如何对机器人静态TF广播进行管理

静态TF广播

我们说TF的主要作用是对坐标系进行管理，那就管理一个试试呗？

坐标变换中最为简单的应该是相对位置不发生变化的情况，比如你家的房子在哪个位置，只要房子不拆，这个坐标应该就不会变化。

在机器人系统中也很常见，比如激光雷达和机器人底盘之间的位置关系，安装好之后基本不会变化。

在TF中，这种情况也称之为静态TF变换，我们来看看在程序中该如何实现？

运行效果

启动终端，运行如下命令：

$ ros2 run learning_tf static_tf_broadcaster$ ros2 run tf2_tools view_frames

可以看到当前系统中存在两个坐标系，一个是world，一个是house，两者之间的相对位置不会发生改变，通过一个静态的TF对象进行维护。

代码解析

来看下在代码中是如何创建坐标系并且发布静态变换的。

learning_tf/static_tf_broadcaster.py

#!/usr/bin/env python3# -*- coding: utf-8 -*-"""@作者: 古月居(www.guyuehome.com)@说明: ROS2 TF示例-广播静态的坐标变换"""import rclpy                                                                 # ROS2 Python接口库from rclpy.node import Node                                                  # ROS2 节点类from geometry_msgs.msg import TransformStamped                               # 坐标变换消息import tf_transformations                                                    # TF坐标变换库from tf2_ros.static_transform_broadcaster import StaticTransformBroadcaster  # TF静态坐标系广播器类class StaticTFBroadcaster(Node):    def __init__(self, name):        super().__init__(name)                                                  # ROS2节点父类初始化        self.tf_broadcaster = StaticTransformBroadcaster(self)                  # 创建一个TF广播器对象        static_transformStamped = TransformStamped()                            # 创建一个坐标变换的消息对象        static_transformStamped.header.stamp = self.get_clock().now().to_msg()  # 设置坐标变换消息的时间戳        static_transformStamped.header.frame_id = 'world'                       # 设置一个坐标变换的源坐标系        static_transformStamped.child_frame_id  = 'house'                       # 设置一个坐标变换的目标坐标系        static_transformStamped.transform.translation.x = 10.0                  # 设置坐标变换中的X、Y、Z向的平移        static_transformStamped.transform.translation.y = 5.0                            static_transformStamped.transform.translation.z = 0.0        quat = tf_transformations.quaternion_from_euler(0.0, 0.0, 0.0)          # 将欧拉角转换为四元数（roll, pitch, yaw）        static_transformStamped.transform.rotation.x = quat[0]                  # 设置坐标变换中的X、Y、Z向的旋转（四元数）        static_transformStamped.transform.rotation.y = quat[1]        static_transformStamped.transform.rotation.z = quat[2]        static_transformStamped.transform.rotation.w = quat[3]        self.tf_broadcaster.sendTransform(static_transformStamped)              # 广播静态坐标变换，广播后两个坐标系的位置关系保持不变def main(args=None):    rclpy.init(args=args)                                # ROS2 Python接口初始化    node = StaticTFBroadcaster("static_tf_broadcaster")  # 创建ROS2节点对象并进行初始化    rclpy.spin(node)                                     # 循环等待ROS2退出    node.destroy_node()                                  # 销毁节点对象    rclpy.shutdown()

完成代码的编写后需要设置功能包的编译选项，让系统知道Python程序的入口，打开功能包的setup.py文件，加入如下入口点的配置：

entry_points={        'console_scripts': [            'static_tf_broadcaster = learning_tf.static_tf_broadcaster:main',        ],    },

经过这段代码，两个坐标系的变化是描述清楚了，到了使用的时候，我们又该如何查询呢？

TF监听

我们再来学习下如何查询两个坐标系之间的位置关系。

运行效果

启动一个终端，运行如下节点，就可以在终端中看到周期显示的坐标关系了。

$ ros2 run learning_tf tf_listener

代码解析

这个节点中是如何查询坐标关系的，我们来看下代码

learning_tf/tf_listener.py

#!/usr/bin/env python3# -*- coding: utf-8 -*-"""@作者: 古月居(www.guyuehome.com)@说明: ROS2 TF示例-监听某两个坐标系之间的变换"""import rclpy                                              # ROS2 Python接口库from rclpy.node import Node                               # ROS2 节点类import tf_transformations                                 # TF坐标变换库from tf2_ros import TransformException                    # TF左边变换的异常类from tf2_ros.buffer import Buffer                         # 存储坐标变换信息的缓冲类from tf2_ros.transform_listener import TransformListener  # 监听坐标变换的监听器类class TFListener(Node):    def __init__(self, name):        super().__init__(name)                                      # ROS2节点父类初始化        self.declare_parameter('source_frame', 'world')             # 创建一个源坐标系名的参数        self.source_frame = self.get_parameter(                     # 优先使用外部设置的参数值，否则用默认值            'source_frame').get_parameter_value().string_value        self.declare_parameter('target_frame', 'house')             # 创建一个目标坐标系名的参数        self.target_frame = self.get_parameter(                     # 优先使用外部设置的参数值，否则用默认值            'target_frame').get_parameter_value().string_value        self.tf_buffer = Buffer()                                   # 创建保存坐标变换信息的缓冲区        self.tf_listener = TransformListener(self.tf_buffer, self)  # 创建坐标变换的监听器        self.timer = self.create_timer(1.0, self.on_timer)          # 创建一个固定周期的定时器，处理坐标信息    def on_timer(self):        try:            now = rclpy.time.Time()                                 # 获取ROS系统的当前时间            trans = self.tf_buffer.lookup_transform(                # 监听当前时刻源坐标系到目标坐标系的坐标变换                self.target_frame,                self.source_frame,                now)        except TransformException as ex:                            # 如果坐标变换获取失败，进入异常报告            self.get_logger().info(                f'Could not transform {self.target_frame} to {self.source_frame}: {ex}')            return        pos  = trans.transform.translation                          # 获取位置信息        quat = trans.transform.rotation                             # 获取姿态信息（四元数）        euler = tf_transformations.euler_from_quaternion([quat.x, quat.y, quat.z, quat.w])        self.get_logger().info('Get %s -- > %s transform: [%f, %f, %f] [%f, %f, %f]'           % (self.source_frame, self.target_frame, pos.x, pos.y, pos.z, euler[0], euler[1], euler[2]))def main(args=None):    rclpy.init(args=args)                       # ROS2 Python接口初始化    node = TFListener("tf_listener")            # 创建ROS2节点对象并进行初始化    rclpy.spin(node)                            # 循环等待ROS2退出    node.destroy_node()                         # 销毁节点对象    rclpy.shutdown()                            # 关闭ROS2 Python接口

完成代码的编写后需要设置功能包的编译选项，让系统知道Python程序的入口，打开功能包的setup.py文件，加入如下入口点的配置：

entry_points={        'console_scripts': [            'static_tf_broadcaster = learning_tf.static_tf_broadcaster:main',            'tf_listener = learning_tf.tf_listener:main',        ],    },

好啦，大家现在对TF的基本使用有所了解了。我们继续挑战两只海龟跟随的案例。