ROS tf基礎使用知識

博客參考：https://www.ncnynl.com/archives/201702/1306.html

ROS與C++入門教程-tf-坐標變換

說明：

• 介紹在c++實現TF的坐標變換

概念：

• Coodinate Frames （坐標框架，坐標系）
• Transforms (變換)
• TF

參考：

• TF中的幾何對象表示的TF類型，這是相當於相應的bullet類型；見TF數據類型。
• Bullet類參考transforms和quaternions

Frames and Points

• Frame是坐標系統，在ROS里都是以3D形式存在，右手原則，X向前，Y向左，Z向上.
• Points在坐標系以tf::Point形式表達，等同與bullet類型的btVector3。
• 在坐標系W里，坐標的點p，可以用：Wp

其余參考原文：http://wiki.ros.org/tf/Overview/Transformations

 

ROS與C++入門教程-tf-廣播變換

說明：

• 介紹如何在roscpp的節點廣播變換關系。

廣播變換：

• 在節點里廣播變換，推薦使用tf::TransformBroadcaster.

構造器

• 無參數構造器：

tf::TransformBroadcaster();

發送變換

• 發送變換通過調用sendTransform()函數實現，傳遞StampedTransform或geometry_msgs::TransformStamped為參數
• 示例代碼：

void sendTransform(const StampedTransform & transform);
void sendTransform(const geometry_msgs::TransformStamped & transform);

 

ROS與C++入門教程-tf-使用已發布的變換

說明：

• 介紹roscpp節點獲取和使用TF的變換。

TransformListener

• 通過調用 tf::TransformListener類來處理變換，它繼承自tf::Transformer。

核心方法

（1）構造函數

• 示例代碼：

 

TransformListener(const ros::NodeHandle &nh, ros::Duration max_cache_time=ros::Duration(DEFAULT_CACHE_TIME), bool spin_thread=true)
TransformListener(ros::Duration max_cache_time=ros::Duration(DEFAULT_CACHE_TIME), bool spin_thread=true)

 

（2）輔助方法

• 示例代碼：

std::string tf::TransformListener::resolve (const std::string &frame_id)

• 結合tf_prefix獲取解析的frame_id，查閱geometry/CoordinateFrameConventions.

（3）canTransform()函數

• 返回bool ，判斷能否實現變換。不會拋出異常，如果出錯，會返回error_msg的內容。
• 基本API：

bool tf::TransformListener::canTransform (const std::string &target_frame, const std::string &source_frame, const ros::Time &time, std::string *error_msg=NULL) const 

• 檢查在時間time，source_frame能否變換到target_frame。
• 高級API:

bool tf::TransformListener::canTransform (const std::string &target_frame, const ros::Time &target_time, const std::string &source_frame, const ros::Time &source_time, const std::string &fixed_frame, std::string *error_msg=NULL) const 

• 檢查在時間source_time，source_frame能否變換到fixed_frame，那么再實現在target_time變換到target_frame。

（4）waitForTransform()函數

• 返回bool值，評估變換是否有效。
• 基本API：

bool tf::TransformListener::waitForTransform (const std::string &target_frame, const std::string &source_frame, const ros::Time &time, const ros::Duration &timeout, 
const ros::Duration &polling_sleep_duration=ros::Duration(0.01), std::string *error_msg=NULL) const 

• 檢查在時間time， source_frame能否變換到target_frame
• 它將休眠並重試每個polling_duration，直到超時的持續時間已經過去。 它不會拋出異常。 在一個錯誤的情況下，如果你傳遞一個非NULL字符串指針，它會填充字符串error_msg。 （注意：這需要大量的資源來生成錯誤消息。）
• 高級API

bool tf::TransformListener::waitForTransform (const std::string &target_frame, const ros::Time &target_time, const std::string &source_frame, const ros::Time &source_time, 
const std::string &fixed_frame, const ros::Duration &timeout, const ros::Duration &polling_sleep_duration=ros::Duration(0.01), std::string *error_msg=NULL) const 

• 測試在source_time時間，source_frame能否變換到fixed_frame，那么在target_time，變換到target_frame。

（5）lookupTransform

• lookupTransform()是一個更底層的方法用於返回兩個坐標系的變換。

• 這個方法是 tf庫的核心方法。大部分transform的方法都是終端用戶使用，而這個方法設計在transform()方法內使用的。

• 返回的變換的方向將從target_frame到source_frame。 如果應用於數據，將把source_frame中的數據轉換為target_frame。查閱geometry/CoordinateFrameConventions#Transform_Direction

• 這個方法會拋出TF的異常

• 基本API：

void tf::TransformListener::lookupTransform (const std::string &target_frame, const std::string &source_frame, const ros::Time &time, StampedTransform &transform) const 

• 在時間time上使用從source_frame到target_frame的變換填充transform
• 高級API：

void tf::TransformListener::lookupTransform (const std::string &target_frame, const ros::Time &target_time, const std::string &source_frame, const ros::Time &source_time,
 const std::string &fixed_frame, StampedTransform &transform) const 

• 在source_time使用從source_frame到fixed_frame的變換填充transform，在target_time從fixed_frame到target_frame的鏈接變換。

transformDATA 方法

• tf::TransformListener類的主要目的是在坐標系間進行變換數據。
• 支持的數據類型：

C++ Method Name	Python Method Name	Full Datatype
transformQuaternion()	none	tf::Stamped<tf::Quaternion>
transformVector()	none	tf::Stamped<tf::Vector3>
transformPoint()	none	tf::Stamped<tf::Point>
transformPose()	none	tf::Stamped<tf::Pose>
transformQuaternion()	transformQuaternion()	geometry_msgs/QuaternionStamped
transformVector()	transformVector3()	geometry_msgs/Vector3Stamped
transformPoint()	transformPoint()	geometry_msgs/PointStamped
transformPose()	transformPose()	geometry_msgs/PoseStamped
transformPointCloud()	transformPointCloud()	sensor_msgs/PointCloud

• 基本API：

void tf::TransformListener::transformDATATYPE (const std::string &target_frame, const geometry_msgs::DATATYPEStamped &stamped_in, geometry_msgs::DATATYPEStamped &stamped_out) const 

• 將數據stamped_in轉換為target_frame，使用標記的數據類型中的frame_id和stamp作為源。
• 高級API：

void tf::TransformListener::transformDATATYPE (const std::string &target_frame, const ros::Time &target_time, const geometry_msgs::DATATYPEStamped &pin, 
const std::string &fixed_frame, geometry_msgs::DATATYPEStamped &pout) const 

• 將數據stamped_in轉換為fixed_frame。 使用標記數據類型中的frame_id和stamp作為源。 然后在target_time從fixed_frame變換到target_frame。

 

ROS與C++入門教程-tf-異常

說明：

• 介紹roscpp的tf的異常類型及作用

TF異常

• 所有在TF里異常繼承自tf::TransformException，它繼承自std::runtime_error。

異常類型：

• 異常類：tf::ConnectivityException
• 作用：如果由於兩個坐標系ID不在同一個連接的樹中而無法完成請求，則拋出。
• 異常類：tf::ExtrapolationException
• 作用：如果請求的坐標系id之間存在連接，但一個或多個變換已過期，則拋出。
• 異常類：tf::InvalidArgument
• 作用：如果參數無效則拋出。 最常見的情況是非規范化的四元數。
• 異常類：tf::LookupException
• 作用：如果引用了未發布的坐標系ID，則拋出。