ROS中的坐標(biāo)系管理系統(tǒng)

機(jī)器人中的坐標(biāo)變換：實(shí)際上就是變換矩陣，分為旋轉(zhuǎn)和平移兩部分

TF功能包

• tf的作用是便捷的進(jìn)行坐標(biāo)變換
• 坐標(biāo)變換通過廣播TF變換和監(jiān)聽TF變換實(shí)現(xiàn)。

實(shí)例

• 安裝：sudo apt-get install ros-kinetic-turtle-tf
  這里注意和ROS及Ubuntu版本一致，否則會(huì)無法定位軟件包
• roslaunch 啟動(dòng)文件
  roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch
  會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)海龜，改變一個(gè)位置，另一個(gè)也會(huì)跟著變，其中就用了tf包
• rosrun turtlesim turtle_teleop_key
• rosrun tf view_frames
  可以看到實(shí)例三個(gè)坐標(biāo)系之間的關(guān)系
• rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2
  可以看到兩個(gè)海龜之間的變換矩陣
• 可視化工具：rosrun rviz rviz-d rospack find turtle_tf /rviz/turtle_tviz.rviz

創(chuàng)建tf廣播器與監(jiān)聽器

這一節(jié)的目的是實(shí)現(xiàn)上一節(jié)中一個(gè)海龜改變位置，另一個(gè)也跟著改變的效果

創(chuàng)建功能包

catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim

創(chuàng)建tf廣播器代碼

實(shí)現(xiàn)一個(gè)tf廣播器步驟：

• 定義TF廣播器
• 創(chuàng)建坐標(biāo)變換值
• 發(fā)布坐標(biāo)變換

/**
 * 該例程產(chǎn)生tf數(shù)據(jù)，并計(jì)算、發(fā)布turtle2的速度指令
 */

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <turtlesim/Pose.h>

std::string turtle_name;

void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg)
{
    // 創(chuàng)建tf的廣播器
    static tf::TransformBroadcaster br;

    // 初始化tf數(shù)據(jù)
    tf::Transform transform;
    transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) );//平移
    tf::Quaternion q;
    q.setRPY(0, 0, msg->theta);//旋轉(zhuǎn)
    transform.setRotation(q);

    // 廣播world與海龜坐標(biāo)系之間的tf數(shù)據(jù)
    br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));
}

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

    // 輸入?yún)?shù)作為海龜?shù)拿?    if (argc != 2)
    {
        ROS_ERROR("need turtle name as argument"); 
        return -1;
    }

    turtle_name = argv[1];

    // 訂閱海龜?shù)奈蛔嗽掝}
    ros::NodeHandle node;
    ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback);

    // 循環(huán)等待回調(diào)函數(shù)
    ros::spin();

    return 0;
};

定義海龜?shù)奈蛔嗽掝}，在回調(diào)函數(shù)中廣播world與海龜坐標(biāo)系的關(guān)系

創(chuàng)建tf監(jiān)聽器

實(shí)現(xiàn)tf監(jiān)聽器步驟：

• 定義tf監(jiān)聽器
• 查找坐標(biāo)變換

/**
 * 該例程監(jiān)聽tf數(shù)據(jù)，并計(jì)算、發(fā)布turtle2的速度指令
 */

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_listener.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
#include <turtlesim/Spawn.h>

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

    // 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)句柄
    ros::NodeHandle node;

    // 請(qǐng)求產(chǎn)生turtle2
    ros::service::waitForService("/spawn");
    ros::ServiceClient add_turtle = node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn");
    turtlesim::Spawn srv;
    add_turtle.call(srv);

    // 創(chuàng)建發(fā)布turtle2速度控制指令的發(fā)布者
    ros::Publisher turtle_vel = node.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle2/cmd_vel", 10);

    // 創(chuàng)建tf的監(jiān)聽器
    tf::TransformListener listener;

    ros::Rate rate(10.0);
    while (node.ok())
    {
        // 獲取turtle1與turtle2坐標(biāo)系之間的tf數(shù)據(jù)
        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;
        }

        // 根據(jù)turtle1與turtle2坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系，發(fā)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;
};

這里請(qǐng)求產(chǎn)生第二個(gè)海龜turtle2，監(jiān)聽器一直獲取turtle1和turtle2坐標(biāo)系之間的關(guān)系，根據(jù)坐標(biāo)系之間的關(guān)系發(fā)布turtle2的速度控制指令，使turtle2跟隨著turtle1運(yùn)動(dòng)

修改CMakeLists.txt

• 設(shè)置需要編譯的代碼和生成的可執(zhí)行文件
• 設(shè)置鏈接庫

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})

編譯并運(yùn)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
這里通過__name:turtle1_tf_broadcaster修改了代碼中的默認(rèn)名字，使可以同時(shí)調(diào)用一個(gè)程序兩次