.tf坐标系广播与监听的编程实现^[1]

以下代码使用tf广播器和监听器实现与roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch相同效果。首先，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。

订阅/pose消息，广播tf数据

/**
 * 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 poseCalllback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg)
{
    // 创建tf的广播器
    static tf::TransformBroadcaster br;
    
    // 初始化tf数据
    tf::Transform transform;
    // 设置平移参数（相对于world的位置，world实际为仿真器左下角端点）
    transform.setOrigin(tf::Vector3(msg->x,msg->y,0.0));
    // 设置旋转参数
    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
    // 添加时间戳
    // 描述world和turtle_name之间的关系
    // 在TF Tree中会出现二者之间关系
    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,&poseCalllback);

    // 循环等待回调函数
    ros::spin();

    return 0;
}

监听tf数据，发布turtle2速度控制指令

/**
 * 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ROS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;
    srv.request.x=2.0;
    srv.request.y=2.0;
    srv.request.name="/turtle2";
    add_turtle.call(srv);

    ROS_INFO("Create %s successfully",srv.response.name.c_str());

    // 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;

    // 1秒钟发布10次
    ros::Rate rate(10);

    while(node.ok())
    {
        // 获取turtle1与turtle2坐标系之间的tf数据
        tf::StampedTransform transform;
        try
        {
            // 等待系统中存在名为“/turtle2”和“/turtle1”的坐标系，查询当前时间，等待3秒超时
            listener.waitForTransform("/turtle2","/turtle1",ros::Time(0),ros::Duration(3.0));
            // 查询“/turtle2”和“/turtle1”的坐标系关系，结果保存在transform中
            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;


}

命令行控制运行

$ 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

注意：在命令行输入rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle1_tf_broadcaster /turtle1，该命令将对节点重命名为name后面的名字，即turtle1_tf_broadcaster，在ros中称之为重映射。

运行效果

参考资料