目录
- 一、TF坐标变换背景
- 二、概念
- 三、静态坐标变换
- 3.1概念
- 3.2实际用例
- 3.2.1分析
- 3.2.2流程
- 3.2.3C++实现
一、TF坐标变换背景
机器人系统上，有多个传感器，如激光雷达、摄像头等，有的传感器是可以感知机器人周边的物体方位(或者称之为:坐标，横向、纵向、高度的距离信息)的，以协助机器人定位障碍物，可以直接将物体相对该传感器的方位信息，等价于物体相对于机器人系统或机器人其它组件的方位信息吗？显示是不行的，这中间需要一个转换过程。如：
雷达与小车
现有一移动式机器人底盘，在底盘上安装了一雷达，雷达相对于底盘的偏移量已知，现雷达检测到一障碍物信息，获取到坐标分别为(x,y,z)，该坐标是以雷达为参考系的，如何将这个坐标转换成以小车为参考系的坐标呢？
现有一带机械臂的机器人(比如:PR2)需要夹取目标物，当前机器人头部摄像头可以探测到目标物的坐标(x,y,z)，不过该坐标是以摄像头为参考系的，而实际操作目标物的是机械臂的夹具，当前我们需要将该坐标转换成相对于机械臂夹具的坐标，这个过程如何实现？
在 ROS 中直接封装了相关的模块: 坐标变换(TF)。
二、概念
TF：TransForm Frame,坐标变换
坐标系：ROS 中是通过坐标系统开标定物体的，确切的将是通过右手坐标系来标定的。
作用
在 ROS 中用于实现不同坐标系之间的点或向量的转换。
三、静态坐标变换
3.1概念
指两个坐标系之间的相对位置是固定的。
3.2实际用例
现有一机器人模型，核心构成包含主体与雷达，各对应一坐标系，坐标系的原点分别位于主体与雷达的物理中心，已知雷达原点相对于主体原点位移关系如下: x 0.2 y0.0 z0.5。当前雷达检测到一障碍物，在雷达坐标系中障碍物的坐标为 (2.0 3.0 5.0),请问，该障碍物相对于主体的坐标是多少？
3.2.1分析
坐标系相对关系，可以通过发布方发布
订阅方，订阅到发布的坐标系相对关系，再传入坐标点信息(可以写死)，然后借助于 tf 实现坐标变换，并将结果输出
3.2.2流程
新建功能包，添加依赖
编写发布方实现
编写订阅方实现
执行并查看结果
3.2.3C++实现
1.创建功能包
创建项目功能包依赖于 tf2、tf2_ros、tf2_geometry_msgs、roscpp rospy std_msgs geometry_msgs
2.发布方
/*
静态坐标变换发布方:
发布关于 laser 坐标系的位置信息
实现流程:
1.包含头文件
2.初始化 ROS 节点
3.创建静态坐标转换广播器
4.创建坐标系信息
5.广播器发布坐标系信息
6.spin()
*/
// 1.包含头文件
#include "ros/ros.h"
#include "tf2_ros/static_transform_broadcaster.h"
#include "geometry_msgs/TransformStamped.h"
#include "tf2/LinearMath/Quaternion.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
// 2.初始化 ROS 节点
ros::init(argc,argv,"static_pub");
// 3.创建发布对象
tf2_ros::StaticTransformBroadcaster pub;
// 4.创建坐标系信息
geometry_msgs::TransformStamped ts;
//----设置头信息
ts.header.seq = 100;
ts.header.stamp = ros::Time::now();
ts.header.frame_id = "base_link";
//----设置子级坐标系
ts.child_frame_id = "laser";
//----设置子级相对于父级的偏移量
ts.transform.translation.x = 0.2;
ts.transform.translation.y = 0.0;
ts.transform.translation.z = 0.5;
//----设置四元数:将 欧拉角数据转换成四元数
tf2::Quaternion qtn;
qtn.setRPY(0,0,0);
ts.transform.rotation.x = qtn.getX();
ts.transform.rotation.y = qtn.getY();
ts.transform.rotation.z = qtn.getZ();
ts.transform.rotation.w = qtn.getW();
// 5.广播器发布坐标系信息
pub.sendTransform(ts);
ros::spin();
return 0;
}
3.订阅方
/*
订阅坐标系信息，生成一个相对于 子级坐标系的坐标点数据，转换成父级坐标系中的坐标点
实现流程:
1.包含头文件
2.初始化 ROS 节点
3.创建 TF 订阅节点
4.生成一个坐标点(相对于子级坐标系)
5.转换坐标点(相对于父级坐标系)
6.spin()
*/
//1.包含头文件
#include "ros/ros.h"
#include "tf2_ros/transform_listener.h"
#include "tf2_ros/buffer.h"
#include "geometry_msgs/PointStamped.h"
#include "tf2_geometry_msgs/tf2_geometry_msgs.h" //注意: 调用 transform 必须包含该头文件
int main(int argc, char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
// 2.初始化 ROS 节点
ros::init(argc,argv,"static_sub");
ros::NodeHandle nh;
// 3.创建 TF 订阅节点
tf2_ros::Buffer buffer;//缓存
tf2_ros::TransformListener listener(buffer);//监听对象
ros::Rate rate(1);
while (ros::ok())
{
// 4.生成一个坐标点(相对于子级坐标系)
geometry_msgs::PointStamped point_laser;
point_laser.header.frame_id = "laser";
point_laser.header.stamp = ros::Time::now();
point_laser.point.x = 2.0;
point_laser.point.y = 3.0;
point_laser.point.z = 5.0;
ros::Duration(2).sleep();
// 5.转换坐标点(相对于父级坐标系)
//新建一个坐标点，用于接收转换结果
//--------------使用 try 语句或休眠，否则可能由于缓存接收延迟而导致坐标转换失败------------------------
try
{
geometry_msgs::PointStamped point_base;
point_base = buffer.transform(point_laser,"base_link");
ROS_INFO("转换后的数据:(%.2f,%.2f,%.2f),参考的坐标系是:",point_base.point.x,point_base.point.y,point_base.point.z,point_base.header.frame_id.c_str());
}
catch(const std::exception& e)
{
// std::cerr << e.what() << '\n';
ROS_INFO("程序异常.....");
}
rate.sleep();
ros::spinOnce();
}
return 0;
}
4.执行
参考视屏：赵虚左ros入门
