在很多商用机器人中都涉及到机器人与外部设备（比如APP）之间的交互。而在交互中，最为首要的就是地图与机器人位置的交互了。在这一个章节中，我们介绍一个机器人将内部的地图，机器人位置等数据与用户端进行同步的案例。
1. 实际场景与机器人（ROS）地图的对应关系：
我们来看一下下面这副图片，这是一个机器人在实际环境中绘制的二维地图，在图片的左下角是地图原点（map所在的位置），在原点上已经标明了这个地图的三维坐标轴，其中红色的代表x轴方向，绿色代表y轴方向。
在ROS的地图中，地图同样是以像素标记的，每一个像素代表0.05m，也就是一个像素是5厘米。比如下图上的星星，他的位置在像素层面上的坐标为：x：400像素，y：150像素；那么这个机器人实际的横坐标就应该是：400*0.05=20米，纵坐标是150*0.05=7.5m。再换句话说，如果一个地图的场合宽都是800像素，那么它能够代表的实际长和宽度为800*0.05=40米。
当然，有时候地图的原点并不一定在左下角，它的原点可以在地图的任意一个地方。比如说下面这张图：
这张图的地图原点就跑到了地图图片里，那么假如机器人在原点左下角的位置上，那么机器人的X和Y坐标就会为负值。
在ROS中，地图的类型是nav_msgs/OccupancyGrid，每个像素代表的长度以及地图的原点都被定义在了消息结构体之中：
std_msgs/Header header
nav_msgs/MapMetaData info
time map_load_time
float32 resolution 分辨率
geometry_msgs/Pose origin原点坐标
......
geometry_msgs/Quaternion orientation
......
int8[] data 地图像素信息
2. 地图坐标系与Python canvas鼠标点击位置之间的对应关系：
我们使用python编写客户端的时候（Java于此类似），地图是要被绘制到canvas，也就是虚拟画布上面。虚拟画布是以其左上角为坐标原点（0，0）（如下图）。我们举一个例子，现在有一个800x800的地图，我们需要使用鼠标或触摸选择了APP中地图的左上角，那么显然的，在APP中，我们得到的点击位置是（0，0）。
但是如果我们把这个数据输入ROS的地图中，可以看到，在ROS中，（0，0）点位置对应的是左下角。所以造成的问题就会如下图：
这个问题解决的方法很简单，就是在用户端软件（如APP）中，将点击的点做一些处理（坐标系变换），再将其数据传输到机器人上即可。
3. Python Canvas与机器人内ROS之间的数据传输（http）
一般的机器人与客户端的通讯方式采用http方式传输信息，http协议的详细内容请参见新安浅滩的博文：
https://blog.csdn.net/hu694028833/article/details/80862695
整个机器人与Python之间地图与坐标系的传递过程中，Python要向机器人获取三个信息（已知地图每个像素为0.05米）：
1）机器人中当前地图的图片
2）地图图片的右下角在机器人坐标系中所处的位置（或者说地图的原点在地图图片中所处的像素位置）
3）机器人相对于地图坐标系原点的位置
由于传输数据量很大，所以Python客户端向机器人请求地图的频率不能太高（基本为数秒一次，或只在加载时请求）。而因为机器人在时刻移动，机器人相对地图坐标原点的位置我们必须要频繁的请求。所以在数据通讯上，我们将以上三个信息分为两类：
1）当前机器人内部地图图片以及地图原点信息（加载地图，以及绘制地图时请求）
2）机器人相对地图原点的位置（数百毫秒，轮询请求）
例如，Python在机器人加载地图后，向机器人发送一个名为： GET /robot_map HTTP/1.1的消息
机器人向Python反馈jpeg压缩格式的地图图片
Python程序向机器人发送一个名为：GET /robot_map_origin HTTP/1.1的消息
机器人反馈地图的原点坐标：
{
"x": 1.0
"y":1.0
}
这样就实现了地图与地图坐标原点的传输。
同时，Python每间隔1000ms向机器人发送：GET /robot_state HTTP/1.1的消息
机器人反馈机器人实时位置：
4. Python上显示机器人位置以及正确发送点击坐标
现在我们得到了地图，地图原点，机器人在实际环境中相对于地图原点的位置。那么我们就要在地图中正确显示出机器人所在位置，具体的方法如下：
1）采用比例变换，将机器人相对于原点的实际位置坐标转换为像素坐标
2）在已知地图原点在图片中像素的前提下，将机器人相对于地图原点的像素坐标，映射到相对地图图片的像素中坐标。
3）在地图图片上，按照机器人的像素坐标叠加机器人图片。
4）显示
如果我们想向机器人输出一个鼠标或触摸点击的坐标，我们要执行以下步骤：
1）获得鼠标点击的位置像素坐标（x,y）
2）对Python Canvas的坐标进行Y轴反转，获得临时像素坐标（例如地图高度为800，点击了（100，700）位置，那么发送的Y坐标为800-700=100）
3）在获取地图原点的基础上，利用坐标系变换，将临时像素坐标转换为相对于原点的像素坐标
4）根据像素-实际尺寸的比例变换，将像素坐标变为实际坐标
5）通过http的POST结合json数据格式将点击数据下发至机器人。
下一小节我们将介绍机器人图片与原点坐标系的变换方法。
来源：CSDN
作者：麻辣小蘑菇
链接：https://blog.csdn.net/z824074989y/article/details/104517780