ROS学习笔记8～TF坐标变换1

一、TF功能包

1、TF功能包简介

坐标变换是机器人系统中常用的基础功能，ROS中的坐标变换系统由TF功能包维护。

TF是一个让用户随时间跟踪多个坐标系的功能包，它使用树形数据结构，根据时间缓冲并维护多个坐标系之间的坐标变换关系，可以帮助开发者在任意时间、在坐标系间完成点、向量等坐标的变换。

TF可以在分布式系统中操作。也就是说，一个机器人系统中所有的坐标变换关系，对于所有的节点组件都是可用的，所有订阅TF消息的节点都会缓冲一份所有坐标系的变换关系数据，所以这种结构不需要中心服务器来存储任何数据。

2、TF功能包使用步骤：

(1) 监听TF变换

接收并缓存系统中发布的所有坐标变换数据，并从中查询所需要的坐标变换关系。

(2) 广播TF变换

向系统中广播坐标系之间的坐标变换关系。系统中可能会存在多个不同部分的TF变换广播，每个广播都可以直接将坐标变换关系插入TF树中，不需要再进行同步。

3、TF工具

(1) tf_monitor

tf_monitor工具的功能是打印TF树中所有坐标系的发布状态，也可以通过输入参数来查看指定坐标系之间的发布状态。

(2) tf_echo

tf_echo工具的功能是查看指定坐标系之间的变换关系。

(3) static_transform_publisher

static_transform_publisher工具的工能是发布两个坐标系之间的静态坐标变换，这两个坐标系不发生相对位置变化。

(4) view_frames

view_frames是可视化的调试工具，可以生成pdf文件，显示整颗TF树的信息。

二、乌龟例程中的TF

在乌龟仿真其中安装功能包 turtle_tf :

$ sudo apt-get install ros-kinetic-turtle-tf

安装完成后使用如下命令运行例程：

$  roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch

乌龟仿真器打开后会出现两只小乌龟，并且下方下方的小乌龟会自动向中心位置的的小乌龟移动，如下图：

打开键盘控制节点，控制中心位置的小乌龟运行：

$  rosrun turtlesim turtle_teleop_key   

另外一只乌龟总会跟着我们控制的那只乌龟运行，如下图：

使用TF工具查看一下这个例程中的TF树：

$ rosrun tf view_frames

得到结果如下图所示：
如上图所示：在当前系统中存在三个坐标系：world、 turte1、turtle2 。
world 是世界坐标系，作为系统的基础坐标系，其他坐标系都相对该坐标系建立，所以world 是TF树的根节点 。相对于world 世界坐标系，又分别针对两只乌龟建立了两个乌龟坐标系，这两个坐标系的原点就是乌龟在世界坐标系下的坐标位置。
要让 turtle2 跟随 turte1 运动，等价于 turtle2 坐标系需要向 turtle1 坐标系移动，就需要知道两个坐标系之间的坐标变换。
使用 tf_echo 工具在TF树中查找乌龟坐标系之间的变换关系：

$ rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2

乌龟坐标系之间的变换关系如下图所示：

也可以通过rviz 的图形界面更加形象地看到这三者之间的左边关系：

$  rosrun rviz rviz -d 'rospack find turtle_tf'/rviz/turtle_rviz.rviz

得到 turtle2 与 turte1 之间的坐标变换后，就可以计算两只小乌龟的角度和距离，即可控制 turtle2 向 turte1 移动了。