实验四：Follow-the-Gap 避障算法

目标：在未知环境中寻找生路

文档目录

1. FTG 算法核心思想
2. 三步决策决策逻辑
3. 关键调参指南
4. 实战练习流程
5. 安全保障守则

1 FTG 算法核心思想

1.1 什么是反应式避障？

比喻：就像在茂密的树林中跑校，你不需要地图。

• 你只盯着前面的树（障碍物）
• 哪里空隙大，你就往哪里钻
• 核心：不靠地图，全凭雷达肉眼观察。

1.2 为什么叫 Follow-the-Gap？

• Gap (空隙)：指障碍物之间足够宽、可通行的区域。
• 算法的目标就是不仅要避开树，还要冲向最开阔的地带。

2 三步决策逻辑

2.1 避障口诀

1. 过滤危险点：把太近的东西都看成障碍物。
2. 寻找最大空隙：在视野里找最长的一段安全区。
3. 选定方向：对准空隙的最中央，打方向盘冲过去！

2.2 逻辑示意图

说明：算法自动忽略小缝隙，选择最宽敞的通道。

3 关键调参指南

3.1 核心参数对应

3.2 速度是风险放大器

• 目前默认速度：1.7 m/s
• 黄金法则：先调稳方向，再考虑提升速度。
• 宁可跑得慢而稳，不要跑得快而碎。

4 运行与操作

4.1 核心运行方法

首先，我们需要通过 SSH 登录赛车，并启动它的底盘和感官。

# 在赛车终端输入
roslaunch tianracer_bringup tianracer_bringup.launch

# 1. 启动避障控制节点
roslaunch tianracer_navigation follow_the_gap.launch

# 2. 交互观察终端输出
rostopic echo /tianracer/ackermann_cmd

4.2 核心代码直觉

在 follow_the_gap.py 中：

# 第一步：把小于 threshold 的点标记为障碍
lis = [1 if a > threshold else 0 for a in dis_list]

# 第二步：寻找最长连续为 1 的区域
gap_list = get_gap(dis_list, threshold)
target_angle = (end_idx + start_idx) / 2 # 取中央

# 第三步：映射到转向指令
steering_angle = - target_angle * P

5 实践任务流程

B1 空隙观察体验 (8min)

1. 站在场地外，肉眼观察障碍物布局。
2. 每一个组员指一个你认为最空的方向。
3. 思考：如果雷达扫到这边，距离数值是变大还是变小？

B2 示例程序试跑 (15min)

1. 放置少量锥桶（间距拉大）。
2. 启动程序，手指放在遥控切换开关上。
3. 观察：车子是直接撞上去，还是优雅地绕开了？
4. 异常即停：如果发现车子自杀式冲锋，立即接管！

B3 参数优化 (12min)

1. 变量控制：一次只改一个参数（如只改 threshold）。
2. 让 threshold 从 0.5 变到 1.5，观察车子是不是更胆小了？
3. 将 P 系数调小，观察车子转弯是不是变温柔了？

B4 无碰撞挑战 (5min)

1. 加密障碍物，布置一个丛林场景。
2. 全程不准手动干预。
3. 达标标准：不碰倒一个锥桶，跑完全程。

6 安全第一

6.1 观察员准则

• 手柄不离手：时刻握着遥控器，拇指扣在模式切换键。
• 眼神不离车：不要看电脑屏幕，盯着车的每一个动作。
• 安全裕量：不要等快撞了才接管，早接管、早保命。

6.2 常见问题救场

• 车左右猛摆（蛇形）：降低转向灵敏度 P。
• 车反应太迟钝：增大安全距离阈值。
• 传感器异常：报错或无响应时，先断电重启，再查话题。

感谢学习！

本课产出检查点：

1. 能说出 FTG 的三步走逻辑。
2. 成功完成一次丛林场景无碰撞通关。
3. 提交一份包含 3 次调参对比的记录表。