理解ROS2的坐标转换模块tf2

发布时间 2023-12-19 18:45:59作者: _bob

0 概述

tf2是ROS的核心库之一,它记录了所有坐标系的转换关系,包括动态坐标转换tf,和静态坐标转换tf_static;

首先,介绍tf2库(即,geometry2)编译/调试环境的搭建步骤;然后,介绍部分的类图结构,和调用时序;

1 搭建ROS2的编译环境

参考:http://docs.ros.org/en/iron/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html

2 搭建tf2的编译环境

2.1 编译tf2

tf2模块的代码在:https://github.com/ros2/geometry2

下载代码到服务器后,编译步骤如下:

colcon build
# 可以指定要编译的包:colcon build --packages-select tf2

2.2 静态坐标转换的发布节点

uav@uav-mt:/tmp/geometry2$ build/tf2_ros/static_transform_publisher --frame-id "world" --child-frame-id "robot"

2.3 查看静态坐标转换

每次订阅/tf_static 都会收到1次全量的静态tf 关系;

. /tmp/geometry2/install/setup.bash
ros2 topic list
ros2 topic echo /tf_static

3 坐标转换的发布者的类图

3.1 静态坐标转换

在StaticTransformBroadcaster::sendTransform 中,通过判断net_message_ 中是否已经存在入参的tf(根据child_frame_id),决定在net_message_ 中更新或追加该tf;

之后,发布net_message_;

3.2 动态坐标转换

与StaticTransformBroadcaster 相比,TransformBroadcaster 的区别如下,

 StaticTransformBroadcasterTransformBroadcaster
构造函数中的qos 选项 无rclcpp::QosPolicyKind::Durability 有rclcpp::QosPolicyKind::Durability
发布的topic 名 /tf_static /tf
sendTransform 的实现 维护了net_message_(内含tf_static 数组),如果存在与输入的tf 相同child_frame_id 的tf,更新该tf 直接发布输入的tf

4 坐标转换的监听器的类图

在TransformListener 的构造函数中,完成对"/tf_static" 和"/tf" 的订阅,注册回调函数subscription_callback;

subscription_callback 通过TimeCacheInterface::insertData 接口,往成员变量frames_ 中,写入静态,或者动态tf;

5 时序图

以运动补偿节点Compensator 为例,如下:

x 参考

x.1 https://zhuanlan.zhihu.com/p/28288871

x.2 http://dev.ros2.fishros.com/doc/Tutorials/Tf2/Learning-About-Tf2-And-Time-Cpp.html