ROS入门五 TF坐标变换

坐标变换简介
TF功能包
- 是什么？
- TF功能包干什么？
- TF坐标变换如何实现？
- TF工具
乌龟例程中的TF
- 安装功能包turtle_tf
- 运行
实现TF的广播和监听功能
- 创建TF广播
- 创建TF监听器
- 实现乌龟跟随运动

坐标变换简介

坐标转换是空间实体的位置描述，是从一种坐标系统变换到另一种坐标系统的过程。通过建立两个坐标系统之间一一对应关系来实现。通常坐标转换有平移、缩放、旋转三个方面的转换。

A、B两个坐标系A坐标系下的位姿可以通过平移和旋转变换成B坐标系下的位姿这里的平移和旋转可以通过4×4的变换矩阵来描述。

TF功能包

是什么？

TF是一个让用户随时间跟踪多个坐标系的功能包它使用树形数据结构根据时间缓冲并维护多个坐标系之间的坐标变换关系可以帮助开发者在任意时间、在坐标系间完成点、向量等坐标的变换。

TF功能包干什么？

五秒钟之前，机器人头部坐标系相对于全局标系的关是什么样？
机器人夹取的物体相对于中心坐标系位置在哪里？
机器人中心坐标系相对于全局的位置在哪里？

TF可以在分布式系统中进行操作也就是说一个机器人系统中所有的坐标变换关系对于所有的节点组件都是可用的所有订阅TF消息的节点都会缓冲一份所有坐标系的变换关系数据所以这种结构不需要中心服务器来存储任何数据。

TF坐标变换如何实现？

监听TF变换

接收并缓存系统中发布的所有坐标变换数据并从中查询所需要的坐标变换关系。

广播TF变换

向系统中广播坐标系之间的坐标变换关系。系统中可能会存在多个不同部分的TF变换广播每个广播都可以直接将坐标变换关系插入TF树中不需要再进行同步。

TF工具

tf_monitor
tf_monitor工具的功能是打印TF树中所有坐标系的发布状态
$ tf_monitor <source_frame> <target_target>
tf_monitor工具查看TF树中所有坐标系的发布状态
tf_echo
tf_echo工具的功能是查看指定坐标系之间的变换关系
$ tf_echo <source_frame> <target_frame>
static_transform_publisher
static_transform_publisher工具的功能是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
$ static_transform_publisher x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_ms
$ static_tra nsform_publisher x y z qx qy qz qw frame_id child_frame_id period_in_ms
该命令不仅可以在终端中使用还可以在launch文件中使用

<launch>
<node pk g="tf" type="static_transform_publisher" name="link1_broadcaster"args="1 0 0 0 0 0 1 link1_parent link1 100" />
</launch>

view_frames
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
使用如下命令或者使用pdf阅读器查看生成的pdf文件
$ evince frames.pdf

乌龟例程中的TF

安装功能包turtle_tf

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

运行

安装完成后就可以使用如下命令运行例程

$ roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch

乌龟仿真器打开后会出现两只小乌龟并且下方的小乌龟会自动向中心位置的小乌龟移动

打开键盘控制节点控制中心位置的小乌龟运行，另外一只乌龟总是会跟随我们控制的那只乌龟运行。

$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

查看这个例程中的TF树

$ rosrun tf view_frames

三个坐标系之间的变换关系

使用tf_echo工具在TF树中查找乌龟坐标系之间的变换关系

$ rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2

通过rviz的图形界面显示三者之间的关系

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

实现TF的广播和监听功能

TF消息广播之后其他节点就可以监听该TF消息从而获取需要的坐标变换了。目前我们已经将乌龟相对于world坐标系的TF变换进行了广播接下来需要监听TF消息并从中获取turtle2相对于turtle1坐标系的变换从而控制turtle2移动。

创建TF广播

在learning_tf功能包src下创建名为turtle_tf_broadcaster.cpp的文件

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <turtlesim/Pose.h>std::string turtle_name;void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg)
{// tf广播器static tf::TransformBroadcaster br;// 根据乌龟当前的位姿，设置相对于世界坐标系的坐标变换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);// 发布坐标变换br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));
}int main(int argc, char** argv)
{// 初始化节点ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster");if (argc != 2){ROS_ERROR("need turtle name as argument"); return -1;};turtle_name = argv[1];// 订阅乌龟的pose信息ros::NodeHandle node;ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback);ros::spin();return 0;
};

创建TF监听器

在learning_tf功能包src下创建名为turtle_tf_listener.cpp的文件

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <turtlesim/Pose.h>std::string turtle_name;void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg)
{// tf广播器static tf::TransformBroadcaster br;// 根据乌龟当前的位姿，设置相对于世界坐标系的坐标变换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);// 发布坐标变换br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));
}int main(int argc, char** argv)
{// 初始化节点ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster");if (argc != 2){ROS_ERROR("need turtle name as argument"); return -1;};turtle_name = argv[1];// 订阅乌龟的pose信息ros::NodeHandle node;ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback);ros::spin();return 0;
};

实现乌龟跟随运动

在learning_tf功能包launch下创建名为start_demo_with_listener.launch的文件

 <launch><!-- 海龟仿真器 --><node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="sim"/><!-- 键盘控制 --><node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="teleop" output="screen"/><!-- 两只海龟的tf广播 --><node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"args="/turtle1" name="turtle1_tf_broadcaster" /><node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"args="/turtle2" name="turtle2_tf_broadcaster" /><!-- 监听tf广播，并且控制turtle2移动 --><node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_listener"name="listener" /></launch>

然后运行该launch文件就可以看到与之前例程类似的两只乌龟的界面了在终端中通过键盘控制turtle1移动turtle2也跟随移动。

古月《ROS机器人开发实践》

ROS入门五 TF坐标变换相关推荐

ROS入门-16.tf坐标系广播与监听的编程实现
介绍这两只海龟跟随背后的原理,怎样通过tf坐标系来完成广播与监听的编程实现第一步,创建功能包learning_tf cd ~/catkin_ws/src 在工作空间src下进入终端 catkin_c ...
ROS中的TF坐标变换工具及实现、Rviz查看（十四）C++、python
目录 TF坐标变换引言概述概念坐标msg消息简介 geometry_msgs/TransformStamped geometry_msgs/PointStamped 静态坐标变换简介 C++ ...
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 ...
ROS入门(九)——机器人自动导航（介绍、地图、定位和路径规划）
所用的学习链接: [奥特学园]ROS机器人入门课程<ROS理论与实践>零基础教程P289-314 [以上视频笔记见http://www.autolabor.com.cn/book/ROST ...
ROS入门(八)——仿真机器人四（Gazebo+Rviz+雷达、摄像头、kinet仿真显示）
所用的学习链接: [奥特学园]ROS机器人入门课程<ROS理论与实践>零基础教程P278-288 [以上视频笔记见http://www.autolabor.com.cn/book/ROST ...
ROS入门(一)——ROS安装(vmware16+ubuntu20.04+ROS-Noetic)
嵌套:ROS可以在Ubuntu上运行,Ubuntu在虚拟机Vmware中安装. 从虚拟机vmware安装→ubuntu安装→ros安装,逐步介绍安装ROS环境的过程.整个过程是我一步步跟着各种博客安 ...
古月居 ROS 入门21讲--PA18 tf坐标系广播与监听的编程实现笔记
古月居 ROS 入门21讲--PA18 tf坐标系广播与监听的编程实现 1.创建功能包 cd ~/catkin_ws/src catkin_create_pkg learning_tf roscpp ...
ROS机器人 Autolabor Pro1与激光雷达 TF坐标变换
我们购买了Autolabor Pro1机器人后,都会在其上加些传感器实现一些应用,无论使用什么传感器,都需要面对不同坐标系的转换关系问题,即我们常说的TF坐标变换. Autolabor Pro1是什么 ...
古月居 ROS 入门21讲--PA17 ROS中坐标系管理系统笔记
古月居 ROS 入门21讲--PA17 ROS中坐标系管理系统笔记 1.TF 功能包功能 ∙ \bullet ∙ 五秒钟之前,机器人头部坐标系相当于全局坐标系的关系是怎样的? ∙ \bullet ∙机 ...

ROS入门五 TF坐标变换

ROS入门五 TF坐标变换

坐标变换简介

TF功能包

是什么？

TF功能包干什么？

TF坐标变换如何实现？

TF工具

乌龟例程中的TF

安装功能包turtle_tf

运行

实现TF的广播和监听功能

创建TF广播

创建TF监听器

实现乌龟跟随运动

ROS入门五 TF坐标变换相关推荐

最新文章

热门文章

ROS入门五 TF坐标变换

ROS入门五 TF坐标变换

坐标变换简介

TF功能包

是什么？

TF功能包干什么 ？

TF坐标变换如何实现？

TF工具

乌龟例程中的TF

安装功能包turtle_tf

运行

实现TF的广播和监听功能

创建TF广播

创建TF监听器

实现乌龟跟随运动

ROS入门五 TF坐标变换相关推荐

最新文章

热门文章

TF功能包干什么？