古月《ROS入门21讲》18.tf坐标系广播与监听的编程实现.pdf

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

摘要

文档详细介绍了在ROS中实现tf坐标系的广播与监听的编程方法，包括创建功能包、编写广播器和监听器代码的Python和C++实现，以及配置CMakeLists.txt以便编译代码。文档还提供了运行示例，展示了如何在turtlesim环境中运行tf广播器和监听器节点，用于实现海龟之间的坐标变换与控制。

AI总结

以下是文档内容的总结：

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### 《ROS入门21讲》18.tf坐标系广播与监听的编程实现

#### 功能包的创建
1. 创建功能包：

   cd ~/catkin_ws/src
   catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy turtlesim

功能包包含主文件夹 `learning_tf` 和相关配置文件（如 `src`、`CMakeLists.txt`、`package.xml`）。

2. 功能包依赖的核心包包括 `roscpp`、`rospy` 和 `turtlesim`。

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#### tf广播器与监听器代码实现

#### 1. Python实现

##### (1) 广播器代码（`turtle_tf_broadcaster.py`）
- 定义 `tf.TransformBroadcaster` 实例，广播 `turtle` 的位姿信息。
- 订阅 `/turtle/pose` 主题，回调函数 `handle_turtle_pose` 将位姿数据转换为坐标变换并发布。
- 使用 `sendTransform` 方法广播坐标变换：

  br.sendTransform((x, y, 0), quaternion_from_euler(0, 0, theta), rospy.Time.now(), turtle_name, "world")

##### (2) 监听器代码（`turtle_tf_listener.py`）
- 定义 `tf.TransformListener` 实例，监听 `turtle2` 的速度指令并控制 `turtle1`。
- 请求 `/spawn` 服务，生成 `turtle2`。
- 发布 `turtle2` 的速度控制指令，计算与 `turtle1` 之间的距离和角度：

  angular = 4 * math.atan2(trans.transform.translation.y, trans.transform.translation.x)
  linear = 9.5 * math.sqrt(trans.transform.translation.x**2 + trans.transform.translation.y**2)

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#### 2. C++实现

##### (1) 广播器代码
- 初始化 `tf::TransformBroadcaster`，广播 `world` 与 `turtle` 坐标系之间的变换。
- 通过 `sendTransform` 方法发布变换数据：

  br.sendTransform(ros::Time::now(), "world", turtle_name, transform);

##### (2) 监听器代码
- 使用 `tf::TransformListener` 查找 `turtle1` 与 `turtle2` 之间的坐标变换。
- 根据变换数据计算 `turtle2` 的速度指令，发布至 `/turtle2/cmd_vel` 主题。

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#### CMakeLists.txt 配置
1. 设置需要编译的代码和生成的可执行文件：

   add_executable(turtle_tf_broadcaster src/turtle_tf_broadcaster.cpp)
   target_link_libraries(turtle_tf_broadcaster ${catkin_LIBRARIES})
   add_executable(turtle_tf_listener src/turtle_tf_listener.cpp)
   target_link_libraries(turtle_tf_listener ${catkin_LIBRARIES})

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#### 运行步骤
1. 编译代码：

   cd ~/catkin_ws
   catkin_make
   source devel/setup.bash

2.启动 ROS 节点：

   roscore
   rosrun turtlesim turtlesim_node
   rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster _name:=turtle1_tf_broadcaster /turtle1
   rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster _name:=turtle2_tf_broadcaster /turtle2
   rosrun learning_tf turtle_tf_listener
   rosrun turtlesim turtle_teleop_key

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#### 运行效果
- `turtle_tf_broadcaster` 节点广播 `turtle1` 和 `turtle2` 的坐标变换。
- `turtle_tf_listener` 节点监听坐标变换，计算 `turtle2` 的速度指令，并控制其运动。
- `turtle_teleop_key` 节点用于手动控制 `turtle1` 的运动。

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以上为文档内容的核心要点总结，涵盖了 tf 坐标系的广播与监听实现、代码逻辑、CMake 配置和运行步骤。