Matlab航迹规划仿真——Grid栅格详解

ゝ一纸荒年。 2022-05-08 06:52 823阅读 0赞

Matlab航迹规划仿真——OBG栅格详解

### 文章目录 ###

*   *  章节简介
     *  OBG地图导入
     *  Robotics BOG map构建
     *   *  构建空白BOG地图
         *  填充栅格
         *   *  方式1：“小”栅格
             *  方式2：“大”栅格
             *  方式3：从导入图片生成BOG地图
     *  获取地图数据
     *   *  方式1：判断“word”栅格是否被占用
         *  方式2：判断“row，cols”栅格是否被占用
     *  其他文献

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## 章节简介 ##

本章介绍在Matlab ROS仿真中如何建造\*\*BOG(Binary Occupancy Grid)\*\*地图，之前有用过其他栅格地图，但是直接导入到simulation中总是报错，而simulation中仅仅提供了几个简单的Map：`'simpleMap' (default), 'emptyMap', 'borderMap', or 'complexMap'`，由于想自己测试程序在多种地图下的运行情况（纯属闲的蛋疼）。在百度搜了下貌似没有相关的内容，那我就义不容辞的来填坑咯~~~

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## OBG地图导入 ##

地图导入使用函数`ExampleHelperRobotSimulator`，同时该函数也是开始仿真的开始，`一旦调用该函数，记得调用完使用命令‘rosshutdown’来关闭仿真，要不再次运行时会出错，有提示要运行‘rosshutdown’`。该函数可以导入指定的地图\*\*‘simpleMap’ (default), ‘emptyMap’, ‘borderMap’, or ‘complexMap’\*\*，也可以导入自己的BOG地图，先来看下函数的使用方法：

1.  **OBJ = ExampleHelperRobotSimulator(MAPNAME)**  
    `MAPNAME`指导入地图的名字，一定要是字符串，可选则：‘simpleMap’ (default), ‘emptyMap’, ‘borderMap’, or ‘complexMap’
2.  **OBJ = ExampleHelperRobotSimulator(MAPNAME,MAPRESOLUTION)**  
    `MAPNAME`指导入地图的名字，一定要是字符串，可选则：‘simpleMap’ (default), ‘emptyMap’, ‘borderMap’, or ‘complexMap’，`MAPRESOLUTION`指地图的分辨率，默认分辨率为2栅格/米，就是一个栅格0.5m。
3.  **OBJ = ExampleHelperRobotSimulator(BOG)**  
    BOG指需要导入的自己设计的BOG地图，一定要是这个格式的地图，要不报错，下面会详细讲解如何构建BOG地图。  
      如果想看更多更详细的介绍，直接在Matlab中输入`help ExampleHelperRobotSimulator`,自己懒得看的可以继续看我吹水~

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## Robotics BOG map构建 ##

主要思想就是创建一个空白栅格地图，然后往地图里面填充障碍物。

### 构建空白BOG地图 ###

map = robotics.BinaryOccupancyGrid(10,10,10);`

前两个参数是栅格地图的长和宽，第三个参数是地图的分辨率，即将小栅格又分成多个小格子。感兴趣的可以看下Matlab的[官方文档][Link 1]，里面有更详细的解释说明。

### 填充栅格 ###

填充栅格主要用`setOccupancy`函数，为了区分两种填充方式的区别，我将分辨率设置为10，也就是每一个栅格又分为10个小栅格。

#### 方式1：“小”栅格 ####

`setOccupancy(MAP, XY, VAL)`,`MAP`是上面生成的地图，`XY`是需要填充的栅格位置，需要与方式2中的`IJ`区别，`IJ`指的是生成地图中的行和列。该方法显示出来的点只占一个栅格的1/100，看起来障碍物就比较“小”

% set point as obstacle 
    occval = fix(1+9*rand(5,2));
    setOccupancy(map occval)
    grid = map
    show(map)

效果图如下：  
![在这里插入图片描述][70]

#### 方式2：“大”栅格 ####

`setOccupancy(MAP, IJ, VAL, 'grid')`  
借助`meshgrid`函数填充栅格，`meshgrid`函数的用法就不再说了，想了解的自己去查查。这种方法生成的栅格比较“大”。`IJ`指的是生成地图中的行和列，这里的行列指的是按分辨率来算的行列，从左上角开始，`I`代表行，`J`代表列。

% set block as obstacle ,rows,cols
    [x,y] = meshgrid(1:5,1:10)
    setOccupancy(map, [x(:) y(:)], 1, "grid")
    grid = map
    show(map)

效果图如下：  
![在这里插入图片描述][70 1]

#### 方式3：从导入图片生成BOG地图 ####

%% Robotics BOG map
    % Generate map from a photo
    % Import Image
    image = imread(x);
    image = imresize(image,[50,50]);
    % Convert to grayscale and then black and white image based on arbitrary
    % threshold.
    grayimage = rgb2gray(image);
    bwimage = grayimage < 0.5;
    
    % Use black and white image as matrix input for binary occupancy grid
    grid = robotics.BinaryOccupancyGrid(bwimage);
    show(grid)

效果图如下：  
![在这里插入图片描述][70 2]

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## 获取地图数据 ##

使用函数`getOccupancy`来判断栅格是否被占用

### 方式1：判断“word”栅格是否被占用 ###

occval = getOccupancy(map,xy)

返回世界坐标输入数组`xy`的占用值数组。 `xy`的每一行都是地图上的一个点，表示为`[x y]`坐标。 `occval`与`xy`和单列数组的长度相同。 栅格被占用表示为真（1），空闲表示为假（0）。

### 方式2：判断“row，cols”栅格是否被占用 ###

occval = getOccupancy(map,ij,"grid")

基于行列坐标，输入数组`ij`的占用值数组。`ij`指的是生成地图中的行和列，这里的行列指的是按分辨率来算的行列，从左上角开始，`i`代表行，`j`代表列。函数返回值为栅格的占用值。栅格被占用表示为真（1），空闲表示为假（0）。

## 其他文献 ##

在这里列出其他可能用到的函数，以及其官方说明文档，需要的朋友可以自己查看  
[checkOccupancy][]  
[occupancyMatrix][]  
[world2grid][]  
[grid2world][]  
[copy][]  
[insertRay][]  
[occupancyGrid][]  
[总链接][Link 2]

[Link 1]: https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ref/robotics.binaryoccupancygrid-class.html#buratr8
[70]: /images/20220508/0fc57d2b233e4769aaec5a48c0bf2bde.png
[70 1]: /images/20220508/5e1a506407f746dea1cf0e247aaf329e.png
[70 2]: /images/20220508/10664f31344e4f66b50aa994dd61c93b.png
[checkOccupancy]: https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ref/robotics.occupancygrid.checkoccupancy.html?searchHighlight=OccupancyGrid&s_tid=doc_srchtitle
[occupancyMatrix]: https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ref/robotics.occupancygrid.occupancymatrix.html?searchHighlight=OccupancyGrid&s_tid=doc_srchtitle
[world2grid]: https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ref/robotics.occupancygrid.world2grid.html?searchHighlight=OccupancyGrid&s_tid=doc_srchtitle
[grid2world]: https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ref/robotics.occupancygrid.grid2world.html?searchHighlight=OccupancyGrid&s_tid=doc_srchtitle
[copy]: https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ref/robotics.occupancygrid.copy.html?searchHighlight=OccupancyGrid&s_tid=doc_srchtitle
[insertRay]: https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ref/robotics.occupancygrid.insertray.html?searchHighlight=OccupancyGrid&s_tid=doc_srchtitle
[occupancyGrid]: https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ref/robotics.occupancygrid-class.html?searchHighlight=OccupancyGrid&s_tid=doc_srchtitle
[Link 2]: https://ww2.mathworks.cn/help/search.html?qdoc=OccupancyGrid&submitsearch=