【古月居《ros入门21讲》学习笔记】16_tf坐标系广播与监听的编程实现

目录

说明：

1. 实现过程（C++）

创建功能包（C++）

创建tf广播器代码（C++）

创建tf监听器代码（C++）

配置tf监听器与广播器代码编译规则

编译并运行

编译

运行

2. 实现过程（Python）

创建tf广播器代码（Python）

创建tf监听器代码（Python）

运行效果

说明：

1. 本系列学习笔记基于B站：古月居《ROS入门21讲》课程，且使用的Ubuntu与ROS系统版本与课程完全一致；

虚拟机版本Linux系统版本ROS系统版本
VMware WorkStation Pro 16Ubuntu18.04Melodic

2. 课程中的所有示例代码均已跑通，且对Pyhon版本的代码也都做了运行验证，并附带验证过程（错误均已修正）；

3. 本节是整个笔记的第16节，对应视频课程的第18节，请自行对应学习；

4. 整个系列笔记基本已经完结，但部分章节仍需润色修改 ，后面会陆续发布，请大家持续关注，      创作不易，感谢支持！

1. 实现过程（C++）

创建功能包（C++）

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tfturtlesim

image-20230606160521970

创建tf广播器代码（C++）

cd ~/catkin_ws/src/learning_tf/src
touch turtle_tf_broadcaster.cpp

  • 定义tf广播器（TransformBroadcaster）；

  • 创建坐标变换值；

  • 发布坐标变换（sendTransform）

/*** 该例程产生tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令*/
​
#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <turtlesim/Pose.h>
​
std::string turtle_name;
​
void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg)
{// 创建tf的广播器static tf::TransformBroadcaster br;
​// 初始化tf数据tf::Transform transform;transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) );tf::Quaternion q;q.setRPY(0, 0, msg->theta);transform.setRotation(q);
​// 广播world与海龟坐标系之间的tf数据br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));
}
​
int main(int argc, char** argv)
{// 初始化ROS节点ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster");
​// 输入参数作为海龟的名字if (argc != 2){ROS_ERROR("need turtle name as argument"); return -1;}
​turtle_name = argv[1];
​// 订阅海龟的位姿话题ros::NodeHandle node;ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback);
​// 循环等待回调函数ros::spin();
​return 0;
};
​
​

image-20230606161054441

创建tf监听器代码（C++）

cd ~/catkin_ws/src/learning_tf/src
touch turtle_tf_listener.cpp

  • 定义tf监听器（TransformListener）；

  • 查找坐标变换（waitForTransform、lookupTransform）

/*** 该例程监听tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令*/
​
#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_listener.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
#include <turtlesim/Spawn.h>
​
int main(int argc, char** argv)
{// 初始化ROS节点ros::init(argc, argv, "my_tf_listener");
​// 创建节点句柄ros::NodeHandle node;
​// 请求产生turtle2ros::service::waitForService("/spawn");ros::ServiceClient add_turtle = node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn");turtlesim::Spawn srv;add_turtle.call(srv);
​// 创建发布turtle2速度控制指令的发布者ros::Publisher turtle_vel = node.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle2/cmd_vel", 10);
​// 创建tf的监听器tf::TransformListener listener;
​ros::Rate rate(10.0);while (node.ok()){// 获取turtle1与turtle2坐标系之间的tf数据tf::StampedTransform transform;try{listener.waitForTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), ros::Duration(3.0));listener.lookupTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), transform);}catch (tf::TransformException &ex) {ROS_ERROR("%s",ex.what());ros::Duration(1.0).sleep();continue;}
​// 根据turtle1与turtle2坐标系之间的位置关系，发布turtle2的速度控制指令geometry_msgs::Twist vel_msg;vel_msg.angular.z = 4.0 * atan2(transform.getOrigin().y(),transform.getOrigin().x());vel_msg.linear.x = 0.5 * sqrt(pow(transform.getOrigin().x(), 2) +pow(transform.getOrigin().y(), 2));turtle_vel.publish(vel_msg);
​rate.sleep();}return 0;
};

image-20230606162405983

配置tf监听器与广播器代码编译规则

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})

image-20230606165523395

编译并运行

编译
cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash（如已配置 **.bashrc**文件，则此步不需要，配置方法在publisher的章节里）

image-20230606173417459

运行
roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node

下面我们传入参数 第1个参数：因为在turtle_tf_broadcaster.cpp定义节点时使用了"my_tf_broadcaster"的名字，所以后面使用__name:=传入新的名字代 替"my_tf_broadcaster"，以此来避免名字重复（ROS中的节点名字不能重复），如此就能重复跑这个程序了。

第2个参数：turtle名称 turtle1 和 turtle2。

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

上面完成后，会有一只海龟在中心点，另一只海龟在左下方，并且左下方的海龟会跑向中间的那只海龟

image-20230607105934024

打开键盘控制节点，通过键盘控制中心点那只海龟，另只海龟也会自动的跟随前面的那只海龟同步去运动

rosrun turtlesim turtle_teleop_key

image-20230607110507433

2. 实现过程（Python）

创建tf广播器代码（Python）

cd ~/catkin_ws/src/learning_tf
mkdir scripts
cd scripts
touch turtle_tf_broadcaster.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# 该例程将请求/show_person服务，服务数据类型learning_service::Person
​
import roslib
roslib.load_manifest('learning_tf')
import rospy
​
import tf
import turtlesim.msg
​
def handle_turtle_pose(msg, turtlename):br = tf.TransformBroadcaster()br.sendTransform((msg.x, msg.y, 0),tf.transformations.quaternion_from_euler(0, 0, msg.theta),rospy.Time.now(),turtlename,"world")
​
if __name__ == '__main__':rospy.init_node('turtle_tf_broadcaster')turtlename = rospy.get_param('~turtle')rospy.Subscriber('/%s/pose' % turtlename,turtlesim.msg.Pose,handle_turtle_pose,turtlename)rospy.spin()
​
​

image-20230607111815061

创建tf监听器代码（Python）

cd ~/catkin_ws/src/learning_tf/scripts
touch turtle_tf_listener.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# 该例程将请求/show_person服务，服务数据类型learning_service::Person
​
import roslib
roslib.load_manifest('learning_tf')
import rospy
import math
import tf
import geometry_msgs.msg
import turtlesim.srv
​
if __name__ == '__main__':rospy.init_node('turtle_tf_listener')
​listener = tf.TransformListener()
​rospy.wait_for_service('spawn')spawner = rospy.ServiceProxy('spawn', turtlesim.srv.Spawn)spawner(4, 2, 0, 'turtle2')
​turtle_vel = rospy.Publisher('turtle2/cmd_vel', geometry_msgs.msg.Twist,queue_size=1)
​rate = rospy.Rate(10.0)while not rospy.is_shutdown():try:(trans,rot) = listener.lookupTransform('/turtle2', '/turtle1', rospy.Time(0))except (tf.LookupException, tf.ConnectivityException, tf.ExtrapolationException):continue
​angular = 4 * math.atan2(trans[1], trans[0])linear = 0.5 * math.sqrt(trans[0] ** 2 + trans[1] ** 2)cmd = geometry_msgs.msg.Twist()cmd.linear.x = linearcmd.angular.z = angularturtle_vel.publish(cmd)
​rate.sleep()
​
​

image-20230607112048252

注意：给turtle_tf_broadcaster.py 和 turtle_tf_listener.py文件赋予作为程序文件执行的权限，

点击turtle_tf_broadcaster.py文件，右键，属性，权限，勾选（允许作为程序文件执行），

turtle_tf_listener.py文件操作同上，在ROS-Melodic版本中，python文件不需要编译，直接运行即可。

image-20230607112635115

运行效果

roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
​
rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster.py __name:=turtle1_tf_broadcaster _turtle:=turtle1
rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster.py __name:=turtle2_tf_broadcaster _turtle:=turtle2
rosrun learning_tf turtle_tf_listener.py
​
rosrun turtlesim turtle_teleop_key

image-20230607113817681

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