麦小昆视觉寻线

【背景】
麦小昆，一个活泼可爱的小车车。在完成了四轮方向舵小车视觉寻线的初步探索后，我想尝试一下用他和二哈来进行视觉寻线。
麦小昆有较小的转弯半径，可以用DF的纸质场地，这样就能很方便的在教学活动进行麦小昆视觉寻线展示。
经过探索，找到了一个简单的算法写程序，达到了当前环境下比较稳定流畅的视觉寻线效果。
现在汇报如下。

【测试视频】


【器材】
麦小昆      1

二哈识图    1

寻线地图    1

锂电池     1（二哈供电用）
铜柱 螺丝等

【资料】20200420153959qgxlbp.pdf (dfrobot.com.cn)
一、HUSKYLENS 巡线实现逻辑
如何让麦昆在白底黑线的巡线地图上循着黑线运动呢？其实我们只需要知道麦昆相对黑线是什么位置，分下面三种情况：
1、当麦昆在黑线的偏右位置时，控制麦昆向左转弯；
2、当麦昆与黑线相对居中时，控制麦昆直行；
3、当麦昆在黑线的偏左位置时，控制麦昆向右转弯。
具体应该怎么实现呢？
我们将 HuskyLens 在巡线过程中屏幕上显示的信息剥离出来，抽象成下图的几何数学模型。

HuskyLens屏幕的分辨率是 320×240，屏幕左上角的O点为屏幕的坐标原点（0, 0），水平向右方向为 X 轴正方向，竖直向下方向为 Y 轴正方向，因此屏幕右下角的坐标为（320, 240）。上图中橙色虚线为屏幕的中轴线，这条线的横坐标值为160。上图屏幕中黑色的线，是 HuskyLens 摄像头“看到”的巡线地图线条，蓝色箭头为 HuskyLens 计算出来的线条方向，蓝色箭头的起点坐标为（x1, y1），终点坐标为（x2, y2）。
下面的程序中我们用终点x坐标x2相对中线位置来判断小车运行方向及确定运行速度。
二、二哈使用提示

• 学习线条时，尽量把HuskyLens的位置调节到与线条平行。
• 当更换场景时，请重新学习线条，以保证二哈能准确识别。
• 光线暗时可以在常规设置中打开LED灯照明，这时光线改变，重新学习线条。
• 识别的线条可以是任何与背景有明显色差的单色线条，建议线条与背景色有足够的色差，以保证巡线的稳定。
• HuskyLens可以根据线条的颜色不同，进行多个线条的学习与巡线，但是线条必须是与背景有明显色差的单色线条。大多数情况下，巡线用的线条，只有一种颜色。为了保证稳定性，建议只对一种颜色的线条进行巡线。
• 线条的颜色与环境光线有很大关系，建议巡线的时候，保持环境光线的稳定。
• 学习线条：
  将HuskyLens屏幕上的“+”字对准目标线条。建议HuskyLens的视野范围内只有需要学习的线条，并且没有交叉线。尽量将HuskyLens与目标线条保持平行，然后HuskyLens会自动检测线条，并出现白色的箭头。然后短按“学习按键”即可，白色箭头变成了蓝色箭头。
• 巡线追踪：

  当HuskyLens检测到学习过的线条时（即：同一种颜色的线条），HuskyLens的屏幕上会显示蓝色的箭头，箭头的指向表示路径预测的方向。

  
  
  

【程序设计】
mind+
套件

传感器

参考官方资料，有思路1和2。
思路1、当 HuskyLens 检 测 到 黑 线 在 屏 幕 的 左 边 时，我们将区间 [150，170] 设置为小车的直行区间，当起点坐标值 x1 在这个区间内时，控制小车直行；当x1<150 时，控制小车左转；当 x1>170 时，控制小车右转。

思路2、按照我们先前的优化思路，既然可以将屏幕分成 3 个运动调节区间，为什么不继续分为 5 个呢？黑线位置越趋近两边，转弯速度越大；黑线位置越趋近于中轴线，转弯速度越小。或者更进一步，直接分为 7 个运动调节区间呢。


官方参考程序：


思路2完成任务效果一定比1好。


思路3、参考2的程序，我进行优化，将屏幕分为320个调节区间，用映射将箭头终点x坐标x2的取值范围0-320和两轮的速度建立联系。

麦小昆前面的万向轮主要起支撑作用，小车运行的方向和速度都要依靠两个后轮的正转速度差来完成。

• 当前头终点x2坐标在屏幕左侧时，预示黑线方向向左变化，小车要左转，并且x2越接近0，左转的速度越大（更小的左轮速度和更大的右轮速度。）
• 当前头终点x2坐标在屏幕右侧时，预示黑线方向向右变化，小车要右转，并且x2越接近320，右转的速度越大（更小的右轮速度和更大的左轮速度。）
• 麦小昆程序中的电机速度范围是0-255，如果将这个速度值充分应用，就可以达到最大的直行速度和最大的转弯速度。
  
  

上面的小结是测试成功后的心得，探索的过程中经历了多次失败。
在写帖子时对程序的稳定性进行了耐久性测试，在写这行字前二哈耗尽了给它供电的电池的电后小车脱线了（换电后小车又恢复了寻线运行）。
我对继续测试的稳定运行充满信心。

程序如下：


以80为直行速度，+-80得到速度范围0-160。
记录这个函数是因为它让我取得了第一次稳定流畅寻线测试成功。

为了得到更大的直行和转弯速度，将速度范围0-255充分应用后，得到寻线2函数,这时直行速度约127。

映射的应用是程序算法的重点，感谢官方文档的启发。

完整程序：


【小结】
1、二哈识图寻线的功能很有趣，值得大家继续探索。
2、麦小昆电池容量小，二哈识图要通过usb单独供电，IIC的通信线要接到麦昆IIC口。
3、麦大昆电池容量大（漂流给别的老师了），等漂回来后再做测试。
4、实线比虚线寻线稳定（不脱线），麦小昆视觉寻虚线不打算做了。
5、可以用黑色易擦白板笔在浅色地板上画细线条寻线，效果也很好。

【附件】
麦昆二哈寻线.zip

【提示】后续学习与探索发在回复中，请伙伴们不要留言。感谢。

讨论：
PID 调速算法，PID 全称比例、积分、微分控制，它是一种闭环控制系统，闭环控制是根据控制对象输出的反馈来进行校正的控制方式，它能够根据测量出的实际值与计划值之间的误差 Error，按一定的标准来进行纠正。
如何继续优化程序？

rzyzzxw 发表于 2023-2-9 21:29
讨论：
PID 调速算法，PID 全称比例、积分、微分控制，它是一种闭环控制系统，闭环控制是根据控制对象输出 ...

HuskyLens摄像头系列 | 写给小学生看的视觉PID巡线算法
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-300508-1-1.html?fromuid=727937
(出处: DF创客社区 - 分享创造的喜悦)

1月13日学习笔记
晚上，再次学习铁熊老师的文章：HuskyLens摄像头系列 | 写给小学生看的视觉PID巡线算法
https://mc.dfrobot.com.cn/thread-300508-1-1.html?fromuid=727937。

根据公式，可以看到 PID 分为 3 个部分：比例调节（P）、积分调节（I）、微分调节（D）。

按照陈老师的程序，照抄如下，帖子刚发的时候就读过几遍了，虽然上过小学，可是硬是没读懂，记得当时照样子抄了程序，也不没有成功寻线，放弃了探索。
这一次又读，并且一句句写程序一句句理解，竟然对上面P寻线部分读懂了。
并且发现，我上面帖子中映射的算法，和P寻线是异曲同工的，难怪能够稳定的寻线。
有一点不同，我在程序中仍然用了我的思路，用终点的x坐标x2来求Error。感觉效果挺好的。

第一次的尝试，直线速度取了120。
当我理解了程序后，Kp直接用120/160=0.75。

然后，我知道，麦昆的车轮速度范围是0-255，为了能充分利用，下面程序中直线速度用255的一半127.5。
这时，Kp取127.5/160=0.79。速度应该的微弱的提升。
测试效果同样很棒。


麦昆二哈寻线P.zip

同学们想看麦小昆视觉寻手绘线路，录一个呗。
材料：
马克笔
一张大白纸（等这张大纸找了几天，最后是用了真地图的反面画的。）

厉害厉害

小车泰裤辣！