ROS中的TF坐标变换

坐标变换是机器人系统中常用的基础功能，ROS中的坐标变换系统由TF功能包维护。一个机器人系统通常有很多三维坐标系，而且会随时间的推移发生变化，如世界坐标系（World Frame）、基坐标系（Base Frame）、机械爪坐标系（Gripper Frame）、机器人头部坐标系（Head Frame）等。而TF功能包则可以让用户随时间跟踪多个坐标系，以时间为轴跟踪这些坐标系（默认10s以内）。

TF功能包的作用？

5秒钟之前，机器人头部坐标系相对于全局坐标系的关系是什么样的？

机器人夹取的物体相对于机器人中心坐标系的位置在哪里？

机器人中心坐标系相对于全局坐标系的位置在哪里？

TF如何使用？

监听TF变换

广播TF变换

TF工具：

tf_monitor 打印TF树中所有坐标系的发布状态，也可以通过输入参数来查看指定坐标系之间的发布状态

查看TF树中所有坐标系的发布状态

$ tf_monitor

查看指定坐标系之间的发布状态

$ tf_monitor <source_frame> <target_frame>

tf_echo 查看指定坐标系之间的变换关系

$ tf_echo <source_frame> <target_frame>

static_transform_publisher 发布两个坐标系之间的静态坐标变换，这两个坐标系不发生相对位置变化,在命令中需要设置坐标的偏移参数和旋转参数，偏移参数都是使用相对于x、y、z三轴的坐标偏移；而旋转参数在第一种命令格式中是使用以弧度为单位的yaw/pitch/roll角度，在第二种命令格式中是使用四元数表达旋转角度。发布频率以ms为单位。

$ static_transform_publisher x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_ms
$ static_transform_publisher x y z qx qy qz qw frame_id child_frame_id period_in_ms

view_frames 是可视化的调试工具，可以生成pdf文件，显示整棵TF树的信息

$ rosrun tf view_frames

下面举个乌龟例程中的TF来说明一下：

1.安装该例程的功能包turtle-tf

$ sudo apt-get install ros-kinetic-turtle-tf

2.通过roslaunch来启动我们要运行的关于海龟跟随的指令

$ roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch

3.启动键盘控制节点

$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

4.查看系统中整个tf的数据结构，会生成一个pdf文件在该路径下

$ rosrun tf view_frames

5.使用tf_echo工具可以在TF工具树中查找乌龟坐标系之间的变换关系

$ rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2

6.可以通过rviz的图形界面更加形象的看到这三者之间的坐标关系

$ rosrun rviz rviz -d `rospack find turtle_tf`/rviz/turtle_rviz.rviz

如何实现一个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）

如何实现一个tf监听器

定义TF监听器（TransformListener）

查找坐标变换（waitForTransform、lookupTransform）

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