【ros】8.有限状态机

心口如一，犹不失为光明磊落丈夫之行也。——梁启超

😏1. 有限状态机认识

有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种数学模型，用于描述某些系统或过程在不同状态下的行为和转移规则。它由有限个状态、转移条件和动作组成。

在一个状态机中，系统可以处于一系列可能的状态之一。当系统受到某些输入时，它会根据预定义的转移规则从当前状态转移到下一个状态。这个转移过程可以触发一些动作，例如修改系统内部变量或执行某些操作。

有限状态机被广泛应用于计算机科学领域，例如编译器设计、协议分析、电路设计以及人工智能等方面。它是一种简单但强大的抽象模型，可以帮助我们理解和设计复杂的系统。

😊2. 一个简单的示例

有三个状态：A、B和C。当输入符合状态转换规则时，状态会从当前状态转换到下一个状态。如果输入不符合规则，则保持在当前状态。

示例如下：

#include <iostream>
#include <string>

using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;

// 状态枚举
enum State {
	STATE_A,
	STATE_B,
	STATE_C
};

int main() {
	// 初始化状态为A
	State currentState = STATE_A;
	cout << "当前状态: A" << endl;

	while (true) {
		// 获取输入值
		cout << "请输入下一个字符: ";
		char input;
		cin >> input;

		// 根据当前状态和输入值更新状态
		switch (currentState) {
		case STATE_A:
			if (input == 'a') {
				currentState = STATE_B;
				cout << "当前状态: B" << endl;
			}
			else {
				cout << "无效输入" << endl;
			}
			break;
		case STATE_B:
			if (input == 'b') {
				currentState = STATE_C;
				cout << "当前状态: C" << endl;
			}
			else {
				cout << "无效输入" << endl;
			}
			break;
		case STATE_C:
			if (input == 'c') {
				cout << "结束" << endl;
				return 0;
			}
			else {
				cout << "无效输入" << endl;
			}
			break;
		}
	}

	return 0;
}

😆3. 自动驾驶如何用有限状态机

自动驾驶技术中的决策过程可以使用有限状态机（FSM）来实现。

一个简单的自动驾驶决策FSM的ROS案例，可以包含以下几个状态：

初始状态：这个状态表示车辆在刚开始运行时的状态。在这个状态下，车辆将会等待接收来自传感器的数据。
道路跟踪状态：在这个状态下，车辆会根据传感器获取到的道路信息进行跟踪，确保车辆始终在道路上行驶。
目标检测状态：在这个状态下，车辆将会使用视觉传感器来检测周围的目标，如其他车辆、行人等。
碰撞检测状态：在这个状态下，车辆将会使用雷达或其他传感器来检测前方是否有障碍物，以避免与其他车辆或障碍物碰撞。
停车状态：如果车辆检测到需要停车的情况，它将会进入停车状态，并将车辆停止在安全位置上。
进行决策状态：在这个状态下，车辆将会根据上述状态的信息进行决策，如加速、减速、转向等。
完成状态：当车辆到达目的地或者停车时，它将会进入完成状态。

以上每个状态都有对应的状态转移条件，例如从初始状态到道路跟踪状态，需要传感器检测到道路信息。从道路跟踪状态到目标检测状态，需要传感器检测到目标物体等。

使用ROS可以方便地实现一个FSM，并将其与自动驾驶车辆的其他组件集成起来，从而实现自动驾驶决策过程。

示例如下：

#include <ros/ros.h>
#include <iostream>

enum State {
  INITIAL_STATE,
  TRACKING_STATE,
  DETECTING_STATE,
  COLLISION_STATE,
  PARKING_STATE,
  DECIDING_STATE,
  COMPLETION_STATE
};

State current_state = INITIAL_STATE;

void sensorCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
  switch(current_state) {
    case INITIAL_STATE:
      // Wait for sensor data
      ROS_INFO_STREAM("Waiting for sensor data...");
      current_state = TRACKING_STATE;
      break;

    case TRACKING_STATE:
      // Track the road
      ROS_INFO_STREAM("Tracking the road...");
      current_state = DETECTING_STATE;
      break;

    case DETECTING_STATE:
      // Detect targets
      ROS_INFO_STREAM("Detecting targets...");
      current_state = COLLISION_STATE;
      break;

    case COLLISION_STATE:
      // Avoid collision
      ROS_INFO_STREAM("Avoiding collision...");
      current_state = PARKING_STATE;
      break;

    case PARKING_STATE:
      // Park the vehicle
      ROS_INFO_STREAM("Parking the vehicle...");
      current_state = DECIDING_STATE;
      break;

    case DECIDING_STATE:
      // Make a decision based on sensor data
      ROS_INFO_STREAM("Making a decision...");
      current_state = COMPLETION_STATE;
      break;

    case COMPLETION_STATE:
      // Task completed
      ROS_INFO_STREAM("Task completed!");
      break;
    }
}

int main(int argc, char** argv)
{
  ros::init(argc, argv, "fsm_node");
  ros::NodeHandle nh;

  // Subscribe to sensor topic
  ros::Subscriber sub = nh.subscribe<std_msgs::String>("sensor_topic", 10, sensorCallback);

  // Spin the node to process callbacks
  ros::spin();

  return 0;
}

以上。