博客参考:https://www.ncnynl.com/archives/201702/1306.html

ROS与C++入门教程-tf-坐标变换

说明:

  • 介绍在c++实现TF的坐标变换

概念:

  • Coodinate Frames (坐标框架,坐标系)
  • Transforms (变换)
  • TF

参考:

Frames and Points

  • Frame是坐标系统,在ROS里都是以3D形式存在,右手原则,X向前,Y向左,Z向上.
  • Points在坐标系以tf::Point形式表达,等同与bullet类型的btVector3。
  • 在坐标系W里,坐标的点p,可以用:Wp

其余参考原文:http://wiki.ros.org/tf/Overview/Transformations

ROS与C++入门教程-tf-广播变换

说明:

  • 介绍如何在roscpp的节点广播变换关系。

广播变换:

  • 在节点里广播变换,推荐使用tf::TransformBroadcaster.

构造器

  • 无参数构造器:
tf::TransformBroadcaster();

发送变换

  • 发送变换通过调用sendTransform()函数实现,传递StampedTransform或geometry_msgs::TransformStamped为参数
  • 示例代码:
void sendTransform(const StampedTransform & transform);
void sendTransform(const geometry_msgs::TransformStamped & transform);

ROS与C++入门教程-tf-使用已发布的变换

说明:

  • 介绍roscpp节点获取和使用TF的变换。

TransformListener

  • 通过调用 tf::TransformListener类来处理变换,它继承自tf::Transformer。

核心方法

(1)构造函数

  • 示例代码:
TransformListener(const ros::NodeHandle &nh, ros::Duration max_cache_time=ros::Duration(DEFAULT_CACHE_TIME), bool spin_thread=true)
TransformListener(ros::Duration max_cache_time=ros::Duration(DEFAULT_CACHE_TIME), bool spin_thread=true)

(2)辅助方法

  • 示例代码:
std::string tf::TransformListener::resolve (const std::string &frame_id)

(3)canTransform()函数

  • 返回bool ,判断能否实现变换。不会抛出异常,如果出错,会返回error_msg的内容。
  • 基本API:
bool tf::TransformListener::canTransform (const std::string &target_frame, const std::string &source_frame, const ros::Time &time, std::string *error_msg=NULL) const 
  • 检查在时间time,source_frame能否变换到target_frame。
  • 高级API:
bool tf::TransformListener::canTransform (const std::string &target_frame, const ros::Time &target_time, const std::string &source_frame, const ros::Time &source_time, const std::string &fixed_frame, std::string *error_msg=NULL) const 
  • 检查在时间source_time,source_frame能否变换到fixed_frame,那么再实现在target_time变换到target_frame。

(4)waitForTransform()函数

  • 返回bool值,评估变换是否有效。
  • 基本API:
bool tf::TransformListener::waitForTransform (const std::string &target_frame, const std::string &source_frame, const ros::Time &time, const ros::Duration &timeout, 
const ros::Duration &polling_sleep_duration=ros::Duration(0.01), std::string *error_msg=NULL) const
  • 检查在时间time, source_frame能否变换到target_frame
  • 它将休眠并重试每个polling_duration,直到超时的持续时间已经过去。 它不会抛出异常。 在一个错误的情况下,如果你传递一个非NULL字符串指针,它会填充字符串error_msg。 (注意:这需要大量的资源来生成错误消息。)
  • 高级API
bool tf::TransformListener::waitForTransform (const std::string &target_frame, const ros::Time &target_time, const std::string &source_frame, const ros::Time &source_time, 
const std::string &fixed_frame, const ros::Duration &timeout, const ros::Duration &polling_sleep_duration=ros::Duration(0.01), std::string *error_msg=NULL) const
  • 测试在source_time时间,source_frame能否变换到fixed_frame,那么在target_time,变换到target_frame。

(5)lookupTransform

  • lookupTransform()是一个更底层的方法用于返回两个坐标系的变换。

  • 这个方法是 tf库的核心方法。大部分transform的方法都是终端用户使用,而这个方法设计在transform()方法内使用的。

  • 返回的变换的方向将从target_frame到source_frame。 如果应用于数据,将把source_frame中的数据转换为target_frame。查阅geometry/CoordinateFrameConventions#Transform_Direction

  • 这个方法会抛出TF的异常

  • 基本API:

void tf::TransformListener::lookupTransform (const std::string &target_frame, const std::string &source_frame, const ros::Time &time, StampedTransform &transform) const 
  • 在时间time上使用从source_frame到target_frame的变换填充transform
  • 高级API:
void tf::TransformListener::lookupTransform (const std::string &target_frame, const ros::Time &target_time, const std::string &source_frame, const ros::Time &source_time,
const std::string &fixed_frame, StampedTransform &transform) const
  • 在source_time使用从source_frame到fixed_frame的变换填充transform,在target_time从fixed_frame到target_frame的链接变换。

transformDATA 方法

  • tf::TransformListener类的主要目的是在坐标系间进行变换数据。
  • 支持的数据类型:

C++ Method Name

Python Method Name

Full Datatype

transformQuaternion()

none

tf::Stamped<tf::Quaternion>

transformVector()

none

tf::Stamped<tf::Vector3>

transformPoint()

none

tf::Stamped<tf::Point>

transformPose()

none

tf::Stamped<tf::Pose>

transformQuaternion()

transformQuaternion()

geometry_msgs/QuaternionStamped

transformVector()

transformVector3()

geometry_msgs/Vector3Stamped

transformPoint()

transformPoint()

geometry_msgs/PointStamped

transformPose()

transformPose()

geometry_msgs/PoseStamped

transformPointCloud()

transformPointCloud()

sensor_msgs/PointCloud

  • 基本API:
void tf::TransformListener::transformDATATYPE (const std::string &target_frame, const geometry_msgs::DATATYPEStamped &stamped_in, geometry_msgs::DATATYPEStamped &stamped_out) const 
  • 将数据stamped_in转换为target_frame,使用标记的数据类型中的frame_id和stamp作为源。
  • 高级API:
void tf::TransformListener::transformDATATYPE (const std::string &target_frame, const ros::Time &target_time, const geometry_msgs::DATATYPEStamped &pin, 
const std::string &fixed_frame, geometry_msgs::DATATYPEStamped &pout) const
  • 将数据stamped_in转换为fixed_frame。 使用标记数据类型中的frame_id和stamp作为源。 然后在target_time从fixed_frame变换到target_frame。

ROS与C++入门教程-tf-异常

说明:

  • 介绍roscpp的tf的异常类型及作用

TF异常

  • 所有在TF里异常继承自tf::TransformException,它继承自std::runtime_error。

异常类型:

  • 异常类:tf::ConnectivityException
  • 作用:如果由于两个坐标系ID不在同一个连接的树中而无法完成请求,则抛出。
  • 异常类:tf::ExtrapolationException
  • 作用:如果请求的坐标系id之间存在连接,但一个或多个变换已过期,则抛出。
  • 异常类:tf::InvalidArgument
  • 作用:如果参数无效则抛出。 最常见的情况是非规范化的四元数。
  • 异常类:tf::LookupException
  • 作用:如果引用了未发布的坐标系ID,则抛出。

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