6 TF

TFはROSの基本的かつ重要な概念であり、TF（トランスフォーム）は座標変換です。

Tfは本質的にツリーのようなデータ構造であるため、通常「tfツリー」と呼びます。tfはトピックと見なすこともできます。/tf、トピックに格納されるメッセージはtfツリーのデータ構造形式です。ロボット全体、さらにはマップまでの座標変換関係が維持されます。

6.1 TF / TFツリー形式の仕様

TransformStamped.msgのフォーマット仕様は次のとおりです。

std_mags/Header header
    uint32 seq
    time stamp
    string frame_id
string child_frame_id
geometry_msgs/Transform transform
    geometry_msgs/Vector3 translation
        float64 x
        float64 y
        float64 z
    geometry_msgs/Quaternion rotation
        float64 x
        float64 y
        flaot64 z
        float64 w

まず、ヘッダーはシリアル番号、時間、フレーム名を定義します。次に、child_frameも作成しました。これら2つのフレーム間の変換は、geometry_msgs / Transformによって定義されます。Vector3 3次元ベクトルは並進を表し、Quaternionクォータニオンは回転を表します。

最後に、多くのTransformStamped.msgがtfに送信され、TFツリーが形成されました。

TFツリーは、多数のフレーム間のTFステッチによって形成されます。それでは、TFツリーはどのタイプですか？次のように：

tf / tfMessage.msg
tf2_msgs / TFMessage.msg

TFには2つのデータ型があり、主な理由はバージョンの反復です。ROS Hydro以降、tfの最初の世代はtf2を支持して「非推奨」になりました。

使用しているTFのバージョンを確認するには、rostopic info / tfコマンドを使用します。

tf / tfMessage.msgまたはtf2_msgs / TFMessageの標準形式の仕様は次のとおりです。

geometry_msgs/TransformStamped[] transforms
    std_mags/Header header
        uint32 seq
        time stamp
        string frame_id
    string child_frame_id
    geometry_msgs/Transform transform
        geometry_msgs/Vector3 translation
            float64 x
            float64 y
            float64 z
        geometry_msgs/Quaternion rotation
            float64 x
            float64 y
            flaot64 z
            float64 w

TransformStamped配列はTFツリーです。

6.2 TF関連のツールコマンド

現在のtfツリーに基づいてpdfグラフを作成します。

$ rosrun tf view_frames

このツールは、最初に5秒間/ tfをサブスクライブし、この間に受信したtf情報に基づいてtfツリーを描画してから、pdfマップを作成します。

現在のtfツリーを表示します。

$ rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree

このコマンドもtfツリーをクエリしますが、最初のコマンドとの違いは、コマンドが現在のtfツリーを動的にクエリすることです。現在の変更は、いつ切断するか、いつキャッチするかなど、すぐに確認できます。これらは、rqtプラグインを介して表示されます。

2つのフレーム間の変換関係を表示します。

$ rosrun tf tf_echo [reference_frame] [target_frame]

6.3 TFの原則

6.3.1 ROS座標系

ROSの座標系は右手で定義されます。

したがって、ROSロボットの場合、それを座標系の元の中心として使用すると、次のようになります。

X軸：フロント
y軸：左
z軸：上

軸を中心とした回転では、右手の定義も使用されます。

右手で座標軸を持ち、親指の方向が座標軸の正の方向を向き、4本の指の方向がこの座標軸に沿った正の回転方向を定義します。

右手の定義によれば、z軸を中心とした正の回転は反時計回りの回転です。

ヨーを使用して、方位角と呼ばれるZ軸を中心に回転します。
ロール角度と呼ばれるX軸を中心に回転します。ロールを使用して指示します。
ピッチ角と呼ばれるY軸を中心に回転し、ピッチを使用して表現します。

例：

車の動きを説明するために通常使用する2次元平面は、X軸とY軸で構成される平面であるXY平面を参照します。この平面では、車の回転を説明するために使用される角度は、Z軸を中心とした回転であり、多くの場合上記の方位角。Z軸は上を向いているので、右手の法則によれば、車は左に正になり、右に負になっていることがわかります。