Lab de Stanley: dirección a partir del error de eje delantero y rumbo

Verifique el sentido de la dirección en ambos lados

Ejecute Recta · desplazamiento de 1 m y guarde A. Recuperar desde la derecha usa un desplazamiento lateral negativo e invierte el sentido inicial de la dirección. El control de desplazamiento inicial ubica el eje trasero. Cambiar el rumbo también cambia el desplazamiento lateral del eje delantero; inspeccione Rumbo inicial 30° para ver la diferencia.

Stanley evalúa el desplazamiento en el eje delantero. El segmento del eje va de atrás hacia adelante, la línea punteada conecta el punto delantero con su proyección más cercana sobre la trayectoria, y el verde marca la tangente de la trayectoria en ese punto. Más allá de un punto final, el desplazamiento también incluye el exceso longitudinal; el CTE con signo usa solo la componente normal. Los historiales de error muestran la referencia delantera en verde y la referencia trasera en azul (A usa guiones naranjas).

La solicitud de dirección es la suma de dos correcciones

La dirección positiva gira a la izquierda; el CTE positivo está a la izquierda de la trayectoria dirigida. Dada la posición trasera (x,y), el rumbo ψ y la distancia entre ejes L, la posición delantera es (x+L cosψ, y+L sinψ). Proyéctela sobre el segmento más cercano de la polilínea abierta. Sea ψp su tangente y ef el desplazamiento normal izquierdo con signo.

La solicitud es δ = wrap(ψp−ψ) − atan(k ef / (v+vs)). La ganancia k tiene unidades de 1/s, la velocidad actual v y la velocidad de suavizado vs tienen unidades de m/s. Cuando está a la izquierda de la trayectoria con el rumbo alineado, ef>0 da dirección a la derecha. Con el eje delantero sobre la trayectoria pero el cuerpo apuntando a la izquierda, el término de rumbo también dirige a la derecha.

La velocidad de suavizado positiva es una extensión didáctica explícita de la ecuación básica del artículo original; evita la división por cero y aquí se restringe a al menos 0,1 m/s. Una velocidad más alta debilita la corrección para el mismo error lateral. Una ganancia alta la fortalece, pero el control muestreado y los límites de tasa de cambio de dirección hacen que una ganancia más alta no necesariamente mejore el seguimiento.

Reproduzca, pause y avance paso a paso para leer rumbo + corrección de error transversal = solicitada → dirección aplicada. La suma solicitada es independiente de las restricciones del actuador. Límite de dirección estrecho demuestra dirección insuficiente en una curva cerrada; las ejecuciones incompletas siguen siendo resultados visibles.

Vehículo compartido y métricas de comparación

La planta es el mismo modelo cinemático de bicicleta de eje trasero, solo hacia adelante, usado por PP/APP/RPP. Los intervalos son de 0,05 s durante como máximo 30 s. Los límites son 8 m/s, ±2 m/s² y 0,8 rad/s de tasa de cambio de dirección, con una magnitud de dirección predeterminada de ±0,6 rad. La velocidad deseada constante usa a=2(deseada−real), limitada por la planta. Cada intervalo mantiene la dirección e integra el movimiento curvo. No se modela deslizamiento de neumáticos, ruido de sensor, obstáculos ni compensación de retardo.

El CTE, el error de rumbo y el RMS de la tabla numérica compartida usan el eje trasero. Distíngalos de las magnitudes de eje delantero usadas por Stanley. Los gráficos de error de rumbo muestran el rumbo del cuerpo menos la tangente de la trayectoria; la corrección de rumbo tiene el signo opuesto. El RMS usa integración trapezoidal en el tiempo de las muestras al cuadrado dividida por el tiempo transcurrido.

El paso del punto final requiere que la longitud de arco restante y la distancia del eje trasero al punto final sean ambas ≤0,25 m, más un error de rumbo respecto a la tangente final ≤0,15 rad. Esto no es detención ni estacionamiento. Una distancia de trayectoria superior a 10 m termina como fuera de trayectoria; 30 s termina como límite de tiempo. En las curvas, el eje trasero puede cortar hacia adentro incluso cuando el delantero sigue la trayectoria, por lo que la regla compartida de punto final del eje trasero puede no cumplirse. El tiempo de paso incompleto es “—”. No clasifique duraciones o estados de finalización distintos solo por el RMS.

Secuencia sugerida

1. Compare los desplazamientos iniciales izquierdo y derecho e inspeccione los sentidos de dirección.
2. Cambie el rumbo inicial y distinga el error lateral delantero del trasero.
3. Cambie la ganancia y la velocidad por separado y compare la magnitud e historial de la dirección.
4. Use la curva cerrada y la dirección restringida para leer por separado el seguimiento delantero, las métricas traseras y la finalización.

La ejecución es en el navegador, con reproducción, A/B, reinicio, compartir y descarga en JSON. El tiempo de cómputo describe esta implementación en el navegador, no el tiempo de control real de un vehículo. El retardo de dirección, la tasa de guiñada y la compensación de neumáticos del vehículo Stanley completo quedan fuera de este ejercicio.

Referencias y Labs relacionados

• Thrun et al., Stanley, §9.2 y Ec. 7
• Lab de PP
• Lab de RPP
• Código fuente y notas del modelo