《鸿蒙机器人编程》8-ROS坐标变换系统TF)--教案.docxVIP

ROS星火计划 从0到1搭建ROS环境 NXROBOExBot

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ROS坐标转换系统(tf)

ROStf概念展示

机器人系统一般都包含很多坐标系，如世界坐标系，机体坐标系，机械手坐标系，头坐标系等。

tf是一个让使用者可以跟踪所有这些坐标系，它采用树型数据结构，根据时间缓冲并维护各个参考系的坐标变换关系，可以在任意时间完成2个参考系的坐标变换。

常用操作有监听坐标变换和广播坐标变换。

通过一个例子展示tf的概念。

首先在终端输入下面的命令，安装相应的包：

$sudoaptinstallros-noetic-ros-tutorialsros-noetic-geometry-tutorialsros-noetic-rvizros-noetic-rosbashros-noetic-rqt-tf-tree

然后运行下面的命令：

$sudoupdate-alternatives--install/usr/bin/pythonpython/usr/bin/python3.81

移动键盘的箭头键，会发现后一个乌龟跟着前一个乌龟运动：

$roslaunchturtle_tfturtle_tf_demo.launch

这个例子应用tf库建立了三个坐标系，world坐标系，turtle1坐标系，turtle2坐标系。

tf提供了几个常用工具：

（1）view_frames创建一个在ROS上被tf广播的图表，运行命令如下：

$rosruntfview_frames

它会监听在ROS上广播的坐标系，然后画一颗这些坐标系怎么连接的树形图。

打开生成的pdf文件：

$evinceframes.pdf

（2）rqt_tf_tree用于查看在ROS上广播的坐标轴的树形图的图形化工具，可以手动刷新。

$rosrunrqt_tf_treerqt_tf_tree

（3）tf_echo命令用于显示两个坐标轴的转换关系。

$rosruntftf_echo[reference_frame][target_frame]

$rosruntftf_echoturtle1turtle2

此外，在rviz里面也可以显示tf的信息。运行下列命令：

$rosrunrvizrviz-d`rospackfindturtle_tf`/rviz/turtle_rviz.rviz

$roslaunchturtle_tfturtle_tf_demo.launch

这是运行界面截图：

ROStf的--广播的程序

首先创建ROS功能包learning_tf。

在src目录下建立如下cpp文件turtle_tf_broadcaster.cpp。

$cd%YOUR_CATKIN_WORKSPACE_HOME%/src

$catkin_create_pkglearning_tftfroscpprospyturtlesim

$cdlearning_tf

详细代码如下：

程序订阅了turtle_name/pose话题，turtle_name是程序运行的输入参数。

statictf::TransformBroadcasterbr;

tf是一个命名空间，详细的文档介绍在如下网址：

/kinetic/api/tf/html/c++/namespacetf.html。

TransformBroadcaster是tf命名空间下的一个类，这个类提供一个简单的方法去发布坐标转换信息，处理说有的发布和填充消息。常用成员函数：

voidsendTransform(constStampedTransformtransform)

StampedTransform类：tf的采样转换的数据类型。

常用成员函数：

StampedTransform(consttf::Transforminput,constros::Timetimestamp,conststd::stringframe_id,conststd::stringchild_frame_id)

Quaternion类，常规的四元数类，表示刚体的旋转。

Transform类，支持刚体的平移和旋转变换。

tf::Transformtransform;

transform.setOrigin(tf::Vector3(msg-x,msg-y,0.0));

tf::Quaternionq;

q.setRPY(0,0,msg-theta);

transform.setRotation(q);

建立了一个tf::Transform实例，然后把turtle2D的pose信息转换成3D的信息。