0.引言

  笔者因研究课题涉及ROS开发，学习了古月居出品的ROS入门21讲，为巩固ti坐标系的知识，本文将ROS的坐标系管理系统和tf坐标系广播与监听两讲内容进行总结。
  

1.机器人中的坐标变换

  （1）安装tf功能包；

//melodic指ubuntu18.04版本的ros
sudo apt-get install ros-melodic-turtle-tf

  注：其他ubuntu版本对应ros版本可查看【ROS如何进行开发？】。
  （2）启动tf包；

roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch

  （3）打开小海龟键盘控制；

rosrun turtlesim turtle_teleop_key

  通过键盘控制小海龟移动，另一个海龟跟随移动。
  

  （4）tf可视化工具；

//新建终端
rosrun tf view_frames

  （5）查看坐标系相对变换，命令行工具；

rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2

  （6） tf三维可视化工具。

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

  ①打开RViz；
 

  ②键盘控制小海龟运动，同时RViz中显示坐标关系。
  

2.tf坐标系广播和监听

  （1）创建tf功能包；

cd ~/catkin_ws/src

catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim

  （2）创建广播代码文件；
  在新建的功能包下src中打开新终端，并键入：gedit turtle_tf_broadcaster.cpp，输入以下代码并保存。

/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/

/**
 * 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;
};

  （3）创建监听代码文件；
  在新建的功能包下src中打开新终端，并键入：gedit turtle_tf_listener.cpp，输入以下代码并保存。

/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/

/**
 * 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;
};

  （4）在CMakeLists.txt中添加编译规则；

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})

  （5）编译代码并运行。
  ①编译并启动roscore；

cd ~/catkin_ws

catkin_make
或
catkin_make_isolated

source devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bash

roscore

  ②启动海龟结点；

//新建终端
rosrun turtlesim turtlesim_node

  
  ③广播海龟1消息；

//新建终端
source devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bash
rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle1_tf_broadcaster /turtle1

  ④广播海龟2消息；

//新建终端
source devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bash
rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle2_tf_broadcaster /turtle2

  ⑤监听海龟坐标变换关系并发布；

//新建终端
source devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bash
rosrun learning_tf turtle_tf_listener

  ⑥启动海龟键盘结点，移动海龟，使另一个海龟跟随移动。

//新建终端
rosrun turtlesim turtle_teleop_key

参考资料：
[1] 古月居GYH. 【古月居】古月·ROS入门21讲 | 一学就会的ROS机器人入门教程; 2019-07-16 [accessed 2023-04-09].
[2] cacrle. ROS如何进行开发？; 2023-04-09 [accessed 2023-04-09].