ROS TF——learning tf

        在機器人的控制中，坐標系統是非常重要的，在ROS使用tf軟件庫進行坐標轉換。

        相關鏈接：http://www.ros.org/wiki/tf/Tutorials#Learning_tf

一、tf簡介

        我們通過一個小小的實例來介紹tf的作用。

1、安裝turtle包

    $ rosdep install turtle_tf rviz  
    $ rosmake turtle_tf rviz  

 

2、運行demo

        運行簡單的demo：

$ roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch  

 

        然后就會看到兩只小烏龜了。

        該例程中帶有turtlesim仿真，可以在終端激活的情況下進行鍵盤控制。

        可以發現，第二只烏龜會跟隨你移動的烏龜進行移動。

3、demo分析

        接下來我們就來看一看到底ROS做了什么事情。
        這個例程使用tf建立了三個參考系：a world frame, a turtle1 frame, and a turtle2 frame。然后使用tf broadcaster發布烏龜的參考系，並且使用tf listener計算烏龜參考系之間的差異，使得第二只烏龜跟隨第一只烏龜。
        我們可以使用tf工具來具體研究。

 

$ rosrun tf view_frames  

 

        然后會看到一些提示，並且生成了一個frames.pdf文件。

        該文件描述了參考系之間的聯系。三個節點分別是三個參考系，而/world是其他兩個烏龜參考系的父參考系。還包含一些調試需要的發送頻率、最近時間等信息。
        tf還提供了一個tf_echo工具來查看兩個廣播參考系之間的關系。我們可以看一下第二只得烏龜坐標是怎么根據第一只烏龜得出來的。

$ rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2

        控制一只烏龜，在終端中會看到第二只烏龜的坐標轉換關系。

        我們也可以通過rviz的圖形界面更加形象的看到這三者之間的關系。

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

 

        移動烏龜，可以看到在rviz中的坐標會跟隨變化。其中左下角的是/world，其他兩個是烏龜的參考系。
       下面我們就來詳細分析這個實例。

二、Writing a tf broadcaster

1、創建包

 

cd catkin_ws/src/
catkin_create_pkg learning_tf tf roscpp rospy turtlesim

 

 

 

建立你的新包roscd之前:

 $ cd ~/catkin_ws
 $ catkin_make
 $ source ./devel/setup.bash

 

我們首先創建源文件。 我們剛剛創建的包:

 $ roscd learning_tf

 

去 src / 文件夾並打開你最喜歡的編輯器,將下面的代碼粘貼到一個新文件 src / turtle_tf_broadcaster.cpp 。

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

std::string turtle_name;



void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg){
  static tf::TransformBroadcaster br;
  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);
  br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));
}

int main(int argc, char** argv){
  ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster");
  if (argc != 2){ROS_ERROR("need turtle name as argument"); return -1;};
  turtle_name = argv[1];

  ros::NodeHandle node;
  ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback);

  ros::spin();
  return 0;
};

現在我們創建代碼,允許編譯它。 打開 CMakeLists.txt 底部文件,並添加以下行:

add_executable(turtle_tf_broadcaster src/turtle_tf_broadcaster.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_broadcaster ${catkin_LIBRARIES})

 

Build your package; at the top folder of your catkin workspace:

 $ catkin_make

 

    創建launch文件start_demo.launch：

  <launch>
    <!-- Turtlesim Node-->
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="sim"/>

    <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="teleop" output="screen"/>
    <!-- Axes -->
    <param name="scale_linear" value="2" type="double"/>
    <param name="scale_angular" value="2" type="double"/>

    <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" />

  </launch>

 

        運行：

$ roslaunch learning_tf start_demo.launch  

 

 

      可以看到界面中只有移植烏龜了，打開tf_echo的信息窗口：

$ rosrun tf tf_echo /world /turtle1  

 

 

    world參考系的原點在最下角，對於turtle1的轉換關系，其實就是turtle1在world參考系中所在的坐標位置以及旋轉角度。

 

三、Writing a tf listener

             這一步，我們將看到如何使用tf進行參考系轉換。首先寫一個tf listener(turtle_tf_listener.cpp)

. The turtlesim/Velocity.h header is not used anymore(再也不), it has been replaced by geometry_msgs/Twist.h. Furthermore(此外), the topic /turtle/command_velocity is now called /turtle/cmd_vel. In light of this, a few changes are necessary to make it work:

 

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

int main(int argc, char** argv){
  ros::init(argc, argv, "my_tf_listener");

  ros::NodeHandle node;

  ros::service::waitForService("spawn");
  ros::ServiceClient add_turtle =
    node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("spawn");
  turtlesim::Spawn srv;
  add_turtle.call(srv);

  ros::Publisher turtle_vel =
    node.advertise<geometry_msgs::Twist>("turtle2/cmd_vel", 10);

  tf::TransformListener listener;

  ros::Rate rate(10.0);
  while (node.ok()){
    tf::StampedTransform transform;
    try{
      listener.lookupTransform("/turtle2", "/turtle1",
                               ros::Time(0), transform);
    }
    catch (tf::TransformException &ex) {
      ROS_ERROR("%s",ex.what());
      ros::Duration(1.0).sleep();
      continue;
    }

    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;
};

 

 

 

修改 CMakeLists.txt

gedit CMakeLists.txt

 

 

 

add_executable(turtle_tf_listener src/turtle_tf_listener.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_listener ${catkin_LIBRARIES})

 

 

Build your package; at the top folder of your catkin workspace:

 $ catkin_make

 

修改    launch文件start_demo.launch添加：

 

  <launch>
    ...
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_listener"
          name="listener" />
  </launch>

 

    然后在運行：

 

$ roslaunch learning_tf start_demo.launch  

 

 

就可以看到兩只turtle了，也就是我們在最開始見到的那種跟隨效果。

 

 

四、Adding a frame

 

        在很多應用中，添加一個參考系是很有必要的，比如在一個world參考系下，有很一個激光掃描節點，tf可以幫助我們將激光掃描的信息坐標裝換成全局坐標。

 

1、tf消息結構

 

        tf中的信息是一個樹狀的結構，world參考系是最頂端的父參考系，其他的參考系都需要向下延伸。如果我們在上文的基礎上添加一個參考系，就需要讓這個新的參考系成為已有三個參考系中的一個的子參考系。

 

 

 

2、建立固定參考系（fixed frame）

 

        我們以turtle1作為父參考系，建立一個新的參考系“carrot1”。

 

frame_tf_broadcaster.cpp.

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

int main(int argc, char** argv){
  ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster");
  ros::NodeHandle node;

  tf::TransformBroadcaster br;
  tf::Transform transform;

  ros::Rate rate(10.0);
  while (node.ok()){
    transform.setOrigin( tf::Vector3(0.0, 2.0, 0.0) );
    transform.setRotation( tf::Quaternion(0, 0, 0, 1) );
    br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "turtle1", "carrot1"));
    rate.sleep();
  }
  return 0;
};

 

修改 CMakeLists.txt

gedit CMakeLists.txt

add_executable(frame_tf_broadcaster src/frame_tf_broadcaster.cpp)
target_link_libraries(frame_tf_broadcaster ${catkin_LIBRARIES})

 

 

Build your package; at the top folder of your catkin workspace:

 $ catkin_make

 

 

 

修改    launch文件start_demo.launch添加：

 

  <launch>
    ...
    <node pkg="learning_tf" type="frame_tf_broadcaster"
          name="broadcaster_frame" />
  </launch>

    然后在運行：

 

$ roslaunch learning_tf start_demo.launch  

 發現效果跟以前一樣

     Open the src/turtle_tf_listener.cpp file, and simple replace "/turtle1" with "/carrot1" in lines 26-27:

 

  listener.lookupTransform("/turtle2", "/carrot1",
                           ros::Time(0), transform);

 

 重新編譯

 

 

Build your package; at the top folder of your catkin workspace:

 $ catkin_make

 

 

 

 

ERROR: cannot launch node of type [learning_tf/turtle_tf_broadcaster]: can't locate node [turtle_tf_broadcaster] in package [learning_tf]
ERROR: cannot launch node of type [learning_tf/turtle_tf_broadcaster]: can't locate node [turtle_tf_broadcaster] in package [learning_tf]
ERROR: cannot launch node of type [learning_tf/turtle_tf_listener]: can't locate node [turtle_tf_listener] in package [learning_tf]
ERROR: cannot launch node of type [learning_tf/frame_tf_broadcaster]: can't locate node [frame_tf_broadcaster] in package [learning_tf]

解決辦法：

executing the command "source devel/setup.sh" in the catkin workplace before running the launch file. (I always forget to run it....)
http://answers.ros.org/question/74608/tf-tutorialcannot-launch-node-of-type/