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stateSpaceSE3

Espace d’état SE(3)

Depuis R2020b

    Description

    L'objet stateSpaceSE3 stocke les paramètres et les états dans l'espace d'état SE(3), qui est composé de vecteurs d'état représentés par [x, y, z, qw, qx, qy, qz]. x, y et z sont des coordonnées cartésiennes. qw, qx, qy et qz représentent l'orientation dans un quaternion. L'objet utilise le calcul de la distance euclidienne et l'interpolation linéaire pour la composante de traduction de l'état. L'objet utilise le calcul de la distance des quaternions et l'interpolation linéaire sphérique pour la composante de rotation de l'état.

    Création

    Description

    space = stateSpaceSE3 crée un objet d'espace d'état SE(3) avec des limites d'état par défaut pour x, y et z. Les variables d'état qw, qx, qy, et qz correspondant à l'orientation ne sont pas bornées.

    space = stateSpaceSE3(bounds) crée un objet d'espace d'état SE(3) avec des limites d'état spécifiées sous la forme d'une matrice 7 x 2. Chaque ligne spécifie la valeur minimale et maximale d'une dimension de l'état dans l'ordre x, y, z, qw, qx, qy et qz. L'entrée bounds définit la propriété StateBounds .

    exemple

    Propriétés

    développer tout

    Ce propriété est en lecture seule.

    Nom de l'espace d'état, spécifié sous forme de vecteur de caractères.

    Types de données : char

    Ce propriété est en lecture seule.

    Nombre de dimensions de l'espace d'état, dimensions spécifiées, renvoyées sous forme d'entier positif.

    Types de données : double

    Limites des variables d'état, spécifiées sous la forme d'une matrice 7 x 2 de valeurs réelles.

    • La première ligne spécifie les limites inférieure et supérieure de l'état x en mètres.

    • La deuxième ligne spécifie les limites inférieure et supérieure de l'état y en mètres.

    • La troisième ligne spécifie les limites inférieure et supérieure de l'état z en mètres.

    • Les quatrième à septième lignes spécifient les limites inférieure et supérieure des variables d'état qw, qx, qy et qz respectivement, correspondant à l'orientation en quaternion.

    Remarque

    La propriété StateBounds n'affecte que les composantes cartésiennes de l'état. Les variables d'état correspondant à l'orientation ne sont pas bornées.

    Exemple : stateSpaceSE3([-10 10; -10 10; -10 10; Inf Inf; Inf Inf; Inf Inf; Inf Inf])

    Exemple : space.StateBounds = [-10 10; -10 10; -10 10; Inf Inf; Inf Inf; Inf Inf; Inf Inf]

    Types de données : double

    Poids appliqué au x, y et z , spécifié comme un scalaire réel positif. Par défaut, le poids pour la translation est choisi supérieur au poids pour la rotation.

    L'objet calcule la distance comme suit :

    d=wxyz(dx2+dy2+dz2)+wqdq2

    ,

    w xyz est le poids appliqué à x, y et z coordonnées, et w q est le poids appliqué à l'orientation en quaternion. d x , d y et d z sont les distances dans les directions x, y et z , respectivement. d q est la distance du quaternion.

    Exemple : space.WeightXYZ = 2

    Types de données : double

    Poids appliqué au calcul de la distance du quaternion, spécifié comme un scalaire réel positif. Par défaut, le poids pour la rotation est choisi inférieur au poids pour la translation.

    L'objet calcule la distance comme suit :

    d=wxyz(dx2+dy2+dz2)+wqdq2

    ,

    w xyz est le poids appliqué à x, y et z coordonnées, et w q est le poids appliqué à l'orientation en quaternion. d x , d y et d z sont les distances dans les directions x, y et z , respectivement. d q est la distance du quaternion.

    Exemple : space.WeightQuaternion = 0.5

    Types de données : double

    Fonctions d'objet

    copyCréer une copie complète de l'objet de l'espace d'état
    distanceDistance entre deux états
    enforceStateBoundsReduce state to state bounds
    interpolateInterpoler entre les états
    sampleUniformExemple d'état utilisant une distribution uniforme

    Exemples

    réduire tout

    Créez une carte d'occupation 3D et un validateur d'état associé. Planifiez, validez et visualisez un chemin à travers la carte d'occupation.

    Charger et attribuer une carte au validateur d'état

    Chargez une carte d'occupation 3D d'un pâté de maisons dans l'espace de travail. Spécifiez un seuil pour lequel les cellules doivent être considérées comme sans obstacle.

    mapData = load('dMapCityBlock.mat');
    omap = mapData.omap;
    omap.FreeThreshold = 0.5;

    Gonflez la carte d'occupation pour ajouter une zone tampon pour un fonctionnement sûr autour des obstacles.

    inflate(omap,1)

    Créez un objet d'espace d'état SE(3) avec des limites pour les variables d'état.

    ss = stateSpaceSE3([-20 220;
        -20 220;
        -10 100;
        inf inf;
        inf inf;
        inf inf;
        inf inf]);

    Créez un validateur d'état de carte d'occupation 3D à l'aide de l'espace d'état créé.

    sv = validatorOccupancyMap3D(ss);

    Attribuez la carte d'occupation à l'objet validateur d'état. Spécifiez l’intervalle de distance d’échantillonnage.

    sv.Map = omap;
    sv.ValidationDistance = 0.1;

    Planifier et visualiser le chemin

    Créez un planificateur de chemin avec une distance de connexion maximale augmentée. Réduisez le nombre maximum d’itérations.

    planner = plannerRRT(ss,sv);
    planner.MaxConnectionDistance = 50;
    planner.MaxIterations = 1000;

    Créez une fonction d'évaluation définie par l'utilisateur pour déterminer si le chemin atteint l'objectif. Spécifiez la probabilité de choisir l’état objectif lors de l’échantillonnage.

    planner.GoalReachedFcn = @(~,x,y)(norm(x(1:3)-y(1:3))<5);
    planner.GoalBias = 0.1;

    Définissez les états de départ et d’objectif.

    start = [40 180 25 0.7 0.2 0 0.1];
    goal = [150 33 35 0.3 0 0.1 0.6];

    Planifiez un chemin en utilisant le début, l'objectif et le planificateur spécifiés.

    [pthObj,solnInfo] = plan(planner,start,goal);

    Vérifiez que les points du chemin sont des états valides.

    isValid = isStateValid(sv,pthObj.States)
    isValid = 7x1 logical array
    
       1
       1
       1
       1
       1
       1
       1
    
    

    Vérifiez que le mouvement entre chaque état de chemin séquentiel est valide.

    isPathValid = zeros(size(pthObj.States,1)-1,1,'logical');
    for i = 1:size(pthObj.States,1)-1
        [isPathValid(i),~] = isMotionValid(sv,pthObj.States(i,:),...
            pthObj.States(i+1,:));
    end
    isPathValid
    isPathValid = 6x1 logical array
    
       1
       1
       1
       1
       1
       1
    
    

    Visualisez les résultats.

    show(omap)
    hold on
    scatter3(start(1,1),start(1,2),start(1,3),'g','filled') % draw start state
    scatter3(goal(1,1),goal(1,2),goal(1,3),'r','filled')    % draw goal state
    plot3(pthObj.States(:,1),pthObj.States(:,2),pthObj.States(:,3),...
        'r-','LineWidth',2) % draw path

    Figure contains an axes object. The axes object with title Occupancy Map, xlabel X [meters], ylabel Y [meters] contains 4 objects of type patch, scatter, line.

    Capacités étendues

    Génération de code C/C++
    Générez du code C et C++ avec MATLAB® Coder™.

    Historique des versions

    Introduit dans R2020b