ROS应用开发入门 tf 坐标系广播与监听的编程

ROS是机器人操作系统的简称，本文介绍ROS应用开发入门，TF坐标系广播与监听的编程。小乌龟仿真中有2只乌龟，键盘控制第1只乌龟走动，2只乌龟都都广播自己的坐标。监听器听取2个乌龟的坐标，获得相对位置，控制第2只乌龟不断追随第1只乌龟。

工程包建立

在 ROS 开发应用准备：创建工作空间一文中建立了ROS工作空间，现在就建立一个功能包：

cd ~/catkin_ws/src

catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim

第1行是回到工作空间的src 目录，功能包建立必须在这个目录下运行。

第2行是建立功能包的命令，第一个参数是功能包的名字，这里是learning_tf ，接下来是功能包的依赖库，这里是roscpp rospy tf turtlesim共4个依赖库。

上面命令执行后，可以在src 目录下看到有一个目录，名字是learning_tf，其下有下面内容：

CMakeLists.txt include package.xml src

广播器代码

在工程目录的 src 目录下，也是~/catkin_ws/src/learning_tf/src 目录，建立一个文件turtle_tf_broadcaster.cpp，

cd ~//catkin_ws/src/learning_tf/src

nano turtle_tf_broadcaster.cpp

内容为:

/**
 * 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;
};

代码内有清晰的注释

监听器代码

在工程目录的 src 目录下，也是~/catkin_ws/src/learning_tf/src 目录，建立一个文件turtle_tf_listener.cpp，

cd ~//catkin_ws/src/learning_tf/src

nano turtle_tf_listener.cpp

内容为:

/**
 * 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;
};

代码内有清晰的注释

编译配置

在 ~/catkin_ws/src/learning_tf/ 目录下，有个CMakeLists.txt 文件，我们需要修改这个文件

cd ~/catkin_ws/src/learning_tf/

nano CMakeLists.txt

在这个文件中添加下面几行，

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})

添加的位置是Build段的末尾参考下面位置，就是 ## install ## 前面，

## Specify libraries to link a library or executable target against
# target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_node
#   ${catkin_LIBRARIES}
# )

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})

#############
## Install ##
#############

保存，退出

这样编译配置就完成了。

测试验证

编译必须回到 ~/catkin_ws 目录下

cd ~/catkin_ws

catkin_make

编译后应该source 一次：

source devel/setup.bash

如果编译有错，就要排除错误，然后就运行测试。

测试比较复杂，要打开6个终端。并依次在每个终端运行下面指令：

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

运行了上面指令后，在键盘控制终端控制键盘方向键，控制第一个乌龟运动，可以看到第2个乌龟不断跟随运动。

源代码也可以在 https://github.com/huchunxu/ros_21_tutorials 下载

介绍到此。