ROS回顾与整理《四、ROS中坐标系管理、广播、监听(编程)》

　　这门课学习，时隔三年，哈哈哈，我也没想到，不多说，开鲁。

一、TF功能包

　　机器人本体上，坐标系可能很多，例如T1到T10，仿射了10次，手动计算比较麻烦，但是可以通过TF直接查询。

 

 　　如下图，base_laser检测到障碍物P的位置t(0.3, 0, 0)，咱们通过TF可以自动计算P在base_link坐标系下的位置。

二、坐标系的广播与监听

创建功能包：
catkin_creat_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim
创建tf广播器：
定义tf广播器
创建坐标变换值;
发布坐标变换

/**
 * 该例程产生tf数据，并计算、发布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)
{
    // 创建tf的广播器
    static tf::TransformBroadcaster br;

    // 初始化tf数据
    //定义存放转换信息（平动，转动）的变量

    //设置坐标原点
    //（1）setOrigin()函数的参数类型需要为tf::Vector3类型
    //（2）假设是要发布一个子坐标系为”turtle1”父坐标系为“world”，
    //    那么其中(msg->x,msg->y,0.0)是指“turtle1”的坐标原点
    //    在“world”坐标系下的坐标。 
    tf::Transform transform;
    transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) );

    //setRPY()函数的参数为”turtle1”在“world”坐标系下的
    //roll(绕X轴)，pitch(绕Y轴)，yaw(绕Z轴) 
    tf::Quaternion q;
    q.setRPY(0, 0, msg->theta);
    transform.setRotation(q);

    // 广播world与海龟坐标系之间的tf数据
    br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));
}

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

    // 输入参数作为海龟的名字
    if (argc != 2)
    {
        ROS_ERROR("need turtle name as argument"); 
        return -1;
    }

    turtle_name = argv[1];

    // 订阅海龟的位姿话题
    ros::NodeHandle node;
    ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback);

    // 循环等待回调函数
    ros::spin();

    return 0;
};

创建tf监听器：

/**
 * 该例程监听tf数据，并计算、发布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节点
    ros::init(argc, argv, "my_tf_listener");

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle node;

    // 请求产生turtle2
    ros::service::waitForService("/spawn");
    ros::ServiceClient add_turtle = node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn");
    turtlesim::Spawn srv;
    add_turtle.call(srv);

    // 创建发布turtle2速度控制指令的发布者
    ros::Publisher turtle_vel = node.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle2/cmd_vel", 10);

    // 创建tf的监听器
    tf::TransformListener listener;

    ros::Rate rate(10.0);
    while (node.ok())
    {
        // 获取turtle1与turtle2坐标系之间的tf数据
        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;
        }

        // 根据turtle1与turtle2坐标系之间的位置关系，发布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;
};

　　其中lookupTransform:
a.得到从“/turtle1”到“/turtle2”(from “turtle1” to “/turtle2”)的变换，在实际中使用时，转换得出的坐标是在“/turtle2”坐标系下的。
b.不可以把ros::Time(0)改成ros::time::now()，因为监听做不到实时，会有几毫秒的延迟。ros::Time(0)指最近时刻存储的数据，ros::time::now()则指当下，如果非要使用ros::time::now,则需要结合waitForTransform()使用。
c.使用waitForTransform进行等待，在duration时间内直到需要获取的transform是可用的。

修改CMakeLists.txt

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})

编译运行（每个窗口都要source一下窗口）：

catkin_make
roscore
rosrun turtlesim turtlesin_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

Note：上面同一个节点运行了两次(两只乌龟嘛)，会有节点名称冲突，所以采用__name：方式修改节点名称，可以避免冲突。