Navigation Toolbox

Entwerfen, Simulieren und Bereitstellen von Algorithmen für Planung und Navigation

 

Die Navigation Toolbox™ bietet Algorithmen und Analysetools für das Design von Bewegungsplanungs- und Navigationssystemen. Die Toolbox umfasst eine anpassbare Suche und Sampling-basierte Wegplaner. Außerdem umfasst sie Sensormodelle und Algorithmen zur Schätzung von Posen mit mehreren Sensoren. Sie können 2D- und 3D-Kartendarstellungen mit Ihren eigenen Daten erstellen oder Karten mit den in der Toolbox enthaltenen SLAM-Algorithmen (Simultaneous Localization and Mapping, gleichzeitige Lokalisierung und Kartenerstellung) generieren. Es werden Referenzbeispiele für selbstfahrende Fahrzeuge und Robotik-Anwendungen bereitgestellt.

Sie können Metriken zum Vergleichen von Wegoptimierungs-, Glätte- und Leistungs-Benchmarks generieren. Mit der SLAM Map Builder-App können Sie die Kartengenerierung interaktiv visualisieren und debuggen. Sie können Ihre Algorithmen testen, indem Sie sie direkt auf Hardware bereitstellen (mit MATLAB Coder™ oder Simulink Coder™).

Erste Schritte:

Kartenerstellung und Lokalisierung

Erstellen Sie eine Belegungskarte der Umgebung mithilfe von SLAM-Algorithmen. Verwenden Sie die Schätzung der Pose, um ein Fahrzeug zu lokalisieren.

SLAM (Simultaneous Localization and Mapping)

Implementieren Sie SLAM-Algorithmen mit LiDAR-Scans mithilfe der Optimierung von Posen-Graphen. Verwenden Sie die SLAM Map Builder-App, um Schleifenschließungen zu finden und zu ändern. Erstellen und exportieren Sie die resultierende Karte als Belegungsgitter.

Kartengenerierung mit LiDAR-SLAM.

Lokalisierung und Schätzung der Pose

Nutzen Sie die Monte-Carlo-Lokalisierung (MCL), um die Position und Orientierung eines Fahrzeugs anhand von Sensordaten und einer Umgebungskarte zu schätzen.

Schätzen Sie die Pose von nichtholonomen Fahrzeugen und von Luftfahrzeugen mithilfe von Trägheitssensoren und GPS. Ermitteln Sie die Pose ohne GPS, indem Sie Trägheitssensoren mit Höhenmessern oder visueller Odometrie zusammenführen.

Monte-Carlo-Lokalisierung in einer Innenraumumgebung. 

2D- und 3D-Kartendarstellungen

Erstellen Sie ein binäres oder probabilistisches Belegungsgitter mit realen oder simulierten Sensormesswerten. Verwenden Sie egozentrische Karten, die schnell abfragbar und speichereffizient sind.

3D-Visualisierung eines Belegungsgitters.

Bewegungsplanung

Verwenden Sie erweiterbare Wegplaner, wählen Sie optimale Wege und berechnen Sie Lenkbefehle für die Wegverfolgung.

Wegplanung

Verwenden Sie Sampling-basierte Wegplaner wie RRT (Rapidly-Exploring Random Tree) und RRT*, um einen Weg vom Start- zum Zielort zu finden. Passen Sie die Planerschnittstelle an den Zustandsraum Ihrer Anwendung an. Verwenden Sie Motion Primitives nach Dubins und Reeds-Shepp, um glatte, fahrbare Wege zu erzeugen.

Weg vom RRT*-Algorithmus.

Metriken für die Wegplanung

Verwenden Sie Metriken, um Wege im Hinblick auf Glätte und Abstand von Hindernissen zu validieren. Wählen Sie mithilfe numerischer und visueller Vergleiche den besten Weg.

Metrik für den Abstand eines Wegs von Hindernissen.

Wegverfolgung und Steuerungen

Optimieren Sie Steuerungsalgorithmen, um einem geplanten Weg zu folgen. Berechnen Sie Lenk- und Geschwindigkeitsbefehle mithilfe von Fahrzeugbewegungsmodellen. Vermeiden Sie Hindernisse mit Algorithmen wie dem Vektorfeld-Histogramm.

Wegverfolgung mit Pure-Pursuit-Steuerung.

Modellierung und Simulation von Sensoren

Simulieren Sie Messungen von IMUs, GPS-Empfängern und Bereichssensoren unter verschiedenen Umgebungsbedingungen.

Sensormodelle

Modellieren Sie IMU-, GPS- und INS-Sensoren. Passen Sie Parameter wie Temperatur und Rauschen an, um reale Bedingungen zu simulieren. Schätzen Sie Entfernungen zu Objekten mit Bereichssensoren, und messen Sie die Fahrzeugbewegung mit Odometriesensoren.

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IMU- und GPS-Modell.

Simulation von Sensorbewegungen

Stellen Sie die Orientierung, Geschwindigkeit, Bewegungsbahnen und Sensormessungen eines Fahrzeugs dar. Generieren Sie Bewegungsbahnen, um Sensoren zu emulieren, die sich durch die Umgebung bewegen. Exportieren Sie Bewegungsbahnen in externe Simulatoren oder in einen Szenario-Designer.

Interpolation von Wegpunkt-Bewegungsbahnen und Geschwindigkeiten.

Neue Funktionen

Code-Generierung

Erzeugen von C/C++-Code für Monte-Carlo-Lokalisierung, Trajektorienoptimierung (trajectoryOptimalFrenet object) und Sampling-basierte Planer wie RRT, RRT* und Hybrid A*

IMU- und AHRS-Simulink-Blöcke

Modellieren von Trägheitsmessungseinheiten mit dem IMU-Simulink-Block und Schätzung der Geräteorientierung mit dem AHRS-Simulink-Block

Ray-Überschneidungen für 3D-Karten

Berechnung von Ray-Überschneidungen, Import und Export mit 3D-Belegungskarten

Neues Time-Scope-Objekt

Visualisieren reeller und komplexer Fließ- und Festkommasignale in der Zeitdomäne

Verbesserungen der Trajektorienoptimierung

Festlegen von Längssegmenten, Abweichungs-Offsets und weiteren Wegpunkt-Parametern

Details zu diesen Merkmalen und den zugehörigen Funktionen finden Sie in den Versionshinweisen.