Signalverarbeitende Systeme - L10: Koordinatentransformation

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Dozent: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Lehrveranstaltung: Signalverarbeitende Systeme
Modul Signalverarbeitende Systeme und Systems Design Engineering
Modulbezeichnung: BSE-M-2-1.06
Modulverantwortung: Prof. Ulrich Schneider
Vorlesung: Invertierter Klassenraum, Montag, 10:00 - 11:30 Uhr
Übung: Montag, 11:45 - 12:30 Uhr
Ort: Labor L3.1-E00-120

Übung 10.1: KOS-Trafo: Rotation+Translation, Inverse Transformation

Das Lösungsvideo finden Sie auf der Lernplattform. Gegeben is der Ortsvektor zum Punkt P ArP sowie der Rotationswinkel γ=50 um die Z-Achse.

  1. Führen Sie über eine homogene Translation eine Rotation um den Winkel γ und eine Translation um den Vektor T aus.
  2. Zeichnen Sie den transformierten Punkt Q und dessen Ortsvektor ArQ ein (vgl. Abb. 1).
  3. Berechnen Sie anschließend die inverse Translation ArP,2

Gegeben sind:

  • ArP=(123)
  • T(220)
  • γ=50
Abb. 1: Ergebnisdarstellung der Übung 10.1

Arbeitsergebnis: KOStrafo.m

Übung 10.2: 2-fache Koordinatentransformation

Gegeben sind:

  • ArP=(6,34110,23453): Ortsvektor zum Punkt P im KOS A
  • Br0,A=(330): Translationsvektor KOS B zum KOS A im B-KOS
  • Cr0,B=(330): Translationsvektor KOS C zum KOS B im C-KOS
  • KOS A ist gegenüber KOS B um 10° um die Z-Achse gedreht.
  • KOS B ist gegenüber KOS C um 10° um die Z-Achse gedreht.

Aufgaben:

  • Bestimmen Sie die Vektoren BrP und CrP.
  • Erstellen Sie ein Ergebnisbild gemäß Abb. 2.
Abb. 2: Ergebnisdarstellung der Übung 10.2

Arbeitsergebnis: Transformationsarithmetik.m

Übung 10.3: Transformationsarithmetik

Ein autonomes Fahrzeug erkennt mit einem hinten rechts montierten Infrarot-Sensor ein Objekt am Messpunkt M. Die Messung erfolgt im Sensorkoordinatensystem {S}. Dieses Fahrzeug besitzt ein körperfeste Koordinatensystem {K} mit dem Ursprung am Mittelpunkt des vorderen Stoßfängers. Die Position und Lage (Pose) des Fahrzeugs im Bezugskoordinatensystem {B} ist bekannt. Abb. 3 zeigt eine mögliche Situation.

Bestimmen Sie den Ortsvektor zum Objekt im Bezugskoordinatensystem BrM und zeichnen Sie mit MATLAB®die Szene (vgl. Abb. 4) in den drei Koordinatensystemen

  • Sensorkoordinatensystem {S},
  • körperfestes Koordinatensystem {K} und
  • Bezugskoordinatensystem {B} .

Hinweis: In der Fahrzeugtechnik wird die Z-Achse antiparallel zum Gravitationsvektor angenommen: 0Zg.

Abb. 3: Transformationsarithmetik
Abb. 4: Ergebnisdarstellung der Übung 10.3

Gegeben sind:

  • SrM=(0,400) m: Messwert des IR-Sensors
  • Der Winkel zwischen xS und xK beträgt 90°.
  • Br0,K=(30,20) m
  • Der Winkel zwischen xK und xB beträgt 10°.
  • Das Objekt hat eine Länge von 30 cm und eine Breite von 20 cm.
  • Das Fahrzeug hat eine Länge von 40 cm und eine Breite von 20 cm.
  • Die detektierte Objektkante ist parallel zu xB (x0||xB).
  • Der IR-Sensor erfasst die Längsseite des Objektes.

Arbeitsergebnis: TransformationsarithmetikMobileRobotik.m

Übung 10.4: Darstellung der LiDAR Messdaten

Schreiben Sie ein Skript ZeigeMessdaten, welches die gemessenen Streckendaten der Datei LiDAR.mat darstellt.

Gehen Sie in nachfolgenden Schritten vor:

  1. Laden Sie die Messdaten.
  2. Stellen Sie die Messwerte der Datei (x,y) als rote Punkte dar.
  3. Das KOS ist in Fahrtrichtung x-Positiv und die y-Achse zeigt nach links (vgl. Abb. 5).
Abb. 5: Ergebnisdarstellung der Übung 10.4

Notwendige Datei: LiDAR.mat

Nützliche Befehle: load, plot(x,y,'r.'), hold on, subplot, get, line, xlabel, ylabel

Übung 10.5: KOS-Trafo: Homogene transformationsmatrix, Inverse Transformation

Mit einem LiDAR Sensor der Firma Topcon wird die Fahrt eines Roboters vermessen.

  • Als digitale Karte liegen die Punkte des äußeren und inneren Fahrbahnrandes vor.
  • Auf der Fahrbahn steht Objekt O.
  • Der Roboter fährt geradlinig in der rechten Fahrspur vier mal je 1 m vorwärts.

Aufgaben:

  1. Zeichnen Sie die Fahrbahn, Roboterpositionen, Objekt und Startlinie im Topcon-Koordinatensystem (T-KOS, vgl. Abb. 6).
  2. Transformieren Sie Fahrbahn, Roboterpositionen, Objekt und Startlinie in das Welt-Koordinatensystem (W-KOS).
  3. Zeichnen Sie die Fahrbahn, Roboterpositionen, Objekt und Startlinie im Welt-Koordinatensystem (vgl. Abb. 7).
  4. Transformieren Sie das Objekt in das Fahrzeug-Koordinatensystem (F-KOS, vgl. Abb. 8).

Gegeben sind:

  • Tr0,W=(4,77104,54730,03) m: Ursprung des W-KOS im T-KOS
  • TrS=(4,15842,82080,03) m: Punkt der Startlinie im T-KOS
  • TrAMR=(3,91372,72930,03) m: Startpunkt des AMR im T-KOS
  • TrO=(1,86471,84910,03) m: Objektposition im T-KOS
Abb. 6: Fahrbahn im T-KOS
Abb. 7: Fahrbahn im W-KOS
Abb. 8: Objektposition im F-KOS

Notwendige Dateien:

Übung 10.6: Koordinatentransformation - Navigation eines Autonomen Mobilen Roboters (AMR)

Grader-URL: [1]


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