ROS tf基础使用知识

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：

• TF中的几何对象表示的TF类型，这是相当于相应的bullet类型；见TF数据类型。
• Bullet类参考transforms和quaternions

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)

• 结合tf_prefix获取解析的frame_id，查阅geometry/CoordinateFrameConventions.

（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。