ROS(九)——tf坐标系广播与监听的编程实现

上一节中两只海龟跟随的原理，怎么通过TF坐标系完成广播跟监听的编程实现

 

创建功能包

catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim

之前跑的那两个海龟例程，两只海龟之间都和world 坐标系之间有个位置关系，这个位置关系是通过tf坐标系去广播出来的

 

创建tf广播器代码(C++)

如何通过tf广播任意两个坐标系之间的位置关系

 

如何实现一个tf广播器

• 定义TF广播器（TransformBroadcaster）
• 创建坐标变换值
• 发布坐标变换（send Transform）

 

turtle_tf_broadcaster.cpp

/**
 * 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
	tf::Transform transform;
	transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) );
	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监听器代码(C++)

从tf当中获取任意两个坐标系之间的位置关系

 

如何实现一个tf监听器

• 定义TF监听器（TransformListener）
• 查找坐标变换（waitFor Transform、lookupTransform）

 

turtle_tf_listener.cpp

/**
 * 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;
};

 

配置tf广播器与监听器代码编译规则

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

catkin_make

source devel/setup.bash

 

运行

这几个步骤就是上一讲中launch文件中完成的工作

roscore
rosrun turtlesim turtlesim_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

需要发布两只海龟的位置关系

rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle1_tf_broadcaster /turtle1 就是发布turtle1和world坐标系之间的位置关系

__name:=turtle1_tf_broadcaster是重映射机制，因为ROS中每个节点只能出现一次，不重命名下次就冲突了

这里的turtle1_tf_broadcaster会取代我们程序里的

 

运行完rosrun learning_tf turtle_tf_listener这句之后就会出现小海龟跟随了

下面用键盘控制一只小海龟，另一只就会自己跟着了

 

创建tf广播器与监听器代码(Python)

在功能包下面新建scripts文件夹

 

turtle_tf_broadcaster.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# 该例程将请求/show_person服务，服务数据类型learning_service::Person

import roslib
roslib.load_manifest('learning_tf')
import rospy

import tf
import turtlesim.msg

def handle_turtle_pose(msg, turtlename):
    br = tf.TransformBroadcaster()
    br.sendTransform((msg.x, msg.y, 0),
                     tf.transformations.quaternion_from_euler(0, 0, msg.theta),
                     rospy.Time.now(),
                     turtlename,
                     "world")

if __name__ == '__main__':
    rospy.init_node('turtle_tf_broadcaster')
    turtlename = rospy.get_param('~turtle')
    rospy.Subscriber('/%s/pose' % turtlename,
                     turtlesim.msg.Pose,
                     handle_turtle_pose,
                     turtlename)
    rospy.spin()

turtle_tf_listener.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# 该例程将请求/show_person服务，服务数据类型learning_service::Person

import roslib
roslib.load_manifest('learning_tf')
import rospy
import math
import tf
import geometry_msgs.msg
import turtlesim.srv

if __name__ == '__main__':
    rospy.init_node('turtle_tf_listener')

    listener = tf.TransformListener()

    rospy.wait_for_service('spawn')
    spawner = rospy.ServiceProxy('spawn', turtlesim.srv.Spawn)
    spawner(4, 2, 0, 'turtle2')

    turtle_vel = rospy.Publisher('turtle2/cmd_vel', geometry_msgs.msg.Twist,queue_size=1)

    rate = rospy.Rate(10.0)
    while not rospy.is_shutdown():
        try:
            (trans,rot) = listener.lookupTransform('/turtle2', '/turtle1', rospy.Time(0))
        except (tf.LookupException, tf.ConnectivityException, tf.ExtrapolationException):
            continue

        angular = 4 * math.atan2(trans[1], trans[0])
        linear = 0.5 * math.sqrt(trans[0] ** 2 + trans[1] ** 2)
        cmd = geometry_msgs.msg.Twist()
        cmd.linear.x = linear
        cmd.angular.z = angular
        turtle_vel.publish(cmd)

        rate.sleep()

 

注意改文件权限

 

 

但是运行它要用launch启动文件来运行

为什么不能直接运行： turtle_tf_broadcaster.py 。 因为它需要传入一个参数，使用终端输入的命令的方式，无法传入这个参数，所以，我们只能使用，编写启动脚本程序的方式，来启动这个 turtle_tf_broadcaster.py 程序