古月《ROS入门21讲》17.ROS中的坐标系管理系统.pdf

• 语言: 中文（简体）
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/huchunxu

摘要

文档阐述了ROS中的坐标系管理系统，重点介绍了机器人系统中的坐标变换，包括坐标系与全局坐标系的关系、TF功能包的功能，以及广播和监听TF变换的实现。还通过小海龟跟随实验展示了坐标变换的实际应用，并介绍了相关的命令行工具和可视化工具的使用。

AI总结

以下是文档内容的简要总结：

### 1. 关键问题与核心内容
文档围绕ROS坐标系管理系统探讨了以下几个核心问题：
- 机器人头部坐标系相对于全局坐标系的关系。
- 机器人夹取物体相对于机器人中心坐标系的位置。
- 机器人中心坐标系相对于全局坐标系的位置。
- TF坐标变换的实现方式。

### 2. 机器人坐标变换
- **坐标系关系**：机器人系统中存在多个坐标系，如移动机器人的本体坐标系（base_link）与雷达坐标系（base_laser）之间的变换关系。
- **TF功能包**：主要用于广播和监听坐标变换数据，支持机器人系统中复杂的多坐标系变换。
- **坐标变换案例**：文档举例说明了某一位姿在A、B两个坐标系下的坐标变换，参考自《机器人学导论》。

### 3. TF坐标变换的实现
- **广播TF变换**：通过`tf`功能包广播坐标变换数据。
- **监听TF变换**：通过监听器接收并使用坐标变换数据。
- **命令行工具**：使用`tf_echo`查看坐标变换关系，`rosrun tf view_frames`可视化坐标系变换树。
- **可视化工具**：推荐使用`rviz`进行坐标系的可视化。

### 4. 实验案例
- **小海龟跟随实验**：通过实验演示了Turtle1与Turtle2之间的坐标变换关系。
- **变换结果**：平移量（translation）：[6.666, 6.6699, 6.666]。
- **旋转量（rotation）**：
- 四元数（quaternion）：[0.6996, 0.6996, 0.6311, 0.6996]。
- 旋转角（RPY，弧度）：[6.699, -6.6996, 0.633]。
- 旋转角（RPY，度）：[6.696, -6.966, 36.296]。

### 5. 实验命令
- 安装TF功能包：`$ sudo apt-get install ros-melodic-turtle-tf`。
- 启动小海龟跟随实验：`$ roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch`。
- 控制海龟：`$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key`。
- 可视化坐标系：`$ rosrun tf view_frames` 和 `$ rosrun rviz rviz -d "rospack find turtle_tf /rviz/turtle_rviz.rviz"`。

### 总结
本文档通过理论与实践相结合的方式，详细介绍了ROS中的坐标系管理系统（TF功能包），包括坐标系的定义、变换关系、广播与监听方法，以及实际应用案例，帮助读者理解和掌握ROS坐标变换的核心知识点。