GaitGeneration by Graph Search
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一致する文字列を見つけられません
graph_searcher_straight_move.cpp
[詳解]
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3
4// Copyright(c) 2023-2025 Design Engineering Laboratory, Saitama University
5// Released under the MIT license
6// https://opensource.org/licenses/mit-license.php
7
9
10#include <functional>
11#include <vector>
12
13#include "cassert_define.h"
14#include "cmdio_util.h"
15#include "leg_state.h"
16#include "math_util.h"
17
18namespace designlab {
19
21 const std::shared_ptr<const IHexapodPostureValidator>& checker_ptr)
22 : checker_ptr_(checker_ptr), evaluator_(InitializeEvaluator()) {}
23
24std::tuple<GraphSearchResult, GraphSearchEvaluationValue, RobotStateNode>
26 const GaitPatternGraphTree& graph, const RobotOperation& operation,
27 const DividedMapState& divided_map_state, const int max_depth) const {
28 // ターゲットモードは直進である.
29 assert(operation.operation_type ==
32
33 if (!graph.HasRoot()) {
35 "ルートノードがありません."};
36 return {result, GraphSearchEvaluationValue{}, RobotStateNode{}};
37 }
38
39 // 初期化.
40 Vector3 normalized_move_direction;
41
43 normalized_move_direction =
44 (operation.straight_move_position -
46 normalized_move_direction.z = 0.0f;
47 normalized_move_direction = normalized_move_direction.GetNormalized();
48 } else {
49 normalized_move_direction = operation.straight_move_vector;
50 normalized_move_direction.z = 0.0f;
51 normalized_move_direction = normalized_move_direction.GetNormalized();
52 normalized_move_direction = normalized_move_direction.GetLength() == 0.0f
54 : normalized_move_direction;
55 }
56
57 const float target_z_value = InitTargetZValue(
58 graph.GetRootNode(), divided_map_state, normalized_move_direction);
59
60 cmdio::DebugOutputF("target_z_value = {}", target_z_value);
61
62 GraphSearchEvaluationValue max_evaluation_value =
63 evaluator_.InitializeEvaluationValue();
64 int max_evaluation_value_index = -1;
65 int log_depth = 0;
67
68 GraphSearchEvaluationValue candidate_evaluation_value =
69 evaluator_.InitializeEvaluationValue();
70
71 for (int i = 0; i < graph.GetGraphSize(); i++) {
72 log_depth =
73 log_depth < graph.GetNode(i).depth ? graph.GetNode(i).depth : log_depth;
74 log_move = log_depth == graph.GetNode(i).depth ? graph.GetNode(i).next_move
75 : log_move;
76
77 // 最大深さのノードのみを評価する.
78 if (graph.GetNode(i).depth != max_depth) {
79 continue;
80 }
81
82 // 評価値を計算する.
83 candidate_evaluation_value.value.at(kTagMoveForward) =
84 GetMoveForwardEvaluationValue(graph.GetNode(i), graph.GetRootNode(),
85 normalized_move_direction);
86 // if (!evaluator_.LeftIsBetterWithTag(candidate_evaluation_value,
87 // max_evaluation_value, kTagMoveForward)) { continue; }
88
89 candidate_evaluation_value.value.at(kTagLegRot) =
90 GetLegRotEvaluationValue(graph.GetNode(i), graph.GetRootNode());
91 // if (!evaluator_.LeftIsBetterWithTag(candidate_evaluation_value,
92 // max_evaluation_value, kTagLegRot)) { continue; }
93 candidate_evaluation_value.value.at(kTagZDiff) = GetZDiffEvaluationValue(
94 graph.GetCoMVerticalTrajectory(i), target_z_value);
95
96 // candidate_evaluation_value.value.at(kTagZDiff) =
97 // GetZDiffEvaluationValue({ graph.GetNode(i).center_of_mass_global_coord.z
98 // }, target_z_value);
99
100 // 評価値を比較する.
101 if (evaluator_.LeftIsBetter(candidate_evaluation_value,
102 max_evaluation_value)) {
103 // 上回っている場合は更新する.
104 cmdio::OutputF(OutputDetail::kDebug, "max_evaluation_value = {}",
105 max_evaluation_value.value[kTagZDiff]);
106 max_evaluation_value = candidate_evaluation_value;
107 max_evaluation_value_index = i;
108 }
109 }
110
111 // インデックスが範囲外ならば失敗.
112 if (graph.GetGraphSize() <= max_evaluation_value_index) {
114 "最大評価値のインデックスが範囲外です."};
115 return {result, GraphSearchEvaluationValue{}, RobotStateNode{}};
116 }
117
118 if (max_evaluation_value_index < 0) {
119 const GraphSearchResult result = {
121 std::format("葉ノードが存在しません.最大深さ : {},動作 : {}", log_depth,
123
124 return {result, GraphSearchEvaluationValue{}, RobotStateNode{}};
125 }
126
127 const GraphSearchResult result = {enums::Result::kSuccess, ""};
128
129 return {result, max_evaluation_value,
130 graph.GetParentNode(max_evaluation_value_index, 1)};
131}
132
133std::tuple<GraphSearchResult, GraphSearchEvaluationValue, RobotStateNode>
135 const std::vector<GaitPatternGraphTree>& graph_vector,
136 const RobotOperation& operation, const DividedMapState& divided_map_state,
137 int max_depth) const {
138 std::vector<
139 std::tuple<GraphSearchResult, GraphSearchEvaluationValue, RobotStateNode>>
140 result_vector;
141 result_vector.resize(graph_vector.size());
142
143 for (size_t i = 0; i < graph_vector.size(); i++) {
144 // グラフ探索の結果を格納する.
145 result_vector[i] = SearchGraphTree(graph_vector[i], operation,
146 divided_map_state, max_depth);
147 }
148
149 // 最大評価値を持つものを探す.
150 GraphSearchEvaluationValue max_evaluation_value =
151 evaluator_.InitializeEvaluationValue();
152 int max_evaluation_value_index = -1;
153
154 for (int i = 0; i < result_vector.size(); i++) {
155 const auto& [result, evaluation_value, _] = result_vector[i];
156
157 // 失敗しているものは無視する.
158 if (result.result != enums::Result::kSuccess) {
159 continue;
160 }
161
162 // 評価値を比較する.
163 if (evaluator_.LeftIsBetter(evaluation_value, max_evaluation_value)) {
164 // 上回っている場合は更新する.
165 max_evaluation_value = evaluation_value;
166 max_evaluation_value_index = i;
167 }
168 }
169
170 // インデックスが範囲外ならば失敗.
171 if (max_evaluation_value_index < 0 ||
172 result_vector.size() <= max_evaluation_value_index) {
174 "最大評価値のインデックスが範囲外です."};
175 return {result, GraphSearchEvaluationValue{}, RobotStateNode{}};
176 }
177
178 return result_vector[max_evaluation_value_index];
179}
180
181GraphSearchEvaluator GraphSearcherStraightMove::InitializeEvaluator() const {
182 GraphSearchEvaluator::EvaluationMethod move_forward_method = {
183 .is_lower_better = false,
184 .margin = 0.0f,
185 };
186
187 GraphSearchEvaluator::EvaluationMethod leg_rot_method = {
188 .is_lower_better = false,
189 .margin = 0.0f,
190 };
191
192 GraphSearchEvaluator::EvaluationMethod z_diff_method = {
193 .is_lower_better = true,
194 .margin = 0.f,
195 };
196
197 GraphSearchEvaluator ret({{kTagMoveForward, move_forward_method},
198 {kTagLegRot, leg_rot_method},
199 {kTagZDiff, z_diff_method}},
200 {kTagZDiff, kTagMoveForward, kTagLegRot});
201
202 return ret;
203}
204
205float GraphSearcherStraightMove::InitTargetZValue(
206 const RobotStateNode& node, const DividedMapState& divided_map_state,
207 const Vector3& move_direction) const {
208 const float move_length = 100.0f;
209
210 const Vector3 target_position = move_direction * move_length;
211
212 const int div = 300;
213 const float min_z = -150.0f;
214 const float max_z = 150.0f;
215
216 for (int i = 0; i < div; i++) {
217 const float z = min_z + (max_z - min_z) / static_cast<float>(div) *
218 static_cast<float>(i);
219
220 Vector3 pos = node.center_of_mass_global_coord;
221 pos += target_position;
222 pos.z += z;
223
224 RobotStateNode temp_node = node;
225 temp_node.ChangeGlobalCenterOfMass(pos, false);
226
227 if (!checker_ptr_->IsBodyInterferingWithGround(temp_node,
228 divided_map_state)) {
229 return node.center_of_mass_global_coord.z + z;
230 }
231 }
232
233 return node.center_of_mass_global_coord.z;
234}
235
236float GraphSearcherStraightMove::GetMoveForwardEvaluationValue(
237 const RobotStateNode& node, const RobotStateNode& root_node,
238 const Vector3& normalized_move_direction) const {
239 // 正規化されていることを確認する.
240 assert(math_util::IsEqual(normalized_move_direction.GetSquaredLength(), 1.f));
241
242 const Vector3 root_to_current =
243 node.center_of_mass_global_coord - root_node.center_of_mass_global_coord;
244
245 // root_to_current の normalized_move_direction 方向の成分を取り出す.
246 const float result = root_to_current.Dot(normalized_move_direction);
247
248 return result;
249
250 // const float margin = 7.5f;
251}
252
253float GraphSearcherStraightMove::GetLegRotEvaluationValue(
254 const RobotStateNode& node, const RobotStateNode& root_node) const {
255 float result = 0.0f;
256
257 for (int i = 0; i < HexapodConst::kLegNum; i++) {
258 if (leg_func::IsGrounded(node.leg_state, i)) {
259 result +=
260 (node.leg_pos[i].ProjectedXY() - root_node.leg_pos[i].ProjectedXY())
261 .GetLength();
262 } else {
263 result += (node.leg_pos[i] - root_node.leg_pos[i]).GetLength();
264 }
265 }
266
267 return result;
268
269 // const float margin = 10.0f;
270}
271
272float GraphSearcherStraightMove::GetZDiffEvaluationValue(
273 const std::vector<float>& com_trajectory,
274 const float target_z_value) const {
275 float result = abs(com_trajectory.back() - target_z_value);
276
277 if (com_trajectory.size() == 3) {
278 if ((com_trajectory[0] - com_trajectory[1]) *
279 (com_trajectory[0] - com_trajectory[2]) <=
280 0) {
281 result += abs(com_trajectory[0] - com_trajectory[1]);
282 }
283 }
284
285 return result;
286}
287
288} // namespace designlab
マップを格子状に分割して管理するクラス.
RobotStateNode 構造体をノードとする木構造のグラフのクラス.
const RobotStateNode & GetRootNode() const
グラフの根ノードの参照を返す.
std::vector< float > GetCoMVerticalTrajectory(const int index) const
指定したノードの重心の上下移動軌跡を返す.
const RobotStateNode & GetParentNode(const int index, const int depth) const
指定したノードの親ノードの参照を返す.depthは親ノードの深さを指定する.
const RobotStateNode & GetNode(const int index) const
グラフのノードの参照を返す.
constexpr bool HasRoot() const
グラフが根ノードを持つかどうかを返す. 根ノードとは,親を持たないノードのこと. 一番最初に追加するノードは必ず根になるため, 根を持つかどうかはノードの総数が0でないかどうかで判定できる.
constexpr int GetGraphSize() const
グラフのノードの総数を返す.
グラフ探索の評価値を評価するクラス.
bool LeftIsBetter(const GraphSearchEvaluationValue &left, const GraphSearchEvaluationValue &right, bool return_true_case_of_equal=true) const
2つの評価値を比較する.左側の評価値が良い場合は true を返す.
GraphSearchEvaluationValue InitializeEvaluationValue() const
評価値を初期化する. 自身の持つ評価方法を用いて,評価値を初期化する.
std::tuple< GraphSearchResult, GraphSearchEvaluationValue, RobotStateNode > SearchGraphTreeVector(const std::vector< GaitPatternGraphTree > &graph_vector, const RobotOperation &operation, const DividedMapState &divided_map_state, int max_depth) const override
std::tuple< GraphSearchResult, GraphSearchEvaluationValue, RobotStateNode > SearchGraphTree(const GaitPatternGraphTree &graph, const RobotOperation &operation, const DividedMapState &divided_map_state, int max_depth) const override
グラフを受け取り,その中から最適な次の動作を出力する.
GraphSearcherStraightMove(const std::shared_ptr< const IHexapodPostureValidator > &checker_ptr)
static constexpr int kLegNum
void OutputF(OutputDetail detail, const std::format_string< Args... > str, Args &&... args)
コマンドラインに文字を出力する関数, format した文字列を出力する. SetOutputLimit() で設定した出力の許可範囲内であれば出力される.
Definition cmdio_util.h:91
void DebugOutputF(const std::format_string< Args... > str, Args &&... args)
コマンドラインに文字を出力する関数. Debug 用の出力. format した文字列を出力する.
Definition cmdio_util.h:102
bool IsGrounded(const LegStateBit &leg_state, const int leg_index)
脚番号 leg_index 0 ~ 5 に応じて,その脚が接地しているかを調べる. 脚は右前脚を0番として,時計回りに0,1,2,3,4,5となる.左前足が5番.
Definition leg_state.cpp:46
constexpr bool IsEqual(const T num1, const T num2) noexcept
C++において,小数同士の計算は誤差が出てしまう. 誤差込みで値が等しいか調べる.
Definition math_util.h:42
std::string EnumToStringRemoveTopK(const T &enum_value)
enumを文字列に変換する関数. Google C++ coding style だと enumの要素は 先頭にkをつけてキャメルケースで書くことが推奨されている....
Definition string_util.h:52
@ kStraightMoveVector
直線移動をさせる(移動したい方向をベクトルで示す)
@ kStraightMovePosition
直線移動をさせる(移動したい座標を示す)
@ kDebug
デバッグ時のみ出力,一番優先度が低い.
HexapodMove
ロボットが次にどの動作をするのかを表す列挙体.
@ kNone
何も動作をしない.
グラフ探索の評価値を格納する構造体.
bool is_lower_better
評価値が小さいほど良い場合は true.
グラフ探索の結果を表す構造体.
探索において目標となる座標や角度,評価する値についてまとめた構造体.
Vector3 straight_move_vector
< 目標方向.正規化されたベクトル.
RobotOperationType operation_type
Vector3 straight_move_position
目標姿勢 ( posture )
グラフ構造のためのノード(頂点).
Vector3 center_of_mass_global_coord
[4 * 3 = 12byte] グローバル座標系における重心の位置.旧名 GCOM
int depth
[4 byte] 自身の深さ.一番上の親が深さ0となる.
3次元の位置ベクトルを表す構造体.
Vector3 GetNormalized() const noexcept
単位ベクトルを返す. normalizeとは,ベクトルを正規化(単位ベクトルに変換)する操作を表す. 絶対値が0のベクトルの場合,そのまま0ベクトルを返す.
float z
ロボットの上向きに正.
static constexpr Vector3 GetFrontVec() noexcept
正面に進む単位ベクトルを返す. 静的な関数なので,Vector3::GetFrontVec() と呼び出せる.
float GetLength() const noexcept
ベクトルの長さを返す.