ROS入门21讲笔记（九）

ROS中的坐标系管理系统

机器人中的坐标变换：实际上就是变换矩阵，分为旋转和平移两部分

TF功能包

• tf的作用是便捷的进行坐标变换
• 坐标变换通过广播TF变换和监听TF变换实现。

实例

• 安装：sudo apt-get install ros-kinetic-turtle-tf
  这里注意和ROS及Ubuntu版本一致，否则会无法定位软件包
• roslaunch 启动文件
  roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch
  会出现两个海龟，改变一个位置，另一个也会跟着变，其中就用了tf包
• rosrun turtlesim turtle_teleop_key
• rosrun tf view_frames
  可以看到实例三个坐标系之间的关系
• rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2
  可以看到两个海龟之间的变换矩阵
• 可视化工具：rosrun rviz rviz-d rospack find turtle_tf /rviz/turtle_tviz.rviz

创建tf广播器与监听器

这一节的目的是实现上一节中一个海龟改变位置，另一个也跟着改变的效果

创建功能包

catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim

创建tf广播器代码

实现一个tf广播器步骤：

• 定义TF广播器
• 创建坐标变换值
• 发布坐标变换

/**
 * 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) );//平移
    tf::Quaternion q;
    q.setRPY(0, 0, msg->theta);//旋转
    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;
};

定义海龟的位姿话题，在回调函数中广播world与海龟坐标系的关系

创建tf监听器

实现tf监听器步骤：

• 定义tf监听器
• 查找坐标变换

/**
 * 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("/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("/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;
};

这里请求产生第二个海龟turtle2，监听器一直获取turtle1和turtle2坐标系之间的关系，根据坐标系之间的关系发布turtle2的速度控制指令，使turtle2跟随着turtle1运动

修改CMakeLists.txt

• 设置需要编译的代码和生成的可执行文件
• 设置链接库

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})

编译并运行

rosrun turtlesim turtlesim_node
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
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
这里通过__name:turtle1_tf_broadcaster修改了代码中的默认名字，使可以同时调用一个程序两次