移动机器人走S形路径原因排查及解决

前言

在移动机器人调试过程中经常发生规划的是直线路径，但实际走S形路径的情况，引起这种情况的原因较为复杂，排查比较困难，需要综合考虑。我总结了几点实际调试经验，供大家参考。

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一、主要原因

1. 定位不稳定，定位值跳动较大，定位静态TF标定不准确等
2. 定位数据延迟或较长时间不更新
3. 控制参数不合适，引起超调或纠偏能力较弱
4. 驱动响应不及时或有超调，左右轮子速度响应不一致等
5. 规划路径不平滑，航向角不是直线或曲线的切线方向
6. 机械原因，比如轮子安装有偏差，重心偏等

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二、前置条件

要求：（具体数值可根据实际情况调整，不满足要求会影响控制）
在平坦的路面人工手动遥控前进或后退，不控制方向，机器人可以走直线（横向偏差小于1%，角度偏差小于5米/度）。
解决方案：
若不能走直线则需检查左右轮子速度响应是否一致，轮子安装是否有偏差，胎压和磨损是否一致等。

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三、排查方法及解决方案

1. 定位不稳定，定位值跳动较大，定位静态TF标定不准确
方法一：
在定位正常的情况下，人工手动遥控机器人走直线，记录定位数据，绘制定位数据散点图，观察图像是否接近于一条直线。若标准差超过期望值则可判断为定位不准确；若标准差在可接受范围内则计算直线航向角度并与定位角度比较，看是否一致，不一致则需调节定位静态TF，使其一致。
方法二：
观察控制的轨迹偏差和角度偏差情况，是否在0值上下波动且分布较为均匀，若明显上偏或下偏，则大概率是定位静态TF标定不准确。

2. 定位数据延迟或较长时间不更新
要检查定位数据是否存在延迟或较长时间不更新。
操作方法：
（1）可原地自旋的机器人就原地自旋，不能原地自旋的就转90度或180度的急弯，检查机器人停止时的定位角度和几秒后的定位角度是否一致，若差别较大则定位角度有延迟。
（2）控制机器人直线或曲线行走，记录定位数据，观察定位数据是否存在延迟发布或连续几帧数据一致的情况；并检查机器人停止时的定位数据和几秒后的定位数据是否一致，若差别较大则定位数据不准。

3. 控制参数不合适，引起超调或纠偏能力较弱
横向控制算法可以使用纯跟踪算法、Stanley、LQR、PID控制等，PID控制优点是算法简单，适应性较强，缺点是控制参数调节比较复杂且参数不能根据工况实时调整，若参数设置不合适或工况改变（比如速度、载重、道路情况等）有可能发生超调或纠偏能力较弱。因此需要设置合适的控制参数。
对于定位不是很好、道路比较崎岖或规划路径不好的场景，可借鉴纯跟踪算法思想，设置一个较远的跟踪距离，减少其他因素影响，使机器人控制更加平滑。

4. 驱动响应不及时或有超调，左右轮子速度响应不一致等
检查目标轮速、转向角度与实际测量值是否一致，并检查是否有响应较慢或超调的情况。

5. 规划路径不平滑或航向角不是直线或曲线的切线方向
检查规划路径的平滑性及航向角是不是直线或曲线的切线方向

6. 机械原因，比如轮子安装有偏差，重心偏等
人工检查并修正