1.tf2介紹
寫在前面
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TF即變換的英文單詞TransForm的縮寫。所以ROS和ROS2中的TF就是指和坐標(biāo)變換相關(guān)的工具。
在搞機(jī)器人當(dāng)中，坐標(biāo)變換經(jīng)常用到，所以
ROS2幫我們做了一個(gè)強(qiáng)大易用的TF工具
1.發(fā)布坐標(biāo)關(guān)系
我們先使用TF2的相關(guān)工具，解決上一節(jié)的手眼坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題，直觀的感受一下TF2的強(qiáng)大。
要想讓TF幫我們完成坐標(biāo)變換，我們就需要告訴它坐標(biāo)和坐標(biāo)之間的關(guān)系。
拿上面的手眼系統(tǒng)來說，我們要想獲取到相機(jī)的基坐標(biāo)系{B}和工具{P}之間的關(guān)系，只需要將機(jī)械臂和相機(jī)、相機(jī)和工具之間的關(guān)系告訴TF即可。
2.我們?nèi)绾胃嬖VTF？
可以使用tf的坐標(biāo)廣播工具進(jìn)行廣播坐標(biāo)關(guān)系，廣播時(shí)需要三個(gè)數(shù)據(jù)：
- 父坐標(biāo)系名稱（字符串）
- 子坐標(biāo)系名稱（字符串）
- 父子之間的變換關(guān)系（平移關(guān)系和旋轉(zhuǎn)關(guān)系）
在終端中輸入：
ros2 run tf2_ros static_transform_publisher
按enter鍵，可以看到
A command line utility for manually sending a transform.
Usage: static_transform_publisher x y z qx qy qz qw frame_id child_frame_id
OR
Usage: static_transform_publisher x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id
這是該CLI所提供的使用提示，可以看出
使用TF發(fā)布位置和姿態(tài)時(shí)，位置的描述使用的是xyz三個(gè)參數(shù)，而姿態(tài)的描述則分兩種
- 第一種是四元數(shù)形式（qx qy qz qw）
- 第二種是歐拉角形式（yaw偏航角-rz pitch俯仰角-ry roll滾轉(zhuǎn)角-rx），我們這里采用的是歐拉形式，繞x軸旋轉(zhuǎn)采用歐拉角中的滾轉(zhuǎn)角roll來描述，注意角度單位采用弧度制。
關(guān)于歐拉角和四元數(shù)的區(qū)別我們放到了姿態(tài)的多種表示章節(jié)來講。
2.1 發(fā)布B到C的位姿
比如針對(duì)上面的手眼轉(zhuǎn)換，廣播機(jī)械臂坐標(biāo)系{B}和相機(jī)坐標(biāo)系{C}之間的關(guān)系。
父坐標(biāo)系的名字就是B，子坐標(biāo)系的名字是C，父子之間的平移關(guān)系是0 0 3,旋轉(zhuǎn)關(guān)系是繞x軸旋轉(zhuǎn)180度。
在ROS2中可以使用下面的指令發(fā)布變換，打開終端，輸入下面的指令：
ros2 run tf2_ros static_transform_publisher 0 0 3 0 0 3.14 B C
如果在終端中看到下面的提示則代表發(fā)布成功
2.2 發(fā)布C到P的位姿
接著我們發(fā)布坐標(biāo)系{C}到坐標(biāo)系{T}的位姿
再打開一個(gè)新的終端，輸入下面的命令：
ros2 run tf2_ros static_transform_publisher 2 1 2 0 0 0 C P
3. 監(jiān)聽/獲取TF關(guān)系
發(fā)布也發(fā)布了，接著我們就把坐標(biāo)系之間的關(guān)系打印出來，只要坐標(biāo)系之間是有連接的，我們就可以使用TF求出來，使用下面的指令就可以得到機(jī)械臂基坐標(biāo)系{B}和工具坐標(biāo)系{P}之間的關(guān)系。
打開終端,輸入命令：
ros2 run tf2_ros tf2_echo B P
可以看到終端中不斷輸出B和C之間的平移和旋轉(zhuǎn)，平移采用的是xyz，基本正確，y和z的微小差異是因?yàn)槲覀儼l(fā)布變換時(shí)旋轉(zhuǎn)輸入的是3.14并不精確。
至于旋轉(zhuǎn)部分采用的是四元數(shù)表示，關(guān)于這部分姿態(tài)的表示，小魚在下一節(jié)會(huì)講，大家不必糾結(jié)。
除了使用TF獲取關(guān)系外，ros2還提供很多工具來查看坐標(biāo)之間的關(guān)系，大家可以在終端中輸入下面的命令自行嘗試。
4.TF常用工具
4.1 rqt_tf_tree
2022-04-26更新的，這個(gè)工具的二進(jìn)制安裝版本作者3月底才發(fā)布，之前沒提的原因是需要源碼裝太麻煩了
這個(gè)工具需要我們手動(dòng)安裝下
sudo apt install ros-humble-rqt-tf-tree
安裝完成后，再次打開rqt工具，Plugins->Visualization->TF Tree
接著你就可以看到這個(gè)強(qiáng)大的，幾乎可以實(shí)時(shí)看到系統(tǒng)tf更新信息的工具，這個(gè)工具對(duì)于后面我們進(jìn)行導(dǎo)航和機(jī)械臂的調(diào)試非常有幫助。
長(zhǎng)的不一樣沒關(guān)系，這是后面補(bǔ)充的圖。
4.2 tf2_monitor
查看所有的發(fā)布者和頻率。
ros2 run tf2_ros tf2_monitor
Gathering data on all frames for 10 seconds...
RESULTS: for all Frames
Frames:
Frame: C, published by <no authority available>, Average Delay: 3001.98, Max Delay: 3001.98
Frame: P, published by <no authority available>, Average Delay: 741.497, Max Delay: 741.497
All Broadcasters:
Node: <no authority available> 5029.14 Hz, Average Delay: 1871.74 Max Delay: 3001.98
RESULTS: for all Frames
Frames:
Frame: C, published by <no authority available>, Average Delay: 3001.98, Max Delay: 3001.98
Frame: P, published by <no authority available>, Average Delay: 741.497, Max Delay: 741.497
All Broadcasters:
Node: <no authority available> 5029.14 Hz, Average Delay: 1871.74 Max Delay: 3001.98
view_frames.py
可以生成TF的pdf，目前也有在線的實(shí)時(shí)查看工具。
ros2 run tf2_tools view_frames.py
[INFO] [1636558316.667894410] [view_frames]: Listening to tf data during 5 seconds...
[INFO] [1636558321.702280144] [view_frames]: Generating graph in frames.pdf file...
[INFO] [1636558321.709904442] [view_frames]: Result:tf2_msgs.srv.FrameGraph_Response(frame_yaml="C: \n parent: 'B'\n broadcaster: 'default_authority'\n rate: 10000.000\n most_recent_transform: 0.000000\n oldest_transform: 0.000000\n buffer_length: 0.000\nP: \n parent: 'C'\n broadcaster: 'default_authority'\n rate: 10000.000\n most_recent_transform: 0.000000\n oldest_transform: 0.000000\n buffer_length: 0.000\n")
/opt/ros/humble/lib/tf2_tools/view_frames.py:75: YAMLLoadWarning: calling yaml.load() without Loader=... is deprecated, as the default Loader is unsafe. Please read https://msg.pyyaml.org/load for full details.
data = yaml.load(result.frame_yaml)
文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-779114.html
除了使用命令行進(jìn)行坐標(biāo)關(guān)系的廣播和監(jiān)聽，我們還可以使用代碼來廣播和監(jiān)聽，接下來小魚就帶你一起用程序來發(fā)布TF廣播和獲取坐標(biāo)關(guān)系。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-779114.html
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