ROS中TF坐标变换常用工具

      对于机器人，无论是多机器人还是单机器人中的各个部分，其都可以以自身建立坐标系，除此之外还有一个世界坐标系，对于这么多的坐标系，我们经常会需要知道某一物体在不同坐标系下的位置，这就需要使用到坐标变换。

      对于坐标变换，我们知道其对应的有线性的位移和旋转变换，在坐标变换的表达上也有很多方式，例如旋转矩阵，欧拉角，四元数等方式，我们不详细讨论这些坐标变换的具体内容，我们主要关注在ros中带有的坐标变换的tf功能包。

     在TF功能包中常见的几个TF工具有tf_monitor、tf_echo、static_transform_publisher、view_frames等，这几个工具能够实现TF坐标变换的简单显示。

tf_monitor是用于查看TF树中的坐标系的发布状态，可以查看所有坐标系的发布状态，也可以查看指定坐标系之间的发布状态。

我们运行如下命令：

rosrun tf tf_monitor

即可查看所有坐标系的发布状态，我现在运行了几个小乌龟，其显示发布状态如下：

       在上面的显示发布信息中，我们可以看到，我们一共发布了三个小乌龟的信息，后面显示的是平均延时和最大延时的信息。

要想看两个坐标系之间的坐标变换，我们可以使用tf_echo命令，显示不同坐标系之间的转换关系。运行如下命令：

rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2

可以显示两个坐标系之间的转换关系，其中第一个是源坐标系，第二个是目标坐标系，其输出如下：

我们可以看到，显示的坐标转换的消息主要包括如下信息：

1、时间戳信息，显示特定时刻下的转换关系，由于坐标系之间可能会随着时间变化而变化。

2、平移变换，以向量的形式发布在x，y，z上的平移变换

2、旋转变换，旋转变换的信息表示有三种，分别是以四元数、弧度下的欧拉角、角度下的欧拉角表示。

除了显示不同坐标系之间的变换关系外，我们还可以发布两个坐标系之间的静态坐标变换，使用如下命令

rosrun tf static_transform_publisher x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_ms

       这个命令发布两个坐标系之间的额静态的坐标变化，这两个坐标系不发生相对位置变化，相当于设置一个父坐标和子坐标之间的变换关系。

        上述命令中的x，y，z表示其变换的平移，后边三个分别为yaw偏航角，绕z轴逆时针旋转，pitch俯仰角，绕y轴逆时针旋转，roll翻滚角，绕x轴逆时针旋转，旋转变换的三个角正好是按着zyx这样反着的顺序来的，如果对欧拉角相关不熟，可以参考飞机飞行姿态时的角度消息，会对这些角有更形象的理解。

       除此之外，还可以用四元数来表示旋转信息。命令和上面的命令十分接近，如下：

rosrun tf static_transform_publisher x y z qx qy qz qw frame_id child_frame_id period_in_ms

        由上面的命令可以看出，我们只是把欧拉角的参数换成了四元数，四元数是定义了一个有一个实部，三个虚部的数，可以和旋转向量之间进行转换。这里有关欧拉角、旋转变换、四元数以及万向锁的的问题，以后有空再讲。

       除了以上的命令外，TF还有可视化的调试工具，可以生成pdf文件进行查看整个TF树。使用如下命令可以生成pdf文件：

rosrun tf view_frame

我们生成的pdf显示如下：

可以看出，整个TF树中，我们有世界坐标系和三个小乌龟的坐标系。

在后续中的文章中，对TF的例程进行说明。