古月《ROS入门21讲》17.ROS中的坐标系管理系统.pdf

以下是文档内容的简要总结： ### 1. 关键问题与核心内容 文档围绕ROS坐标系管理系统探讨了以下几个核心问题： - 机器人头部坐标系相对于全局坐标系的关系。 - 机器人夹取物体相对于机器人中心坐标系的位置。 - 机器人中心坐标系相对于全局坐标系的位置。 - TF坐标变换的实现方式。 ### 2. 机器人坐标变换 - **坐标系关系**：机器人系统中存在多个坐标系，如移动机器人的本体坐标系（base_link）与雷达坐标系（base_laser）之间的变换关系。 - **TF功能包**：主要用于广播和监听坐标变换数据，支持机器人系统中复杂的多坐标系变换。 - **坐标变换案例**：文档举例说明了某一位姿在A、B两个坐标系下的坐标变换，参考自《机器人学导论》。 ### 3. TF坐标变换的实现 - **广播TF变换**：通过`tf`功能包广播坐标变换数据。 - **监听TF变换**：通过监听器接收并使用坐标变换数据。 - **命令行工具**：使用`tf_echo`查看坐标变换关系，`rosrun tf view_frames`可视化坐标系变换树。 - **可视化工具**：推荐使用`rviz`进行坐标系的可视化。 ### 4. 实验案例 - **小海龟跟随实验**：通过实验演示了Turtle1与Turtle2之间的坐标变换关系。 - **变换结果**：平移量（translation）：[6.666, 6.6699, 6.666]。 - **旋转量（rotation）**： - 四元数（quaternion）：[0.6996, 0.6996, 0.6311, 0.6996]。 - 旋转角（RPY，弧度）：[6.699, -6.6996, 0.633]。 - 旋转角（RPY，度）：[6.696, -6.966, 36.296]。 ### 5. 实验命令 - 安装TF功能包：`$ sudo apt-get install ros-melodic-turtle-tf`。 - 启动小海龟跟随实验：`$ roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch`。 - 控制海龟：`$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key`。 - 可视化坐标系：`$ rosrun tf view_frames` 和 `$ rosrun rviz rviz -d "rospack find turtle_tf /rviz/turtle_rviz.rviz"`。 ### 总结 本文档通过理论与实践相结合的方式，详细介绍了ROS中的坐标系管理系统（TF功能包），包括坐标系的定义、变换关系、广播与监听方法，以及实际应用案例，帮助读者理解和掌握ROS坐标变换的核心知识点。