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Robot PU 自动驾驶

课程：使用声呐进行自动驾驶导航（Explore）​

Robot PU 可以使用超声波声呐距离传感器进行导航。扩展程序提供了 explore() 动作，实现了一个简单的基于声呐的"自动驾驶"功能。

本课程解释：

  • Robot PU 使用哪些声呐数据
  • robotPu.explore() 内部如何工作
  • 如何在自己的程序中安全使用它

1. 声呐距离传感器​

Robot PU 使用 HCSR04 型超声波传感器。

在此扩展程序中：

  • 读取距离（厘米）：robotPu.sonarDistanceCm()
  • 扩展程序使用的默认接线引脚：
    • 触发（Trigger）：P2
    • 回声（Echo）：P8

2. 最简单的自动驾驶：重复调用 explore()​

robotPu.explore() 是一个动作（反复调用时会逐步推进）。最简单的"自动驾驶"循环是：

basic.forever(function () {
    robotPu.explore()
})

注意：

  • explore() 读取声呐，更新其内部导航状态，然后调用 walk(speed, turn)。
  • turn 是范围在 -1.0 到 1.0 之间的偏置值。

3. explore() 如何工作（高层概述）​

在内部（robotpu.ts 中），explore() 执行以下步骤：

A. 构建一个小型距离"点云"​

Robot PU 维护一个内部距离数组：

pr.exploreDistance（长度 4）

可以将其视为从左到右的 4 个方向"分区"。

每次 explore() 运行时：

  • 决定更新哪个分区索引 d_i（0..3）
  • 读取当前声呐距离
  • 使用滚动平均值仅更新该分区：
exploreDistance[d_i] = (exploreDistance[d_i] + sonarCm) * 0.5

这相当于一个简单的低通滤波器，用于降低噪声。

B. 将点云转换为转向​

辅助函数 getTurnFromSonar(distances, turnGain) 计算距离读数的加权"质心"：

  • 如果右侧空间更多 → 右转
  • 如果左侧空间更多 → 左转

它返回 [-1, 1] 范围内的转向值。

C. 将障碍物距离转换为速度​

setExploreParam() 查看最小距离并计算目标速度：

  • 如果有足够空间 → 趋近前向速度
  • 如果太近 → 减速或后退

它还会用低通滤波器平滑速度和方向，使运动不那么抖动。

D. 执行运动​

最后：

  • explore() 调用 walk(exploreSpeed, exploreDirection)

因此你可以将 explore() 理解为：

声呐感知 → 转向决策 → 行走输出

4. 示例：使用按钮启动/停止自动驾驶​

let enabled = false

input.onButtonPressed(Button.A, function () {
    enabled = !enabled
})

basic.forever(function () {
    if (enabled) {
        robotPu.explore()
    } else {
        robotPu.stand()
    }
})

5. 示例：声呐太近时安全停车​

即使在使用自动驾驶时，添加自己的"紧急停车"也很有帮助：

basic.forever(function () {
    const cm = robotPu.sonarDistanceCm()

    if (cm > 0 && cm < 8) {
        // Too close: stop and stand for a moment
        for (let i = 0; i < 200; i++) {
            robotPu.stand()
        }
    } else {
        robotPu.explore()
    }
})

6. 总结​

  • robotPu.sonarDistanceCm() 以厘米为单位返回距离。
  • robotPu.explore() 实现基于声呐的自动驾驶：
    • 构建 4 分区距离"点云"
    • 使用加权质心计算转向
    • 根据障碍物距离计算速度
    • 通过 walk(speed, turn) 驱动运动