智能机器人技术 课件 项目8智能机器人的指南针

授课老师：连国云项目8：智能机器人的指南针《智能机器人技术》课程任务要求知识导入任务实施任务评价利用事先构建好的智能机器人模型，通过键盘实现对智能机器人模型的控制，并通过TF相关命令，查看坐标系的变换关系任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TF当机器人的传感器获取一组关于物体坐标方位的数据，

对于机器人手臂来说，这个数据只是相对于机器人头部传感器的坐标值，并不直接适用于机器人手臂执行，那么物体相对于头部和手臂之间的坐标转换，就是TF。TF是一个ROS系统中的一个非常重要的概念，其核心功能就是实现机器人运动过程中不同机构之间的坐标变换。任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TF坐标变换包括了位置和姿态两个方面的变换，ROS中的TF是一个可以让用户随时记录多个坐标系的软件包。TF保持缓存的树形结构中的坐标系之间的关系，并且允许用户在任何期望的时间点在任何两个坐标系之间转换点、矢量等的坐标。任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TFROS中TF就是要实现系统中任一个点在所有坐标系之间的坐标变换。有了TF，只要给定某一个坐标系下的任意一个点的坐标，就能获得该点在机器人其他任意坐标系下的坐标。为了达到上述目的，ROS系统会通过TF来提供当前条件下任意两个坐标系的位姿变换关系。任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TF在ROS系统中为了更合理、更高效地表示任意坐标系的变换关系，TF使用多叉树的结构来描述机器人中不同坐标系之间的变换关系。TF树最大的特点是每个坐标系只能有一个父坐标系，但可以有多个子坐标系。任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TFTF树的建立和维护是基于topic

通信机制的。根据TF树的原理，它是靠建立与维护每个父子坐标系的变换关系来维持整个系统所有坐标系的变换关系。每个父坐标系到子坐标系变换是靠被称为broadcaster

的发布器节点来持续发布的。任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TF虽然topic通信机制发布了父坐标系到子坐标系的变换，但是不是每一对父子坐标系都发布一个话题，实际上只发布一个唯一的话题/topic，该话题集合了所有发布的父子坐标系的变换关系。任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TFTF作为ROS系统中重要的工具，实现了坐标变换的基础计算功能，同时也提供了相应的终端命令行工具，方便开发者进行相关调试和运动模型创建工作。任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TFtf_monitor：tf_monitor工具的功能是打印tf树中的所有参考系信息，也可以通过输入参数来查看指定参考系之间的信息，其命令格式如下所示：$

rosruntftf_monitor$rosruntftf_monitor<source_frame><target_frame>任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TFtf_echo：tf_echo工具的功能是查看指定参考系之间的变换关系，其命令格式如下所示：$rosruntftf_echo任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TFstatic_transform_publisher：此工具的功能是发布两个参考系之间的静态坐标变换，它们一般不发生相对位置变化，其命令格式如下所示：$

rosruntfstatic_transform_publisherxyzyawpitchrollframe_idchild_frame_idperiod_in_ms$rosruntfstatic_transform_publisherxyzqxqyqzqwframe_idchild_frame_idperiod_in_ms任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TF以上两种命令格式，需要设置坐标的偏移和旋转参数，偏移参数都使用相对于x、y、z

三轴的坐标位移，而旋转参数第一种命令格式使用以弧度为单位的yaw/pitch/roll三个角度，而第二种命令格式使用四元数表达旋转角度。发布频率以ms为单位，一般100ms比较合适。任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TF该命令不仅可以在终端中使用，还可以在launch文件中使用，使用方式如下：<launch><nodepkg="tf"type="static_transform_publisher"name="link1_broadcaster"args="1000001link1_parentlink1100"/></launch>任务要求知识导入任务实施任务评价ROS中的TFview_frames：view_frames是可视化的调试工具，可以生成pdf文件，来显示整棵tf树的信息，其命令格式如下所示：$rosruntfview_frames任务要求知识导入任务实施任务评价根据任务要求，具体的工作任务实施步骤如下：(1)通过launch文件启动智能机器人的RVIZ仿真节点$roslanchtransbot_faketransbot_fake.launch任务要求知识导入任务实施任务评价(2)在RVIZ工具中，设置相关显示项，将相应的坐标系和基本模型显示出来(3)通过launch文件，启动键盘控制节点$roslaunchtransbot_teleoptransbot_teleop_key.launch(4)使用键盘控制机器人的移动，观察坐标系变换情况任务要求知识导入任务实施任务评价(5)通过tf_monitor命令查看坐标系的变换关系$rosruntftf_monitor任务要求知识导入任务实施任务评价(6)通过tf_echo查看odom与base_link变换关系(a)以1Hz的频率查看odom与base_link变换关系$rosruntftf_echoodombase_link任务要求知识导入任务实施任务评价(b)以0.2Hz的频率查看base_link与odom变换关系$

rosruntftf_echobase_linkodom0.2任务要求知识导入任务实施任务评价(7)使用static_transform_publisher命令设置相应的新坐标系(a)设置名字为odomglobal_camera的坐标系，其原点是由odom坐标系原点平移(0，0，0.5)得到的，坐标变换关系发布时间间隔为30ms$rosruntfstatic_transform_publisher000.50001odomglobal_camera30任务要求知识导入任务实施任务评价(b)设置名字为odomglobal_camera2的坐标系，其原点是由odom坐标系原点平移(0,0,1)得到的，并绕z轴旋转1.57弧度$rosruntfstatic_transform_publisher001.0001.57odomglobal_camera230任务要求知识导入任务实施任务评价(8)使用view_frames命令，查看tf树$rosruntfview_frames任务