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机器人坐标变换TF(ROS Transform)示例解释

news 来源：原创 2025/6/13 7:15:01

1. TF发布

静态变换：优先通过Launch文件配置，确保启动时自动加载。
动态变换：需在代码中循环发布（频率通常≥10Hz），避免TF断开。
坐标系设计：传感器数据绑定到自身坐标系（如base_scan）。
机器人本体坐标系层级：world→map→odom→base_footprint→base_link→传感器坐标系。

1.1 终端静态发布

用于发布固定不变的坐标系变换（如传感器与机器人本体的固定关系），常用工具为 static_transform_publisher，语法如下：

#参数说明 ：
#x y z：父坐标系到子坐标系的平移向量 （单位：米）。
#yaw pitch roll：绕Z-Y-X轴的欧拉角旋转 （单位：弧度）。
#frame_id：父坐标系名称（如base_link）。
#child_frame_id：子坐标系名称（如laser）。
#period_in_ms：发布周期（单位：毫秒，通常设为100ms）。
rosrun tf static_transform_publisher x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_ms#示例：
#发布base_link到base_scan的变换（平移0.1m向前，0.2m向上，无旋转），即将base_link主题的数据(x y z yaw pitch roll)，进行变换为(x+0.1 y z+0.2 yaw pitch roll)发布到base_scan主题：
# 物理意义验证，假设机器人基座（base_link）位于 (x, y, z)，激光雷达（base_scan）安装在基座前方 0.1m 和上方 0.2m 处，通过这个命令，激光雷达的坐标会正确表示为 base_link 坐标加 (0.1, 0, 0.2)，符合实际安装位置。
rosrun tf static_transform_publisher 0.1 0 0.2 0 0 0 base_link base_scan 100

1.2 Launch文件静态发布

<!-- 语法 含义参考命令终端-->
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="transform_name"args="x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_ms"/><!--# 示例-->
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="laser_tf"args="0.1 0 0.2 0 0 0 base_link base_scan 100"/>

1.3 动态TF发布

用于发布实时变化的坐标系变换（如机器人本体运动），需通过代码实现，下面示例发布odom到base_footprint的动态变换（里程计坐标系到机器人2D投影坐标系）。

import rospy
import tf2_ros
from geometry_msgs.msg import TransformStampedrospy.init_node('dynamic_tf_publisher')
broadcaster = tf2_ros.TransformBroadcaster()
rate = rospy.Rate(10)  # 10Hzwhile not rospy.is_shutdown():transform = TransformStamped()transform.header.stamp = rospy.Time.now()transform.header.frame_id = "odom"transform.child_frame_id = "base_footprint"transform.transform.translation.x = 1.0transform.transform.rotation.w = 1.0broadcaster.sendTransform(transform)rate.sleep()

1.4 发布规则

父子坐标系关系：每个TF变换需明确父坐标系（frame_id）和子坐标系（child_frame_id），变换方向为父→子。
时间戳同步：动态TF需使用ros::Time::now()确保时间戳同步，避免TF缓存错误。
多机器人场景：多机器人系统中需为每个机器人命名独立坐标系（如robot1/base_link），并通过world坐标系统一管理

2. 订阅监听

2.1 监听特定坐标系变换

使用 tf_echo 工具实时监听两个坐标系之间的变换：

# 参数说明 ：
#frame_id：父坐标系名称（如map）。
#child_frame_id：子坐标系名称（如base_link）。
rosrun tf tf_echo frame_id child_frame_id# 示例：监听map到base_link的变换：
# 输出内容包含平移（translation）、旋转（rotation）和时间戳等信息
rosrun tf tf_echo map base_link

2.2 查看整个TF树

#在线查看
rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree
# 生成文件
rosrun tf view_frames

在这里插入图片描述

2.3 代码动态监听

import rospy
import tf2_rosrospy.init_node('tf_subscriber')
buffer = tf2_ros.Buffer()
listener = tf2_ros.TransformListener(buffer)rate = rospy.Rate(10)  # 10Hz
while not rospy.is_shutdown():try:transform = buffer.lookup_transform("odom", "base_footprint", rospy.Time(0))print("Current transform:", transform.transform)except tf2_ros.LookupException:continuerate.sleep()

2.4 订阅规则

时间戳同步：
使用rospy.Time(0)获取最新缓存数据，避免因时间戳不匹配导致失败。
若需精确时间点的变换（如传感器数据同步），需确保时间戳对齐。
TF缓存机制：
TransformListener默认缓存最近5秒的TF数据，可通过参数调整缓存时长：
buffer = tf2_ros.Buffer(ros::Duration(10.0))
多机器人场景：在多机器人系统中，需通过命名空间区分坐标系（如robot1/base_link），并通过world坐标系统一管理