Ros1 学习12- tf坐标系广播与监听的编程实现

实现步骤

创建一程序订阅海龟的相对于world的位置，即海龟发布的/turtle_name/pose消息，接受到消息数据后，创建tf的广播器，并初始化tf数据，广播world与海龟坐标系之间的关系；

然后，创建一程序产生第2只海龟turtle2，实时监听tf广播数据，依据turtle2与turtle1之间的坐标关系计算turtle2的速度，向turtle2发布速度控制指令，实现海龟turtle2跟踪turtle1。

1 创建功能包

创建的 learning_tf 包来进行代码存放和编译

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim
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2 创建代码并编译运行（C++）

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（sendTransform）

在learning_tf/src 新增 turtle_tf_broadcaster.cpp

源码内容如下：

/**
 * 该例程产生tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令
 */

#include 
#include 
#include 

std::string turtle_name;
//回调函数，传入参数为海归的位置
void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg)
{
	// 创建tf的广播器，将turtle1 相对于world ,turtle2 相对于world的坐标系发出去
	static tf::TransformBroadcaster br;

	// 初始化tf数据 填充坐标系之间的关系
	tf::Transform transform;
	
	transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) );
	tf::Quaternion q;
	//设置四元数（旋转矩阵），传入RPY三个角的信息。这里只有Z 方向有旋转关系
	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;
};


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如何实现一个TF监听器：

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

坐标关系插入TF tree后，树会自动运算变换矩阵，后面我们就可以用监听器调用了。
turtle_tf_listener.cpp：根据步骤，从tf中获取任意两个坐标之间的位置关系(通过waitfor和lookup)，然后命令turtle2向turtle1以定义的速度(Twist)移动。

turtle_tf_listener.cpp 源码内容如下：

/**
 * 该例程监听tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令
 */

#include 
#include 
#include 
#include 

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;
		//定义角速度
		vel_msg.angular.z = 4.0 * atan2(transform.getOrigin().y(),
				                        transform.getOrigin().x());
		//定义角速度
		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;
};
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配置CMakeLists.txt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})

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然后编译

cd ~/catkin_ws
catkin_make
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测试：

roscore
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rosrun turtlesim turtlesim_node
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注： 我们下面直接在命令行传入参数。
第1个参数：我们在turtle_tf_broadcaster.cpp定义节点时使用了"my_tf_broadcaster"的名字，我们使用__name:=传入新的名字取代"my_tf_broadcaster"，这样避免名字重复（因为ROS中节点名字不能重复），这样就可以重复跑程序了。
第2个参数是turtle名称 turtle1 和 turtle2。

rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle1_tf_broadcaster /turtle1
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rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle2_tf_broadcaster /turtle2

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rosrun learning_tf turtle_tf_listener

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rosrun turtlesim turtle_teleop_key

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