ROS TF (Transform) 视图框架

ROS（机器人操作系统）是机器人开发的一种开源框架。其TF（Transform） 视图框架是一种用于处理坐标系变换（transform）的工具库，用于在ROS系统中处理机器人各个组件之间的坐标系变换。

TF 视图框架在ROS系统中有着广泛的应用。它允许在ROS系统中处理多个坐标系之间的变换，这对于机器人运动控制、传感器数据处理和可视化显示等都是非常重要的。

TF 核心概念

TF 视图框架的核心概念是坐标系（Frame）和变换（Transform）。在ROS系统中，所有机器人的组件都有一个坐标系，称作“Frame”。坐标系可以是固定的，也可以是随机运动的。

为了描述坐标系之间的相对位置和姿态，需要使用变换。一个变换是由一个平移向量和一个四元数表示。

应用实例

1. 发布静态坐标系

静态坐标系是指不随机器人运动而改变的坐标系。在 ROS 中，可以使用 TF 视图框架来发布静态坐标系。下面是一个发布桌子坐标系的 Python 代码，它将坐标系信息发布到了 /tf_static 话题上：

import rospy
import tf2_ros
from geometry_msgs.msg import TransformStamped

rospy.init_node('tf2_static_broadcaster')
tf_broadcast = tf2_ros.StaticTransformBroadcaster()

static_transform = TransformStamped()
static_transform.header.stamp = rospy.Time.now()
static_transform.header.frame_id = "map"
static_transform.child_frame_id = "table"
static_transform.transform.translation.x = 0.5
static_transform.transform.translation.y = 0.5
static_transform.transform.translation.z = 0.0
static_transform.transform.rotation.x = 0.0
static_transform.transform.rotation.y = 0.0
static_transform.transform.rotation.z = 0.0
static_transform.transform.rotation.w = 1.0

tf_broadcast.sendTransform(static_transform)

2. 订阅变换信息

除了发布坐标系和变换，TF 视图框架还可以订阅其它节点发布的变换信息。下面是一个 Python 代码，它订阅 /tf 话题上的 /robot/base_link 到 /robot/map 的变换信息，并把变换信息打印到屏幕上：

import rospy
import tf2_ros
import tf2_geometry_msgs
from geometry_msgs.msg import PoseStamped

rospy.init_node('tf2_subscriber')

tf_buffer = tf2_ros.Buffer()
tf_listener = tf2_ros.TransformListener(tf_buffer)

while not rospy.is_shutdown():
    try:
        transform = tf_buffer.lookup_transform("map", "base_link", rospy.Time(0))
        pose = PoseStamped()
        pose.header.frame_id = "base_link"
        pose.pose.orientation.w = 1.0
        pose_transformed = tf2_geometry_msgs.do_transform_pose(pose, transform)
        print("Transformed pose: {}".format(pose_transformed.pose))

    except (tf2_ros.LookupException, tf2_ros.ConnectivityException, tf2_ros.ExtrapolationException):
        rospy.sleep(rospy.Duration(0.1))

结语

ROS TF 视图框架是机器人系统开发中重要的一个工具库，它可以处理坐标系之间的变换，使得机器人系统中各个组件能够协同工作。我们可以使用 TF 视图框架来发布静态坐标系、订阅变换信息等。