ROS常用组件工具

一、Launch启动文件

创建一个learning_launch功能包，在其中新建launch文件，分别完成第3讲三道题的启动和测试，将每道题目中使用的所有rosrun命令替换为一个roslaunch命令。

解：
创建了turtlesim_communication功能包和1.launch文件，其中1.launch代码如下：

<launch>
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtlesim_node" />
    <node pkg="turtlesim_communication" type="turtle_subscriber" name="subscriber" output="screen"/> 
    <node pkg="turtlesim_communication" type="turtle_publisher" name="publisher" args="turtle1"/> 
</launch>

最后的运行命令如下：

roscd turtlesim_communication
roslaunch launch/1.launch

二、仿真工具

gazebo是一个三维动态物理仿真平台，具备强大的物理引擎、高质量的图形渲染、方便的编程与图形接口，最重要的是其开源免费的特性。gazebo中的机器人模型与rviz使用的模型相同，但是需要在模型中加入机器人和周围环境的物理属性，例如质量、摩擦系数、弹性系数等。机器人的传感器信息也可以通过插件的形式加入仿真环境，以可视化的方式进行显示。

下载gazebo离线模型库，并放置在指定位置，成功运行gazebo后，在界面中添加模型进行测试。
建议：为保证模型顺利加载，请提前将模型文件库下载并放置在 ~/.gazebo/models下

三、ROS机器人的tf变换

1. ROS的TF功能包

TF功能包，可以通过广播TF变换和监听TF变换获取如下坐标变换关系：

• 机器人局部坐标系相对于全局坐标系的关系。
• 机器人夹取的物体相对于机器人中心坐标系的位置.
• 机器人中心坐标系相对于全局坐标系的位置。
  

2. TF坐标变换

已知激光雷达和机器人底盘的坐标关系，广播并监听机器人的坐标变换，求解激光雷达数据在底盘坐标系下的坐标值。

2.1 TF广播器

首先定义TF 广播器(TransformBroadcaster),

// 创建tf的广播器
static tf::TransformBroadcaster br;

接着创建坐标变换值(transform)，比如在这里的变换关系中，没有旋转变换，只有平移变换，所以四元数Quaternion可以为(0,0,0,1)，而位移向量则Vector3是(0.1, 0.0, 0.2)，位移的单位是米。

// 初始化tf数据
tf::Transform transform;
transform.setOrigin( tf::Vector3(0.1, 0.0, 0.2) );
transform.setRotation( tf::Quaternion(0,0,0,1) );

最后发布坐标变换(sendTransform)

// 广播base_link与base_laser坐标系之间的tf数据
br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "base_link", "base_laser"));

完整代码如下，

/**
 * 该例程产生tf数据，并计算、发布base_laser的位置指令
 */

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


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

	// 订阅base_link的位置话题
	ros::NodeHandle node;

	// 创建tf的广播器
	static tf::TransformBroadcaster br;

	while(node.ok()){
		// 初始化tf数据
		tf::Transform transform;
		transform.setOrigin( tf::Vector3(0.1, 0.0, 0.2) );
		transform.setRotation( tf::Quaternion(0,0,0,1) );

		// 广播base_link与base_laser坐标系之间的tf数据
		br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "base_link", "base_laser"));
	}
	return 0;
};

2.2 TF监听器

首先定义一个TF监听器(TransformListener)

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

获取TF变换后进行坐标系变化，此时我们可以设置检测到的base_laser(laser_point)为(0.3, 0.0, 0.0)，然后就该检测信息，通过transformPoint转换到base_link(base_point)上的点。

geometry_msgs::PointStamped base_point;
listener.transformPoint("base_link", laser_point, base_point);

完成代码如下：

/**
 * 该例程监听tf数据，并计算、发布base_laser的位置指令
 */

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_listener.h>
#include <geometry_msgs/PointStamped.h>

int main(int argc, char** argv){

	// 初始化ROS节点
	ros::init(argc, argv, "robot_tf_listener");

    // 创建节点句柄
	ros::NodeHandle node;

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

	ros::Rate rate(10.0);
	while (node.ok()){

		//我们将在base_laser帧中创建一个要转换为base_link帧的点
		geometry_msgs::PointStamped laser_point;
		laser_point.header.frame_id = "base_laser";
		
		//我们将在我们的简单示例中使用最近可用的转换
		laser_point.header.stamp = ros::Time();
		
		//laser_point检测点获取
		laser_point.point.x = 0.3;
		laser_point.point.y = 0.0;
		laser_point.point.z = 0.0;
		
		try{
			// 等待获取监听信息base_link和base_laser
			listener.waitForTransform("base_link", "base_laser", ros::Time(0), ros::Duration(3.0));
	
			geometry_msgs::PointStamped base_point;
			listener.transformPoint("base_link", laser_point, base_point);

			ROS_INFO("base_laser: (%.2f, %.2f. %.2f) -----> base_link: (%.2f, %.2f, %.2f) at time %.2f",
				laser_point.point.x, laser_point.point.y, laser_point.point.z,
				base_point.point.x, base_point.point.y, base_point.point.z, base_point.header.stamp.toSec());
		}
		catch(tf::TransformException& ex){
			ROS_ERROR("Received an exception trying to transform a point from \"base_laser\" to \"base_link\": %s", ex.what());
		}

		rate.sleep();
	}

	return 0;
};

3. 运行结果

启动两个节点时，就可以在监听处获得base_laser和base_link的坐标关系了。
说明的是检测物体为世界坐标系，base_laser和base_link是局部坐标系。

[ INFO] [1565335443.030506273]: base_laser: (0.30, 0.00. 0.00) -----> base_link: (0.40, 0.00, 0.20) at time 1565335443.00