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ASER/App/robot_params.h

458 lines
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C
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1.0
2026-03-31 23:30:33 +08:00
/**
* @file robot_params.h
* @brief ARES 机器人全局参数配置中心
*
* ============================================
* 实车调参前必读
* ============================================
* 1. 所有长度单位默认为 米 (m)，角度为 弧度 (rad)，速度为 m/s
* 2. 带"实测"标记的参数必须用卷尺/编码器实际测量后填写
* 3. 带"调优"标记的参数需要根据实车运行效果从小往大调整
* 4. 修改本文件后需要重新编译烧录
*
* 调参顺序建议:
* P0: 几何参数 (传感器位置、轮子尺寸) -> 必须实测
* P1: 里程计参数 -> 实车跑 10 米对比编码器/实际距离
* P2: 走廊滤波器 -> 从保守值开始逐步调优
* P3: 控制器增益 -> 实车走廊测试，从低增益开始
* P4: 安全阈值 -> 根据实际场地微调
*/
#ifndef ROBOT_PARAMS_H
#define ROBOT_PARAMS_H
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/* =========================================================
* 【P0】机械/几何参数 (必须实测，开机前填写!)
* ========================================================= */
/* ------------------- 车体几何 ------------------- */
/** @brief [实测] 车体外轮廓宽度 [m] (左右方向，含外壳)
* 测量方法：卷尺测量车体最宽处
* 典型值：20cm -> 0.20
* 用途：侧向安全裕量计算，传感器偏移补偿
*/
#define PARAM_ROBOT_WIDTH 0.200f
/** @brief [实测] 车体外轮廓长度 [m] (前后方向，含外壳)
* 测量方法：卷尺测量车体最长处
* 典型值：20cm -> 0.20
* 用途：前后安全距离补偿
*/
#define PARAM_ROBOT_LENGTH 0.200f
/** @brief [实测] 驱动轮标称直径 [m]
* 测量方法：卷尺测量轮胎外径 (非轮毂)
* 典型值：60mm 轮胎 -> 0.060
*/
#define PARAM_WHEEL_DIAMETER 0.080f
/** @brief [实测] 左右轮中心距 [m]
* 测量方法：卷尺测量左右驱动轮中心之间的距离
* 典型值：车体 20cm 宽，轮胎每边厚 3cm -> 约 0.14m
*/
#define PARAM_WHEEL_TRACK 0.140f
/** @brief [实测] 同侧前后 VL53L0X 雷达纵向间距 [m]
* 测量方法：卷尺测量同侧前后两个 VL53L0X 的中心距离
* 典型值：根据机械安装，约 0.10~0.15m
* 影响：航向观测精度 z_eth = atan2((d_back-d_front), L_s)
*/
#define PARAM_SENSOR_BASE_LENGTH 0.120f
/** @brief [实测] 比赛走廊标准宽度 [m]
* 测量方法：卷尺测量赛场垄沟实际宽度 (规则 40cm，允许±5% 误差)
* 典型值：0.40 (但建议实测后填写)
*/
#define PARAM_CORRIDOR_WIDTH 0.40f
/** @brief [实测] 前向激光雷达安装中心偏置 [m]
* 测量方法：雷达发射面到车头最前端的距离 (内缩为正)
* 典型值：根据机械安装，若与车头齐平则为 0
* 用途：前向到端距离补偿 d_body_front = d_sensor - offset
* 注意：这里定义的是传感器到车头前缘的距离，不是到几何中心
*/
#define PARAM_FRONT_LASER_OFFSET 0.0f
/** @brief [实测] 后向激光雷达安装中心偏置 [m]
* 测量方法：雷达发射面到车尾最后端的距离 (内缩为正)
* 典型值：根据机械安装，若与车尾齐平则为 0
* 用途：后向到端距离补偿 d_body_rear = d_sensor - offset
*/
#define PARAM_REAR_LASER_OFFSET 0.0f
/** @brief [实测] 侧向 VL53L0X 传感器内缩距离 [m]
* 测量方法：VL53L0X 发射面到车体侧面最外边缘的距离 (向内为正)
* 典型值：传感器与外壳齐平则为 0，嵌入 1cm 则为 0.01
* 用途：侧向测距补偿，d_actual_to_wall = d_sensor - sensor_inset
* 即传感器测到的距离减去这个内缩量才是车体边缘到墙的真实距离
* ⚠ 极其重要：沟道40cm - 车体20cm = 每边仅10cm，1cm的偏差就是10%的误差！
*/
#define PARAM_VL53_SIDE_INSET 0.0f
/* ------------------- 编码器参数 ------------------- */
/** @brief [实测] 编码器每转脉冲数 (CPR)
* 测量方法：查阅 F407 固件配置，或实车转动一圈数脉冲
* 典型值：500 (F407 默认固件)
*/
1.0
2026-04-04 15:59:11 +08:00
#define PARAM_ENCODER_CPR 3680
1.0
2026-03-31 23:30:33 +08:00
/* =========================================================
* 【P1】里程计参数 (实车标定)
* ========================================================= */
/** @brief [调优] 里程计过程噪声 [m²/s²]
* 含义：对里程计信任程度，越小越信任
* 调优方法：实车直线跑 10 米，对比 EKF 输出的 s 与实际距离
* 典型值：0.01~0.1
* 过大：EKF 过度依赖里程计，轮滑时误差累积
* 过小：EKF 不信任里程计，沿程 s 估计不准
*/
#define PARAM_ODOM_PROCESS_NOISE 0.1f
/** @brief [调优] 里程计速度低通滤波系数
* 含义：alpha=0.8 表示新采样占 20%，历史值占 80%
* 典型值：0.7~0.9
*/
#define PARAM_ODOM_LOWPASS_ALPHA 0.8f
/* =========================================================
* 【P2】走廊 EKF 滤波器参数 (调优)
* ========================================================= */
/* --- EKF 过程噪声 Q (对模型信任度) --- */
/** @brief [调优] 横向偏差 e_y 过程噪声方差 [m²]
* 含义：横向状态的自然发散速度，越小表示横向越稳定
* 调优方法：从 0.001 开始，逐步增大直到走廊跟踪平滑
* 典型值：0.001~0.02
* 过大：EKF 认为横向很不稳定，过度依赖观测 -> 震荡
* 过小：EKF 不信任观测，响应慢
*/
#define PARAM_EKF_Q_EY 0.01f
/** @brief [调优] 航向偏差 e_th 过程噪声方差 [rad²]
* 含义：航向状态的自然发散速度
* 调优方法：IMU 短时漂移小，可以设很小
* 典型值：0.0001~0.005
* 过大：EKF 认为航向不稳定，IMU 作用被削弱
* 过小：EKF 过度信任 IMU，雷达观测不起作用
*/
#define PARAM_EKF_Q_ETH 0.001f
/** @brief [调优] 沿程进度 s 过程噪声方差 [m²]
* 含义：里程估计的不确定度
* 调优方法：地毯轮滑严重时调大
* 典型值：0.05~0.2
*/
#define PARAM_EKF_Q_S 0.1f
/* --- EKF 观测噪声 R (对传感器信任度) --- */
/** @brief [调优] 横向观测噪声方差 [m²]
* 含义：VL53L0X 测距的可靠程度
* 调优方法：从 0.001 开始，根据走廊跟踪平滑度调整
* 典型值：0.001~0.005
* 过大：EKF 不信任侧向雷达，横向响应慢
* 过小：EKF 过度信任雷达，对跳变敏感
*/
#define PARAM_EKF_R_EY 0.002f
/** @brief [调优] 航向观测噪声方差 [rad²]
* 含义：同侧前后雷达差分测角的可程靠度
* 调优方法：从 0.001 开始
* 典型值：0.0005~0.003
*/
#define PARAM_EKF_R_ETH 0.001f
/** @brief [调优] IMU 航向观测噪声方差 [rad²]
* 含义：IMU yaw 作为 EKF 航向观测时的噪声
* 设计意图：IMU yaw 用于长时航向约束 (防止 wz 积分漂移)，
* R 值应明显大于侧墙航向观测 R_ETH，避免干扰侧墙短时精确修正
* 调优方法：从 0.01 开始，如果 IMU yaw 非常稳定可减小
* 典型值：0.005~0.05
* 过大：IMU 航向观测作用弱，等于没接入
* 过小：IMU 航向主导，侧墙观测被压制
*/
#define PARAM_EKF_R_ETH_IMU 0.01f
/* --- EKF 初始状态 --- */
/** @brief [调优] e_y 初始不确定度 [m²]
* 含义：开机时横向位置的先验不确定度
* 典型值：0.01~0.1 (对应 10~30cm 不确定)
*/
#define PARAM_EKF_P0_EY 0.1f
/** @brief [调优] e_th 初始不确定度 [rad²]
* 含义：开机时航向的先验不确定度
* 典型值：0.05~0.2 (对应 13°~26°不确定)
*/
#define PARAM_EKF_P0_ETH 0.1f
/* --- χ² 检验门限 (鲁棒拒绝) --- */
/** @brief [固定] 1 自由度 χ² 检验门限 (95% 置信度)
* 含义：单路观测的马氏距离超过此值则拒绝
* 理论值：3.84 (95%), 6.63 (99%)
* 建议：不要修改，除非传感器质量极差
*/
#define PARAM_CHI2_1DOF 3.84f
/** @brief [固定] 2 自由度 χ² 检验门限 (95% 置信度)
* 理论值：5.99
*/
#define PARAM_CHI2_2DOF 5.99f
/* =========================================================
* 【P3】走廊控制器参数 (实车调优)
* ========================================================= */
/** @brief [调优] 航向比例增益 kp_theta [1/s]
* 含义：航向偏差 1 rad 时产生的角速度
* 调优方法：从 0.5 开始逐步增加，直到走廊跟踪响应快但不震荡
* 典型值：1.0~3.0
* 过大：车头左右摆动 (震荡)
* 过小：纠偏太慢，容易撞墙
*/
#define PARAM_CTRL_KP_THETA 2.0f
/** @brief [调优] 航向微分增益 kd_theta [s]
* 含义：IMU 角速度阻尼项，抑制车头转动速度
* 调优方法：从 0.05 开始
* 典型值：0.05~0.2
* 过大：车头转动被过度抑制，响应迟钝
* 过小：阻尼不足，容易超调震荡
*/
1.0
2026-04-04 15:59:11 +08:00
#define PARAM_CTRL_KD_THETA 0.4f
1.0
2026-03-31 23:30:33 +08:00
/** @brief [调优] 横向比例增益 kp_y [1/(m·s)]
* 含义：横向偏差 1m 时产生的角速度修正
* 调优方法：从 1.0 开始
* 典型值：1.5~4.0
* 过大：横向纠偏过猛，引起震荡
* 过小：偏了拉不回来
*/
#define PARAM_CTRL_KP_Y 3.0f
/** @brief [调优] 走廊巡航速度 [m/s]
* 含义：走廊内正常行驶速度
* 调优方法：从 0.1 m/s 开始逐步增加
* 典型值：0.15~0.4 m/s
* 注意：速度越高，对滤波器带宽和控制器增益要求越高
*/
#define PARAM_CTRL_V_CRUISE 0.15f
/** @brief [调优] 角速度输出限幅 [rad/s]
* 含义：最大允许转角速度
* 典型值：1.0~2.0 (约 57°/s ~ 115°/s)
*/
#define PARAM_CTRL_W_MAX 1.5f
/** @brief [调优] 线速度输出限幅 [m/s]
* 含义：最大允许线速度
* 典型值：0.3~0.5
*/
#define PARAM_CTRL_V_MAX 0.3f
/** @brief [调优] 弯道减速系数 [0~1]
* 含义：角速度大时线速度打折程度
* 公式：v = v_cruise * (1 - k * |w/w_max|)
* 典型值：0.3~0.5
*/
#define PARAM_CTRL_SPEED_REDUCTION 0.4f
/* =========================================================
* 【P4】安全阈值与状态机参数
* ========================================================= */
/* --- 到端检测 --- */
/** @brief [调优] 前向停车距离阈值 [m]
* 含义：前向雷达 (传感器到墙的距离) 低于此值强制停车
* 计算方法：PARAM_FRONT_LASER_OFFSET (传感器内缩) + 安全裕量 (2~5cm)
* 示例：传感器与车头齐平(offset=0) + 3cm安全裕量 = 0.03m
* 传感器内缩5cm(offset=0.05) + 3cm安全裕量 = 0.08m
* ⚠ 此阈值应 >= PARAM_FRONT_LASER_OFFSET，否则传感器到墙的距离
* 还没到阈值，车体前端就已经撞墙了！
* 过小：可能撞墙
* 过大：离墙很远就停车，走不完走廊
*/
#define PARAM_SAFE_D_FRONT_STOP 0.08f
/** @brief [调优] 前向减速预警距离 [m]
* 含义：前向雷达低于此值开始线性减速
* 典型值：0.20~0.40
*/
#define PARAM_SAFE_D_FRONT_APPROACH 0.25f
/** @brief [调优] 减速区最低速度 [m/s]
* 含义：到端前爬行速度
* 典型值：0.03~0.08
*/
#define PARAM_SAFE_APPROACH_MIN_V 0.05f
/* --- 置信度降级 --- */
/** @brief [调优] E-Stop 置信度阈值
* 含义：EKF 置信度低于此值触发紧急停车
* 典型值：0.05~0.15
*/
#define PARAM_SAFE_CONF_ESTOP 0.1f
/** @brief [调优] 单侧退化置信度
* 含义：单侧 VL53L0X 失效时，置信度降为多少
* 典型值：0.6~0.8
*/
#define PARAM_SAFE_CONF_DEGRADED 0.7f
/* --- 入口/退出 --- */
/** @brief [调优] 入口对准速度 [m/s]
* 含义：从启动区进入走廊的慢速对准速度
* 典型值：0.05~0.10
*/
#define PARAM_SCRIPT_ENTRY_V 0.08f
/** @brief [调优] 入口对准超时 [ms]
* 含义：超过此时间强制进入走廊模式 (保护)
* 典型值：20000~40000 (20~40 秒)
*/
#define PARAM_SCRIPT_ENTRY_TIMEOUT 30000U
/** @brief [调优] 原地转向角速度 [rad/s]
* 含义：到端 180 度转向的角速度
* 典型值：0.8~1.5
*/
#define PARAM_SCRIPT_TURN_OMEGA 1.0f
/** @brief [调优] 退出场地后冲距离 [m]
* 含义：检测到离开垄沟后再往前冲的距离
* 典型值：1.5~2.5
*/
#define PARAM_SCRIPT_EXIT_RUNOUT 2.0f
/** @brief [调优] 退出场地直线冲出速度 [m/s]
* 含义：检测到离开垄沟后直线冲出的速度
* 典型值：0.3~0.5
* 注意：与 turn_omega (转向角速度) 无关，两者独立
*/
#define PARAM_SCRIPT_EXIT_V 0.3f
/* =========================================================
* 【P5】传感器驱动参数
* ========================================================= */
/* --- VL53L0X --- */
/** @brief [实测] VL53L0X 测距预算 [μs]
* 含义：单次测距的时间预算，越大精度越高但频率越低
* 选项：20000(20ms, 高速), 33000(33ms), 100000(100ms), 200000(200ms, 高精度)
* 典型值：100000 (100ms，折中)
* 调优：走廊跟踪时用 100ms，原地转向时可切 200ms 提高精度
*/
#define PARAM_VL53_TIMING_BUDGET 100000U
/** @brief [调优] VL53L0X 卡尔曼滤波参数 Q
* 含义：测距过程噪声
* 典型值：5.0~20.0
*/
#define PARAM_VL53_KALMAN_Q 10.0f
/** @brief [调优] VL53L0X 卡尔曼滤波参数 R
* 含义：测距观测噪声
* 典型值：10.0~30.0
*/
#define PARAM_VL53_KALMAN_R 14.1f
/* --- IMU --- */
/** @brief [实测] HWT101 IMU 安装偏置 (航向) [rad]
* 含义：IMU 零位与车头方向的偏差
* 测量：车头对准正北，读取 IMU 航向作为偏置
* 典型值：需要通过校准确定
*/
#define PARAM_IMU_YAW_OFFSET 0.0f
1.0
2026-04-03 08:56:26 +08:00
/* =========================================================
* 【P6】赛道级导航参数 (混合导航方案)
* ========================================================= */
/** @brief 编译开关：1=赛道模式(6沟S型遍历) 0=单沟测试模式(原nav_script) */
1.0
2026-04-04 15:59:11 +08:00
#define USE_GLOBAL_NAV 0
1.0
2026-04-03 08:56:26 +08:00
/* --- 入场段 --- */
1.0
2026-04-03 13:46:45 +08:00
/* 启动区入口(Y=40)距第一条垄沟(Y=36~39)极近，入场距离仅约 10~40cm */
#define PARAM_GNAV_ENTRY_V 0.08f /* m/s — 入场速度 (沿左端纵向通道向北) */
#define PARAM_GNAV_ENTRY_DISTANCE 0.30f /* m — 入场里程上限 (启动区到C1入口约10~30cm) */
1.0
2026-04-03 08:56:26 +08:00
#define PARAM_GNAV_ENTRY_TIMEOUT 10000U /* ms — 入场超时 */
/* --- 转向 --- */
#define PARAM_GNAV_TURN_OMEGA 1.0f /* rad/s — 转向角速度 */
#define PARAM_GNAV_TURN_TOLERANCE 0.087f /* rad — 转向完成容差 (~5°) */
#define PARAM_GNAV_TURN_DECEL_ZONE 0.5f /* rad — 接近目标时减速区 (~28°) */
#define PARAM_GNAV_TURN_MIN_OMEGA 0.3f /* rad/s — 减速区最低角速度 */
#define PARAM_GNAV_TURN_TIMEOUT 8000U /* ms — 单次转向超时 */
/* --- 重捕获 --- */
#define PARAM_GNAV_REACQUIRE_V 0.05f /* m/s — 重捕获入沟速度 */
#define PARAM_GNAV_REACQUIRE_CONF 0.6f /* — 重捕获置信度阈值 */
#define PARAM_GNAV_REACQUIRE_WIDTH_TOL 0.05f /* m — 走廊宽度容差 */
#define PARAM_GNAV_REACQUIRE_TICKS 5 /* 拍 — 连续确认次数 (5×20ms=100ms) */
#define PARAM_GNAV_REACQUIRE_TIMEOUT 5000U /* ms — 重捕获超时 */
/* --- 沟内 --- */
#define PARAM_GNAV_CORRIDOR_MAX_LEN 2.50f /* m — 沟内里程保护上限 */
#define PARAM_GNAV_CORRIDOR_END_DIST 0.10f /* m — 到端检测距离 */
/* --- 连接段 --- */
1.0
2026-04-03 13:46:45 +08:00
/* 在纵向端部通道里北行，从一条垄沟入口到下一条入口，距离=垄沟宽40cm+垄背宽30cm=70cm */
#define PARAM_GNAV_LINK_V 0.10f /* m/s — 连接段速度 (纵向通道内，IMU航向保持) */
1.0
2026-04-03 08:56:26 +08:00
#define PARAM_GNAV_LINK_DISTANCE 0.70f /* m — 连接段标称距离 (沟间距) */
#define PARAM_GNAV_LINK_TIMEOUT 8000U /* ms — 连接段超时 */
/* --- 出场 --- */
1.0
2026-04-03 13:46:45 +08:00
/* C6完成后在左端通道左转朝南，沿纵向通道南行回到入口，距离约390cm */
#define PARAM_GNAV_EXIT_V 0.15f /* m/s — 出场速度 (沿左端通道向南) */
1.0
2026-04-03 08:56:26 +08:00
#define PARAM_GNAV_EXIT_RUNOUT 1.50f /* m — 出场侧向丢失后冲刺距离 */
1.0
2026-04-03 13:46:45 +08:00
#define PARAM_GNAV_EXIT_MAX_DIST 4.50f /* m — 出场里程保护 (通道全长约3.9m) */
#define PARAM_GNAV_EXIT_TIMEOUT 30000U /* ms — 出场超时 (距离长，给足时间) */
1.0
2026-04-03 08:56:26 +08:00
/* --- 回停 --- */
#define PARAM_GNAV_DOCK_V 0.05f /* m/s — 回停速度 */
#define PARAM_GNAV_DOCK_DISTANCE 0.50f /* m — 回停推进距离 */
/* --- 航向保持 --- */
#define PARAM_GNAV_HEADING_KP 0.03f /* — — 航向保持P增益 (输入°，输出rad/s) */
1.0
2026-03-31 23:30:33 +08:00
/* =========================================================
* 宏工具函数
* ========================================================= */
#define PARAM_RAD2DEG(rad) ((rad) * 57.2957795131f)
#define PARAM_DEG2RAD(deg) ((deg) * 0.01745329252f)
/* =========================================================
* 快速参考表
* =========================================================
*
* 调参流程:
* 1. 实测几何参数 (P0 组) -> 卷尺测量
* 2. 里程计标定 (P1 组) -> 跑 10 米对比
* 3. 原地测试控制器 -> 只调 kp_theta, kd_theta
* 4. 走廊低速测试 -> 调 kp_y, v_cruise
* 5. 逐步提速 -> 微调各增益
* 6. 安全阈值 -> 根据实际场地
*
* 常见问题诊断:
* 车头左右摆 -> 减小 kp_theta 或增大 kd_theta
* 横向纠偏慢 -> 增大 kp_y
* 到端刹车不住 -> 减小 d_front_stop 或增大 approach 距离
* 出口冲不出 -> 减小 exit_runout 或增大 v_cruise
* EKF 发散 -> 增大 Q 或减小 R
*
* =========================================================
*/
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* ROBOT_PARAMS_H */
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