Moos-IvP 实验室7Helm Autonomy 任务详解

mac2026-08-26  13

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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_return pwt = 100 condition = RETURN = true condition = DEPLOY = true perpetual = true updates = RETURN_UPDATE endflag = RETURN = false endflag = DEPLOY = false endflag = MISSION = complete speed = 2.0 capture_radius = 2.0 slip_radius = 8.0 points = 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_quanquan pwt = 100 condition = DEPLOY = true condition = RETURN = false endflag = RETURN = true duration = 100 updates = LOITER_UPDATE perpetual = true acquire_dist = 10 capture_radius = 3 center_activate = false clockwise = true // true best false slip_radius = 15 speed = 2 spiral_factor = -2 polygon = format=radial, x=100, y=-75, radius=30, pts=8, snap=1, label=Lima post_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_return pwt = 100 condition = RETURN = true condition = DEPLOY = true perpetual = true updates = RETURN_UPDATE endflag = RETURN = false endflag = DEPLOY = false endflag = MISSION = complete speed = 2.0 capture_radius = 2.0 slip_radius = 8.0 points = 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_quanquan pwt = 100 condition = DEPLOY = true condition = RETURN = false condition = CHANGE = 1 endflag = CHANGE = 2 duration = 50 duration_idle_decay = false updates = LOITER_UPDATE perpetual = true acquire_dist = 10 capture_radius = 3 center_activate = false clockwise = true // true best false slip_radius = 15 speed = 2.5 spiral_factor = -2 polygon = format=radial, x=100, y=-75, radius=30, pts=8, snap=1, label=Lima post_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_sss pwt = 100 condition = DEPLOY = true condition = RETURN = false condition = CHANGE = 2 endflag = CHANGE = 1 duration = 50 duration_idle_decay = false updates = LOITER_UPDATE2 perpetual = true acquire_dist = 10 capture_radius = 3 center_activate = false clockwise = true // true best false slip_radius = 15 speed = 2.5 spiral_factor = -2 polygon = format=radial, x=160, y=-50, radius=20, pts=8, snap=1, label=Lima post_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 controller pitch_pid_kp = 1.5 pitch_pid_kd = 0.3 pitch_pid_ki = 0.004 pitch_pid_integral_limit = 0 //ZPID controller z_to_pitch_pid_kp = 0.12 z_to_pitch_pid_kd = 0.1 z_to_pitch_pid_ki = 0.004 z_to_pitch_pid_integral_limit = 0.05 maxpitch = 15 maxelevator = 13

修改uSimMarine配置 添加如下代码至配置块中

buoyancy_rate = 0.15 max_depth_rate = 5 max_depth_rate_speed = 2.0 default_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 = true condition = RETURN = false condition = CHANGE = 1 updates = CONST_DEP_UPDATES depth = 30 depth_mismatch_var = DEPTH_DIFF duration=no-time-limit } Behavior = BHV_ConstantDepth { name = const_sdep pwt = 100 condition = DEPLOY = true condition = RETURN = false condition = CHANGE = 2 updates = CONST_DEP_UPDATES2 depth = 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 = true condition = RETURN = false condition = STA = water perpetual = true duration = 100 duration_idle_decay = false endflag = 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 = true condition = RETURN = false condition = STA = surface perpetual = true duration = 60 duration_idle_decay = false endflag = STA = water updates = TIMER_UPDATES // Parameters specific to this behavior // ------------------------------------ // None }
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