9.0 KiB
9.0 KiB
API 参考手册
本文档提供 AGV 路径跟踪与控制系统的详细 API 说明。
目录
核心类
AGVModel
AGV 运动学模型类，实现阿克曼转向模型。
构造函数
AGVModel(double wheelbase, double max_steering_angle)
参数：
wheelbase: 轴距（米）max_steering_angle: 最大转向角（弧度）
主要方法
setState
void setState(const State& state)
设置 AGV 当前状态。
参数：
state: 包含 x, y, theta, v 的状态结构体
step
State step(double v, double delta, double dt) const
执行一步运动学仿真。
参数：
v: 速度（m/s）delta: 转向角（弧度）dt: 时间步长（秒）
返回值：新的状态
状态结构
struct State {
double x; // x 坐标（米）
double y; // y 坐标（米）
double theta; // 航向角（弧度）
double v; // 速度（m/s）
}
PathCurve
路径曲线类，表示 AGV 需要跟踪的参考路径。
静态工厂方法
generateCircularPath
static PathCurve generateCircularPath(double radius, int num_points)
生成圆形路径。
参数：
radius: 半径（米）num_points: 路径点数量
返回值：PathCurve 对象
generateStraightPath
static PathCurve generateStraightPath(
double start_x, double start_y,
double end_x, double end_y,
int num_points
)
生成直线路径。
loadFromCSV
static PathCurve loadFromCSV(const std::string& filename)
从 CSV 文件加载自定义路径。
CSV 格式：
x,y
0.0,0.0
1.0,0.5
2.0,1.0
主要方法
getPathPoints
const std::vector<PathPoint>& getPathPoints() const
获取路径点列表。
getClosestPoint
PathPoint getClosestPoint(double x, double y, size_t& index) const
获取距离给定位置最近的路径点。
参数：
x, y: 查询位置index: 输出参数，最近点的索引
返回值：最近的路径点
PathTracker
路径跟踪器类，整合模型、路径和控制算法。
构造函数
explicit PathTracker(const AGVModel& model)
参数：
model: AGV 运动学模型
主要方法
setReferencePath
void setReferencePath(const PathCurve& path)
设置参考路径。
setInitialState
void setInitialState(const AGVModel::State& state)
设置初始状态。
generateControlSequence
bool generateControlSequence(
const std::string& algorithm = "pure_pursuit",
double dt = 0.1,
double horizon = 10.0,
double desired_velocity = 1.0
)
生成控制序列。
参数：
algorithm: 算法类型（"pure_pursuit" 或 "stanley"）dt: 时间步长（秒）horizon: 时域（秒）desired_velocity: 期望速度（m/s）
返回值：成功返回 true
getControlSequence
const ControlSequence& getControlSequence() const
获取生成的控制序列。
exportToCSV
void exportToCSV(const std::string& filename) const
导出跟踪结果到 CSV 文件。
ControlGenerator
控制生成器类，实现不同的路径跟踪算法。
主要方法
purePursuit
static double purePursuit(
const AGVModel::State& state,
const PathCurve& path,
double lookahead_distance
)
Pure Pursuit 算法。
参数：
state: 当前状态path: 参考路径lookahead_distance: 前视距离（米）
返回值：转向角（弧度）
stanley
static double stanley(
const AGVModel::State& state,
const PathCurve& path,
double k = 1.0
)
Stanley 算法。
参数：
state: 当前状态path: 参考路径k: 增益参数
返回值：转向角（弧度）
CAN 通信
CurtisMotorController
Curtis 电机控制器类，通过 CAN 通信控制电机。
主要方法
initialize
bool initialize(
int device_type,
int device_index,
int can_index,
int baudrate
)
初始化 CAN 设备。
参数：
device_type: 设备类型（通常为 0）device_index: 设备索引（通常为 0）can_index: CAN 通道索引（0 或 1）baudrate: 波特率（如 500000 表示 500kbps）
返回值：成功返回 true
forward
void forward(int speed_percentage)
前进控制。
参数：
speed_percentage: 速度百分比（0-100）
backward
void backward(int speed_percentage)
后退控制。
参数：
speed_percentage: 速度百分比（0-100）
turnLeft
void turnLeft(int angle_percentage)
左转控制。
参数：
angle_percentage: 转向角百分比（0-100）
turnRight
void turnRight(int angle_percentage)
右转控制。
参数：
angle_percentage: 转向角百分比（0-100）
brake
void brake()
刹车（停止所有运动）。
emergencyStop
void emergencyStop()
紧急停止。
cleanup
void cleanup()
清理并关闭 CAN 设备。
CANController
底层 CAN 控制器类，提供基本的 CAN 通信功能。
主要方法
Initialize
bool Initialize(int device_type, int device_index, int can_index)
初始化 CAN 设备。
SendStandardFrame
bool SendStandardFrame(unsigned int id, const BYTE* data, int len)
发送标准帧。
参数：
id: CAN IDdata: 数据缓冲区len: 数据长度（0-8）
Receive
int Receive(std::vector<VCI_CAN_OBJ>& frames, int timeout_ms = 100)
接收 CAN 帧。
参数：
frames: 接收缓冲区timeout_ms: 超时时间（毫秒）
返回值：接收到的帧数量
数据结构
ControlSequence
控制序列结构，存储路径跟踪结果。
struct ControlSequence {
std::vector<AGVModel::State> predicted_states; // 预测状态序列
std::vector<double> control_velocities; // 控制速度序列
std::vector<double> control_steering; // 控制转向角序列
std::vector<double> tracking_errors; // 跟踪误差序列
}
PathPoint
路径点结构。
struct PathPoint {
double x; // x 坐标
double y; // y 坐标
double theta; // 切线方向
double kappa; // 曲率
}
使用示例
完整的路径跟踪流程
#include "path_tracker.h"
#include <iostream>
int main() {
// 1. 创建 AGV 模型
AGVModel model(2.0, 1.0);
// 2. 创建路径跟踪器
PathTracker tracker(model);
// 3. 生成或加载路径
PathCurve path = PathCurve::generateCircularPath(5.0, 100);
// 或从文件加载
// PathCurve path = PathCurve::loadFromCSV("path.csv");
tracker.setReferencePath(path);
// 4. 设置初始状态
AGVModel::State initial(0, -5, M_PI/2, 0);
tracker.setInitialState(initial);
// 5. 生成控制序列
if (!tracker.generateControlSequence("pure_pursuit", 0.1, 10.0, 1.0)) {
std::cerr << "Failed to generate control sequence" << std::endl;
return 1;
}
// 6. 导出结果
tracker.exportToCSV("output.csv");
// 7. 获取结果用于分析
const auto& sequence = tracker.getControlSequence();
std::cout << "Generated " << sequence.predicted_states.size()
<< " control steps" << std::endl;
return 0;
}
Curtis 电机控制示例
#include "can/CurtisMotorController.h"
#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
int main() {
CurtisMotorController controller;
// 初始化
if (!controller.initialize(0, 0, 0, 500000)) {
std::cerr << "Failed to initialize CAN" << std::endl;
return 1;
}
// 前进
controller.forward(30);
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
// 左转
controller.turnLeft(50);
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
// 停止
controller.brake();
// 清理
controller.cleanup();
return 0;
}
常见问题
如何选择合适的算法？
- Pure Pursuit：适合高速、平滑路径跟踪
- Stanley：适合低速、高精度路径跟踪
如何调整参数？
- lookahead_distance：前视距离，通常为速度的 1-2 倍
- k（Stanley）：增益参数，影响横向误差的响应速度
- dt：时间步长，建议 0.05-0.1 秒
- desired_velocity：期望速度，根据实际情况调整
CAN 通信失败怎么办？
- 检查硬件连接
- 确认 ControlCAN.dll 在正确路径
- 验证波特率设置
- 检查 CAN 设备驱动
最后更新: 2025-11-27