SLAM+語音機器人DIY系列：（二）ROS入門——7.理解tf的原理

這些座標系之間的關係有些是靜態的、有些是動態的。好比當機器人底盤移動的過程當中，機器人底盤與世界的相對關係map->base_footprint就會隨之變化；而安裝在機器人底盤上的激光雷達、imu這些傳感器與機器人底盤的相對關係base_footprint->base_laser_link、base_footprint->imu_link就不會隨之變化。其實，這個很好理解。

如圖25中，map->base_footprint會隨着底盤的移動而變化，即動態座標系關係。

（圖25）動態座標系關係

如圖26中，base_footprint->base_laser_link、base_footprint->imu_link不會隨着底盤的移動而變化，即靜態座標系關係。

（圖26）靜態座標系關係

（2）機器人座標關係工具tf

因爲座標及座標轉換在機器人系統中很是重要，特別是機器人在環境地圖中自主定位和導航、機械手臂對物體進行復雜的抓取任務，都須要精確的知道機器人各部件之間的相對位置及機器人在工做環境中的相對位置。所以ROS專門提供了tf這個工具用於簡化這些工做。

tf可讓用戶隨時跟蹤多個座標系的關係，機器人各個座標系之間的關係是經過一種樹型數據結構來存儲和維護的，即tf tree。藉助這個tf tree，用戶能夠在任意時間將點、向量等數據的座標在兩個座標系中完成座標值變換。

如圖27，爲一個自主導航機器人的tf tree結構圖。圓圈中是座標系的名稱，箭頭表示兩個座標系之間的關係，箭頭上會顯示該座標關係的發佈者、發佈速率、時間戳等信息。

（圖27）一個自主導航機器人的tf tree結構圖

（3）使用tf

使用tf分爲兩個部分，廣播tf變換、監聽tf變換。

廣播tf變換：

ROS網絡中的節點能夠向系統廣播座標系之間的變換關係。好比負責機器人全局定位的amcl節點會廣播map->odom的變換關係，負責機器人局部定位的輪式里程計計算節點會廣播odom->base_footprint的變換關係，機器人底盤上安裝的傳感器與底盤的變換關係能夠經過urdf機器人模型進行廣播（urdf將在後面實際機器人中進行講解）。每一個節點的廣播均可以直接將變換關係插入tf tree，不須要進行同步。經過多個節點廣播座標變換的關係，即可以實現tf tree的動態維護。

關於廣播tf變換的具體程序實現，請直接參考ROS官方教程http://wiki.ros.org/tf/Tutorials

監聽tf變換：

ROS網絡中的節點能夠從系統監聽座標系之間的變換關係，並從中查詢所須要的座標變換。好比要知道機器人底盤當前在柵格地圖座標系下的什麼地方，就能夠經過監聽map->base_footprint來實現，好比要知道機器人底盤座標系上的某個座標點在世界座標系下的座標是多少，就能夠經過監聽map->base_footprint，並經過map->base_footprint這個變換查詢出變換後的座標點取值。

關於監聽tf變換的具體程序實現，請直接參考ROS官方教程http://wiki.ros.org/tf/Tutorials