ROS中TF座標變換常用工具

對於機械人，無論是多機械人還是單機械人中的各個部分，其都可以以自身建立座標系，除此之外還有乙個世界座標系，對於這麼多的座標系，我們經常會需要知道某一物體在不同座標系下的位置，這就需要使用到座標變換。

對於座標變換，我們知道其對應的有線性的位移和旋轉變換，在座標變換的表達上也有很多方式，例如旋轉矩陣，尤拉角，四元數等方式，我們不詳細討論這些座標變換的具體內容，我們主要關注在ros中帶有的座標變換的tf功能包。

在tf功能包中常見的幾個tf工具有tf_monitor、tf_echo、static_transform_publisher、view_frames等，這幾個工具能夠實現tf座標變換的簡單顯示。

tf_monitor是用於檢視tf樹中的座標系的發布狀態，可以檢視所有座標系的發布狀態，也可以檢視指定座標系之間的發布狀態。

我們執行如下命令：

rosrun tf tf_monitor

即可檢視所有座標系的發布狀態，我現在執行了幾個小烏龜，其顯示發布狀態如下：

在上面的顯示發布資訊中，我們可以看到，我們一共發布了三個小烏龜的資訊，後面顯示的是平均延時和最大延時的資訊。

要想看兩個座標系之間的座標變換，我們可以使用tf_echo命令，顯示不同座標系之間的轉換關係。執行如下命令：

rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2

可以顯示兩個座標系之間的轉換關係，其中第乙個是源座標系，第二個是目標座標系，其輸出如下：

我們可以看到，顯示的座標轉換的訊息主要包括如下資訊：

1、時間戳資訊，顯示特定時刻下的轉換關係，由於座標系之間可能會隨著時間變化而變化。

2、平移變換，以向量的形式發布在x，y，z上的平移變換

2、旋轉變換，旋轉變換的資訊表示有三種，分別是以四元數、弧度下的尤拉角、角度下的尤拉角表示。

除了顯示不同座標系之間的變換關係外，我們還可以發布兩個座標系之間的靜態座標變換，使用如下命令

rosrun tf static_transform_publisher x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_ms

這個命令發布兩個座標系之間的額靜態的座標變化，這兩個座標系不發生相對位置變化，相當於設定乙個父座標和子座標之間的變換關係。

上述命令中的x，y，z表示其變換的平移，後邊三個分別為yaw偏航角，繞z軸逆時針旋轉，pitch俯仰角，繞y軸逆時針旋轉，roll翻滾角，繞x軸逆時針旋轉，旋轉變換的三個角正好是按著zyx這樣反著的順序來的，如果對尤拉角相關不熟，可以參考飛機飛行姿態時的角度訊息，會對這些角有更形象的理解。

除此之外，還可以用四元數來表示旋轉資訊。命令和上面的命令十分接近，如下：

rosrun tf static_transform_publisher x y z qx qy qz qw frame_id child_frame_id period_in_ms

由上面的命令可以看出，我們只是把尤拉角的引數換成了四元數，四元數是定義了乙個有乙個實部，三個虛部的數，可以和旋轉向量之間進行轉換。這裡有關尤拉角、旋轉變換、四元數以及萬向鎖的的問題，以後有空再講。

除了以上的命令外，tf還有視覺化的除錯工具，可以生成pdf檔案進行檢視整個tf樹。使用如下命令可以生成pdf檔案：

rosrun tf view_frame

我們生成的pdf顯示如下：

可以看出，整個tf樹中，我們有世界座標系和三個小烏龜的座標系。

在後續中的文章中，對tf的例程進行說明。