ROS学习记录⑤：TF工具的使用与练习

1. 什么是TF

TF是Transformations Frames的缩写。在ROS中，是一个工具，提供了坐标转换等方面的功能。

说白了TF工具就是帮助你完成坐标转换的一个工具，有了它就不用去计算各个坐标系之间的转换了，学过机器人学的应该会对此感受颇深。

2. TF的构成

在ROS中，TF工具包包含了三块内容：Broadcaster，Listener，TF转换工具

ROS中提供的是TF转换工具。转换是通过两个部分来完成的。

• Broadcaster 负责向TF工具广播 参照物 和 自己的位置 关系
• Listener 负责向TF工具查看 想要知道的 两个物体间的相对坐标

TF工具底层是通过向量来去实现的。

3. TF辅助工具

（1）采用tf_monitor，查看当前TF树中所有坐标系的发布状态。

rosrun tf tf_monitor

（2）采用rqt_tf_tree，查看当前所有坐标之间的变换关系，可通过刷新更新当前树的内容。

rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree

（3）采用tf_echo，获取reference_frame和target_frame之间的坐标变换关系。

rosrun tf tf_echo [reference_frame] [target_frame]

4. 向TF工具广播发送自己位置

部分代码

from tf.broadcaster import TransformBroadcaster
from tf.transformations import quaternion_from_euler

broadcaster = TransformBroadcaster()


def pose_callback(msg):
	if not isinstance(msg, Pose):
        return
    # 机器人在参考坐标系的位置msg.x和msg.y，姿态msg.theta
	translation = (msg.x, msg.y, 0)
	rotation = quaternion_from_euler(0, 0, msg.theta)		# 欧拉角 ->  四元素
	
	broadcaster.sendTransform(translation, rotation, rospy.Time().now(), "child", "parent")		# 发广播

其中 quaternion_from_euler 将欧拉角转换为四元素：欧拉角，旋转矩阵。其中欧拉角：roll：x、pitch：y、yaw：z。

sendTransform 中传入的几组数分别为：

• translation：描述位置
• rotation：通过四元素来描述姿态
• Time().now()：time，打上时间戳
• "child"：子坐标系（机器人坐标系）
• "parent"：父坐标系（机器人的参考坐标系）

5. 向TF工具收听获取坐标关系

部分代码

# 获取相对位置信息的listener
listener = TransformListener()

rate = rospy.Rate(10)
while not rospy.is_shutdown():

    try:
        transform = listener.lookupTransform("target_frame", "source_frame", rospy.Time())
    except:
        rate.sleep()
        continue
    
    x, y, z = transform[0] 		# 获取位置
    quat = transform[1]		# 获取姿态 (四元素) -> rpy
    roll, pitch, yaw = euler_from_quaternion(quat)

lookupTransform 中传入的几组数分别为：

• "target_frame"：参考坐标系
• "source_frame"：求解的坐标系
• rospy.Time()：获得最近的相对位置
  返回的数据为：
• 位置：[x, y, z]
• 姿态：[roll, pitch, yaw, w]

6. 通过turtlesim进行练习

待补充

参考

古月居的：ROS探索总结（十二）——坐标系统

C++的实现参考：ROS学习——tf坐标系统