ubuntu 14.04 indigo版本

轉摘自：http://www.guyuehome.com/265

一、tf簡介

1、安裝turtle包

1 rosdep install turtle_tf rviz
2 rosmake turtle_tf rviz

2、運行demo

 roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch 

程序帶turtlesim仿真，直接在終端進行鍵盤控制，可以看到兩只小烏龜運行了。

3、demo分析

上例中使用tf建立了三個參考系：a world frame,a turtle1 frame, aturtle2 frame.

然後，使用tf broadcaster發布烏龜的參考系，使用tf listener計算烏龜參考系之間的差異，使用第二只烏龜跟隨第一只烏龜。

使用tf工具來具體研究：

rosrun tf view_frames

可以看到生成了一個frames.pdf文件：

該文件描述了參考系之間的關系，三個節點分別是三個參考系，而/word是其他兩個烏龜參考系的父參考系。還包含一些調試需要的發送頻率、最近時間等信息。

tf提供了一個tf_echo工具來查看兩個廣播參考系之間的關系。第二只烏龜坐標如何根據第一只烏龜得出來。

rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2　　

控制一只烏龜，在終端中會看到第二只烏龜的坐標轉換關系

我們也可以通過rviz的圖形界面更加形象的看到這三者之間的關系。

rosrun rviz rviz -d `rospack find turtle_tf`/rviz/turtle_rviz.rviz　　

移動烏龜，可以看到在rviz中的坐標會跟隨變化。其中左下角的是/world，其他兩個是烏龜的參考系。

二、Writing a tf broadcaster

1、創建一個包

在catkin_ws/src下，創建一個learning_tf包

1 cd ~/catkin_ws/src
2 catkin_create_pkg learning_tf tf roscpp roscp turtlesim
 
3 cd ..
4 catkin_make

2、broadcast transforms

首先看下如何把參考系發布到tf。代碼文件：

/nodes/turtle_tf_broadcaster.py

 1 #!/usr/bin/env python    
 2 import roslib  
 3 roslib.load_manifest(‘learning_tf‘)  
 4 import rospy  
 5  
 6  
 7 import tf  
 8 import turtlesim.msg  
 9  
10  
11 def handle_turtle_pose(msg, turtlename):  
12     br = tf.TransformBroadcaster()  
13     br.sendTransform((msg.x, msg.y, 0),  
14                      tf.transformations.quaternion_from_euler(0, 0, msg.theta),  
15                      rospy.Time.now(),  
16                      turtlename,  
17                      "world")  #發布烏龜的平移和翻轉  
18  
19  
20 if __name__ == ‘__main__‘:  
21     rospy.init_node(‘turtle_tf_broadcaster‘)  
22     turtlename = rospy.get_param(‘~turtle‘)   #獲取海龜的名字（turtle1，turtle2）  
23     rospy.Subscriber(‘/%s/pose‘ % turtlename,  
24                      turtlesim.msg.Pose,  
25                      handle_turtle_pose,  
26                      turtlename)   #訂閱 topic "turtleX/pose"  
27     rospy.spin()

創建launch文件start_demo.launch

 1 <launch>  
 2     <!-- Turtlesim Node-->  
 3     <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="sim"/>  
 4     <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="teleop" output="screen"/>  
 5  
 6  
 7     <node name="turtle1_tf_broadcaster" pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster.py" respawn="false" output="screen" >  
 8       <param name="turtle" type="string" value="turtle1" />  
 9     </node>  
10     <node name="turtle2_tf_broadcaster" pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster.py" respawn="false" output="screen" >  
11       <param name="turtle" type="string" value="turtle2" />   
12     </node>  
13  
14  
15   </launch>

運行start_demo.launch文件：

roslaunch learning_tf start_demo.launch

可以看到界面中只有移植烏龜了，打開tf_echo的信息窗口：

rosrun tf tf_echo /world /turtle1

註意，/world 與 /turtle1中間有空格。

world參考系的原點在最下角，對於turtle1的轉換關系，其實就是turtle1在world參考系中所在的坐標位置以及旋轉角度。

三、Writing a tf listener

如何使用tf進行參考系轉換。

先建一個listener（turtle_tf_listener.py）

 1 #!/usr/bin/env python    
 2 import roslib  
 3 roslib.load_manifest(‘learning_tf‘)  
 4 import rospy  
 5 import math  
 6 import tf  
 7 import turtlesim.msg  
 8 import turtlesim.srv  
 9  
10 if __name__ == ‘__main__‘:  
11     rospy.init_node(‘tf_turtle‘)  
12  
13     listener = tf.TransformListener() #TransformListener創建後就開始接受tf廣播信息，最多可以緩存10s  
14  
15     rospy.wait_for_service(‘spawn‘)  
16     spawner = rospy.ServiceProxy(‘spawn‘, turtlesim.srv.Spawn)  
17     spawner(4, 2, 0, ‘turtle2‘)  
18  
19     turtle_vel = rospy.Publisher(‘turtle2/command_velocity‘, turtlesim.msg.Velocity)  
20  
21     rate = rospy.Rate(10.0)  
22     while not rospy.is_shutdown():  
23         try:  
24             (trans,rot) = listener.lookupTransform(‘/turtle2‘, ‘/turtle1‘, rospy.Time(0))  
25         except (tf.LookupException, tf.ConnectivityException, tf.ExtrapolationException):  
26             continue  
27  
28         angular = 4 * math.atan2(trans[1], trans[0])  
29         linear = 0.5 * math.sqrt(trans[0] ** 2 + trans[1] ** 2)  
30         turtle_vel.publish(turtlesim.msg.Velocity(linear, angular))  
31  
32         rate.sleep()

在launch文件中添加下面的節點：

1 <launch>  
2     ...  
3     <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_listener.py"   
4           name="listener" />  
5 </launch>

然後在運行，就可以看到兩只turtle了，見到跟隨效果。

四、Adding a frame

在一個world參考系下，一個激光掃描點，tf可以幫助將激光的信息坐標轉換成全局坐標。

1、tf消息結構

tf中的信息是一個樹狀的結構，world參考系是最頂端的父參考系，其他的參考系都需要向下延伸。如果我們在上文的基礎上添加一個參考系，就需要讓這個新的參考系成為已有三個參考系中的一個的子參考系。

2、建立固定參考系（fixed frame）

我們以turtle1作為父參考系，建立一個新的參考系“carrot1”。代碼如下：fixed_tf_broadcaster.py

 1 #!/usr/bin/env python    
 2 import roslib  
 3 roslib.load_manifest(‘learning_tf‘)  
 4  
 5 import rospy  
 6 import tf  
 7  
 8 if __name__ == ‘__main__‘:  
 9     rospy.init_node(‘my_tf_broadcaster‘)  
10     br = tf.TransformBroadcaster()  
11     rate = rospy.Rate(10.0)  
12     while not rospy.is_shutdown():  
13         br.sendTransform((0.0, 2.0, 0.0),  
14                          (0.0, 0.0, 0.0, 1.0),  
15                          rospy.Time.now(),  
16                          "carrot1",  
17                          "turtle1") #建立一個新的參考系，父參考系為turtle1，並且距離父參考系2米  
18         rate.sleep()

在launch文件中添加節點：

1 <launch>  
2   ...  
3   <node pkg="learning_tf" type="fixed_tf_broadcaster.py"  
4         name="broadcaster_fixed" />  
5 </launch>

3、建立移動參考系（moving frame）

我們建立的新參考系是一個固定的參考系，在仿真過程中不會改變，如果我們要把carrot1參考系和turtle1參考系之間的關系設置可變的，可以修改代碼如下：

 1 #!/usr/bin/env python    
 2 import roslib  
 3 roslib.load_manifest(‘learning_tf‘)  
 4  
 5 import rospy  
 6 import tf  
 7 import math  
 8  
 9 if __name__ == ‘__main__‘:  
10     rospy.init_node(‘my_tf_broadcaster‘)  
11     br = tf.TransformBroadcaster()  
12     rate = rospy.Rate(10.0)  
13     while not rospy.is_shutdown():  
14         t = rospy.Time.now().to_sec() * math.pi  
15         br.sendTransform((2.0 * math.sin(t), 2.0 * math.cos(t), 0.0),  
16                          (0.0, 0.0, 0.0, 1.0),  
17                          rospy.Time.now(),  
18                          "carrot1",  
19                          "turtle1")  
20         rate.sleep()<font size="3"><br></font>

ROS探索總結（十二）——坐標系統