DEVLOG – 如何在直线上直行？

Source: Dev.to

问题陈述

要应对任何问题，首先需要把它转化为明确且易于理解的问题陈述，所以我们的表述如下：

“我该如何让 SPIKE Prime 机器人在拉动外部负载的情况下，沿直线移动 X 距离？”

重心

这看起来似乎很显而易见：“只要让它以 0 度移动！”你可能会这么说。然而，重心（物体总质量集中的点）并不总是位于几何中心。只有规则体的重心才与几何中心重合；对所有其他物体而言，这两点并不一致。

因此，让机器人以 0° 角度前进会导致它随时间倾斜。

提案 #1：MOVE(0 – YAW)

我的最初想法是让机器人以 (0 – yaw) 度移动，即每当机器人通过内部陀螺仪检测到倾斜时，就进行相应的校正。

由于机器人编程环境不支持在循环内部使用 “MOVE UNTIL X DISTANCE”，我只能依赖时间。思路如下：

1. 启动计时器 (T)。
2. 让机器人以 0° 前进 X cm。
3. 计算 speed = X ÷ T。

该任务分为两个子任务：

1. 任务 1： 从点 A 直线移动到点 B（距离短且无外部负载）。
2. 任务 2： 从点 B 带负载移动到点 C。

• 对于任务 1，机器人可以因距离短且无负载而保持直线前进，从而可以计算出其速度。
• 对于任务 2，使用 MOVE(0 – YAW) 方法循环执行。要获得行驶距离 X 所需的时间，使用 time = d / v，其中已知距离 d 和速度 v。

提案 #2：基于位移的运动

第一个提案依赖时间，但由于机器人在移动过程中会倾斜，实际行驶的总距离会增加，时间因而不可靠。

我们改为跟踪机器人相对于起点的实际直线位移——即“鸟瞰距离”，而不是总路径长度。

工作原理

1. 将位置向量 (Rx, Ry) 初始化为 (0, 0)。

2. 在每个小时间间隔（tick）内：

   • 测量机器人自上一次 tick 以来移动的距离（通过轮编码器）。
   • 从陀螺仪读取当前的偏航角 yaw。
   • 按运动方向更新向量位置：

   Rx = Rx + A × cos(yaw)
   Ry = Ry + A × sin(yaw)

   其中 A 为本次 tick 移动的距离（由轮子转动计算，或 A = v × t）。

3. 计算直线位移：

   R = sqrt(Rx² + Ry²)

4. 当 R ≥ X 时停止机器人，其中 X 为期望的直线距离。

虽然理论上是正确的，但由于机器人本身的限制，这个方法并未奏效。只能回到 PID！ 😊