【ROS研究ノート】（10）ROSの座標系管理システム

1.ロボットの座標変換

TF関数パッケージは、すべての座標系を管理するために使用されます。10秒以内にすべての座標系間の関係を記録し、ロボットの中心座標系に対する把持物の位置を表示することができます。

2.例：実験後の小さなカメ

1.小さなカメが続きます

2匹のカメが現れた後、1匹のカメが中心点にあり、もう1匹のカメが下に現れます。中央のカメは動くように制御でき、下のカメは私たちが動かすように制御するカメに自動的に従います。

sudo apt-get install ros-noetic-turtle-tf
roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch
#rosrun turtlesim turtle_teleop_key

その中で、roslaunchはスクリプトファイルを開始し、
それらの多くを開始するために使用されます。NoeticはROSのバージョン番号です。

ターミナルの矢印キーを押して、追跡するカメを制御します。

ノエティックバージョンのubuntu20.04にエラーがある場合は、次の方法を参照して解決できます。

cd /usr/bin
sudo rm -r python		# 有的可能没有这个文件，就省略这一步
sudo cp python3 python

2.tf関係を表示します

rosrun tf view_frames

5秒間待ってPDFファイルを生成し、それを開いて現在のシステムのtf座標の位置関係を確認します。

世界はグローバル座標系であり、他のturtle1とturtle2は2つのカメの座標系です。このルーチンの目的は、2つの座標系の座標をオーバーラップさせることです。

この手順でエラーが発生した場合は、エラーを報告したファイルを変更する必要があります
sudo gedit /opt/ros/noetic/lib/tf/view_frames
。88行目にprint(vstr)文を追加するvstr=str(vstr)だけです。

3.tf_echo座標関係

rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2

turtle2座標系がturtle1座標系にどのように変換されるかを記述して、2つの座標系間の関係を出力します。平行移動と回転回転（クォータニオン、ラジアン、回転を表す3つの角度の角度）を含みます。

4. rviz3D視覚化表示プラットフォーム

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

まず、左側の固定フレームをワールドに変更します

左下の[追加]をクリックしてTFを追加し、TFの位置関係を表示します

カメの動きを制御すると、写真の2つの座標系が動いていることがわかります。

3.TF座標系の放送と監視のプログラミング実現

1.機能パッケージを作成します

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim

2.tfブロードキャスターコードを作成します

learning_tf/src/カタログを開いて作成しますturtle_tf_broadcaster.cpp

その内容は次のとおりです。

/**
 * 该例程产生tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令
 * REFERENCE:www.guyuehome.com
 */

#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.リスナーリスナーコードを作成します

同様に、turtle_tf_listener.cppコンテンツで別のものを作成します

/**
 * 该例程监听tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令
 * REFERENCE:www.guyuehome.com
 */

#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.tfブロードキャスターとリスナーコードのコンパイルルールを構成します

構成ではlearning_tf、CMakeLists.txt図の位置に次のコードを追加

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})

つまり、2つのcppファイルが2つの実行可能ファイルにコンパイルされてから、ライブラリがリンクされます。

5.コンパイル

cd ~/catkin_ws
catkin_make

6.プログラムを実行します

次のプログラムの各行を実行するには、個別の端末が必要です。

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