLOBAL_STATUS = ROTATE_STATUS ;
break;
case CACULATE_STATUS://计算状态
DEBUG(LOG_DEBUG,"CACULATE STATUS \n");
CalculateHeadingToWaypoint();
CalculateDistanceToWaypoint();
GLOBAL_STATUS = ROTATE_STATUS ;
break;
case ROTATE_STATUS ://旋转状态
DEBUG(LOG_DEBUG,"ROTATE_STATUS \n");
if (abs((int)car_heading_simulation - (int)targetHeading) > 10)
{
RotateDegrees(targetHeading);//这里需要根据求出的角度进行转动,需要旋转的角度位 当前航向角-两点之间的角度,需要做-180~180之间的归一化
}else {
GLOBAL_STATUS = MOVE_STATUS ;
}
break;
case MOVE_STATUS ://前进状态
DEBUG(LOG_DEBUG,"MOVE_STATUS \n");
if((waypointRange > 200))//大于100m 认为不合法 所以规划路径时需要注意
{
DEBUG(LOG_ERR,"distance > 200m \n");
break;
}
MoveDistance(waypointRange);
break;
case WAYPOINTARRIVE_STATUS://读取下一个航点
DEBUG(LOG_DEBUG,"WAYPOINTARRIVE_STATUS,currentWaypoint:%d,waypointCount:%d\n",currentWaypoint,waypointCount);
if(currentWaypoint < waypointCount-1 )
{
currentWaypoint ++;
DEBUG(LOG_DEBUG,"currentWaypoint ++\n");
GLOBAL_STATUS = CACULATE_STATUS ;
}
else if(currentWaypoint >= waypointCount-1 ){
GLOBAL_STATUS = STOP_STATUS ;
DEBUG(LOG_ERR,"currentWaypoint >= waypointCount stop status\n");
}
break;
case STOP_STATUS :
break;
case MANUAL_STATUS :
break;
default :
break;
}//end switch
// 必须先运行一次 standby 状态 只有当在目的地附近3米内才会转换状态
ret = isInRange(3, latitude , longitude, waypoints[currentWaypoint].latitude, waypoints[currentWaypoint].longitude);
if (ret == 1) //点在圆圈内
{
DEBUG(LOG_DEBUG,"arrive into circle scale ,will read next point \n");
GLOBAL_STATUS = WAYPOINTARRIVE_STATUS ;
}
waypointlongitude = waypoints[currentWaypoint].longitude;
waypointlatitude = waypoints[currentWaypoint].latitude;
CalculateHeadingToWaypoint();//计算两点之间的角度
int b_heading = abs((int)car_heading_simulation - (int)targetHeading);//获取当前航向和两点之间的差值
DEBUG(LOG_DEBUG,"caculate b-heading:%d ,ret=%d \n",b_heading,ret);
if ((b_heading > 10 )&&(ret != 1) )
{
GLOBAL_STATUS = ROTATE_STATUS ;
}
lastSubMillis = getmillis();
}//end sub loop
}//end while switch on
}
关于实现整套系统,需要搭建一个web服务器,然后使用MQTT协议实现通信,嵌入式中使用BOA来实现简单的web并包含地图的代码。
模拟程序依赖libmosquitto. 需要安装
sudo apt-get install mosquitto-dev
sudo apt-get install mosquitto-client
sudo find / -name "libmosquitto*.so"
找到后,将libmosquitto.so 替换MQtt文件下lib的libmosquitto.so库。
模拟程序使用c开发,直接 make就可以使用。
BOA搭建些许麻烦,可以使用 http://www.woyilian.com 中的仿真界面实现。如下图:
该工程的源码在这里下载: