ROS：tf坐标系广播与监听的编程实现

一、创建功能包

创建的 learning_tf 包来进行代码存放和编译

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim

二、创建代码并编译运行（C++）

实现一个TF广播器：

定义TF广播器（TransformBroadcaster）
创建坐标变换值
发布坐标变换（sendTransform）

实现一个TF监听器：
定义TF监听器（TransformListener）
查找坐标变换（waitForTransform、lookupTransform）

2.1创建代码

在/master/learning_tf/src文件加下创建turtle_tf_broadcaster.cpp文件和turtle_tf_listener.cpp文件
turtle_tf_broadcaster.cpp
通过TF广播任意两个坐标系之间的位置关系，需要建立一个广播器，然后创建坐标的变换值，将这个变换矩阵的信息广播出去(插入TF tree)

/**
 * 该例程产生tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令
 */

#include 
#include 
#include 

std::string turtle_name;

void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg)
{
	// 创建tf的广播器
	static tf::TransformBroadcaster br;

	// 初始化tf数据
	tf::Transform transform;
	transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) );
	tf::Quaternion q;
	q.setRPY(0, 0, msg->theta);
	transform.setRotation(q);

	// 广播world与海龟坐标系之间的tf数据
	br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));
}

int main(int argc, char** argv)
{
    // 初始化ROS节点
	ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster");

	// 输入参数作为海龟的名字
	if (argc != 2)
	{
		ROS_ERROR("need turtle name as argument"); 
		return -1;
	}

	turtle_name = argv[1];

	// 订阅海龟的位姿话题
	ros::NodeHandle node;
	ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback);

    // 循环等待回调函数
	ros::spin();

	return 0;
};

turtle_tf_listener.cpp
坐标关系插入TF tree后，树会自动运算变换矩阵，后面就可以用监听器调用了

/**
 * 该例程监听tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令
 */

#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char** argv)
{
	// 初始化ROS节点
	ros::init(argc, argv, "my_tf_listener");

    // 创建节点句柄
	ros::NodeHandle node;

	// 请求产生turtle2
	ros::service::waitForService("/spawn");
	ros::ServiceClient add_turtle = node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn");
	turtlesim::Spawn srv;
	add_turtle.call(srv);

	// 创建发布turtle2速度控制指令的发布者
	ros::Publisher turtle_vel = node.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle2/cmd_vel", 10);

	// 创建tf的监听器
	tf::TransformListener listener;

	ros::Rate rate(10.0);
	while (node.ok())
	{
		// 获取turtle1与turtle2坐标系之间的tf数据
		tf::StampedTransform transform;
		try
		{
			listener.waitForTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), ros::Duration(3.0));
			listener.lookupTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), transform);
		}
		catch (tf::TransformException &ex) 
		{
			ROS_ERROR("%s",ex.what());
			ros::Duration(1.0).sleep();
			continue;
		}

		// 根据turtle1与turtle2坐标系之间的位置关系，发布turtle2的速度控制指令
		geometry_msgs::Twist vel_msg;
		vel_msg.angular.z = 4.0 * atan2(transform.getOrigin().y(),
				                        transform.getOrigin().x());
		vel_msg.linear.x = 0.5 * sqrt(pow(transform.getOrigin().x(), 2) +
				                      pow(transform.getOrigin().y(), 2));
		turtle_vel.publish(vel_msg);

		rate.sleep();
	}
	return 0;
};

2.2编译

配置CMakeLists.txt编译规则：
设置需要编译的代码和生成的可执行文件；
设置链接库；
将下面代码拷贝到指定位置：

add_executable(turtle_tf_broadcaster src/turtle_tf_broadcaster.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_broadcaster ${catkin_LIBRARIES})

add_executable(turtle_tf_listener src/turtle_tf_listener.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_listener ${catkin_LIBRARIES})

编译

cd ~/catkin_ws
catkin_make

2.3运行

roscore

rosrun turtlesim turtlesim_node

下面直接在命令行传入参数。
第1个参数：我们在turtle_tf_broadcaster.cpp定义节点时使用了"my_tf_broadcaster"的名字，我们使用__name:=传入新的名字取代"my_tf_broadcaster"，这样避免名字重复（因为ROS中节点名字不能重复），这样就可以重复跑程序了。
第2个参数是turtle名称 turtle1 和 turtle2。

rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle1_tf_broadcaster /turtle1

rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle2_tf_broadcaster /turtle2

rosrun learning_tf turtle_tf_listener

上面完成后就会有一个海龟生成并跑向中间的第1只海龟。

用键盘控制海龟，同样可以让第2只海龟追着我们跑。

rosrun turtlesim turtle_teleop_key

参考视屏：古月居ROS入门21讲