网站开发+进度表,东莞南海网站制作,怎么做自适应的网站,php网站管理系统下载当我们进行机器人开发时#xff0c;常常需要面对TF坐标转换#xff0c;本文以 Autolabor Pro1 与思岚激光雷达为例#xff0c;介绍ROS TF的使用。Autolabor Pro1是什么#xff1f;Autolabor Pro1是一款室内外通用机器人移动底盘。该平台上可集成激光雷达、摄像头、GPS等传感…当我们进行机器人开发时常常需要面对TF坐标转换本文以 Autolabor Pro1 与思岚激光雷达为例介绍ROS TF的使用。Autolabor Pro1是什么Autolabor Pro1是一款室内外通用机器人移动底盘。该平台上可集成激光雷达、摄像头、GPS等传感器云台、机械臂、抓持器等附件设备基于平台可实现SLAM、自主路径规划导航、障碍物避障等功能适用于巡检、抓取、智能驾驶、协同控制、计算机视觉、深度学习等技术的研究与应用。提供底层驱动和基于ROS平台的API接口精准的PID控制与运动模型方便硬件集成和二次开发。详细了解 | Autolabor Pro1TF是什么tf介绍wiki.ros.orgtf is a package that lets the user keep track of multiple coordinate frames over time. tf maintains the relationship between coordinate frames in a tree structure buffered in time, and lets the user transform points, vectors, etc between any two coordinate frames at any desired point in time. 简单来说是将坐标系与坐标系连接起来使用tf树定义不同坐标系之间的平移与旋转变换关系并且持续追踪多个坐标系内的变化情况。为什么需要坐标变换在ROS中定义了许多坐标系有机器人坐标系(base_link)有雷达坐标系(base_laser)地图坐标系(map)里程计坐标系(odom)等。以机器人中心为原点的坐标系称为base_link坐标系以激光雷达中心为原点的坐标系称为base_laser坐标系。以下图机器人与激光雷达为例假设在机器人运行过程中激光雷达可以采集到距离前方障碍物的数据这些数据当然是以激光雷达为原点的测量值换句话说也就是base_laser参考系下的测量值。现在如果我们想使用这些数据帮助机器人完成避障功能当然由于激光雷达在机器人之上直接使用这些数据不会产生太大的问题但是激光雷达并不在机器人的中心之上在极度要求较高的系统中会始终存在一个雷达与机器人中心的偏差值。这个时候如果我们采用一种坐标变换将激光数据从base_laser参考系变换到base_link参考下问题不就解决了么。这里我们就需要定义这两个坐标系之间的变换关系。 下面以思岚激光雷达为例讲解Autolabor Pro1与激光雷达的tf坐标变换。补充知识ROS坐标系在ROS中坐标轴规定可以参考 ROS-REP 103 坐标系可以参考 ROS-REP 105常规用来表示三维位置关系时使用的是右手坐标系对于一个三维空间里面的旋转可以分解成绕着坐标轴的旋转旋转的方向使用右手法则定义。右手坐标系定义把右手放在原点的位置使大姆指食指和中指互成直角把 大姆指 指向 Z轴 的正方向食指指向X轴的正方向时向时中指所指的方向就是 Y轴 的正方向 通常相对于我们的身体而言X - 朝前Y - 朝左Z - 朝上绕坐标轴旋转定义 用右手握住坐标轴大拇指 的方向朝着坐标轴朝向的正方向四指环绕的方向定义沿着这个坐标轴旋转的正方向 一般来说绕 Z轴 旋转称之为 航向角使用yaw表示;绕 X轴 旋转称之为 横滚角使用roll表示;绕 Y轴 旋转称之为 俯仰角使用pitch表示;我们通常用来表述小车运动的二维平面指的是 X-Y平面也就是X轴和Y轴张成的平面在这个平面中用来描述 小车转弯的角就是绕Z轴的旋转也就是经常说的航向角。Z轴朝上所以按照右手法则可以知道小车向 左转为正右转为负。详细了解 | ROS坐标转换讲解 | Autolabor SimulationAutolabor Pro1 base_link坐标系以机器人四轮接触面为X-Y平面四轮轴心连线的点做垂线与x-y平面的交点为base_link坐标系原点车头朝向方向为X轴正左方向为Y轴向上为Z轴。以思岚激光雷达为例我们一般在安装时都习惯将雷达不带线的一端朝车头方向雷达USB端的朝车尾方向如下图。思岚激光雷达base_laser坐标系雷达正中心为坐标原点USB端的方向为X轴正方向正左方向为Y轴向上为Z轴。测量雷达中心相对机器人坐标原点(0,0,0)的距离得到雷达在机器人坐标系中(x:0.1,y:0.0,z:0.2)ROS中长度单位为米/m。前面我们提到思岚雷达的X轴正方向与机器人的X轴正方向为相反方向雷达坐标系需要绕Z轴顺时针旋转180度才能与机器人base_link坐标系重合 旋转(yaw:3.14,roll:0,pitch:0)ROS中角度单位为弧度/rad。根据这些数据当我们获取激光数据后采用(x: 0.1m, y: 0.0m, z: 0.2m, yaw:3.14, roll:0, pitch:0)的坐标变换就可以将数据从base_laser参考系变换到base_link参考系这就定义出了两个参考系之间的变换关系。从上边的示例看来参考系之间的坐标变换好像并不复杂但是在复杂的系统中存在的参 考系可能远远大于两个如果我们都使用这种手动的方式进行变换估计很快你就会被繁杂的坐标关系搞蒙了。ROS提供的tf变换就是为解决这个问题而生的tf功能包提供了存储、计算不同数据在不同参考系之间变换的功能我们只需要告诉tf树这些参考系之间的变换公式即可这颗tf树就可以通过树的数据结构管理我们所需要的参考系变换。为了定义和存储base_link和base_laser两个参考系之间的关系我们需要将他们添加到tf树中。从树的概念上来讲tf树中的每个节点都对应一个参考系而节点之间的边对应于参考系之间的变换关系。tf就是使用这样的树结构保证每两个参考系之间只有一种遍历方式而且所有变换关系都是母节点到子节点的变换。为了定义参考系我们需要定义两个节点一个对应于base_link参考系一个对应于base_laser参考系。为了创建两个节点之间的边我们首先需要决定哪一个节点作为母节点哪一个节点作为子节点这一点在tf树中是非常重要的。这里我们选择base_link作为母节点这样会方便后边为机器人添加更多的传感器作为子节点。 详细了解 | TF坐标变换的学习所以从base_link节点到base_laser节点的变换关系为(x: 0.1m, y: 0.0m, z: 0.2m, yaw:3.14, roll:0, pitch:0)设置完毕后我们就可以通过调用tf库完成base_laser参考系到base_link参考系的数据坐标变换了。如何发布tf变换关系static_transform_publisher介绍wiki.ros.orgstatic_transform_publisher is designed both as a command-line tool for manual use, as well as for use within roslaunch files for setting static transforms. 我们最常使用的是tf包中的static_transform_publisher它即可在命令行直接运行也可写在launch文件中配置坐标转换关系。Publish a static coordinate transform to tf using an x/y/z offset in meters and yaw/pitch/roll in radians. (yaw is rotation about Z, pitch is rotation about Y, and roll is rotation about X). The period, in milliseconds, specifies how often to send a transform. 100ms (10hz) is a good value. 使用示例node pkgtf typestatic_transform_publisher namebase_link_to_laser args0.065 0.0 0.245 1.57 0.0 0.0 /base_link /lidar 50 /这是我们最常看到的使用方法写在launch文件中。pkg包名tf type类型static_transform_publisher name名称自定便于理解 argtf参数 x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_ms.1.x y z 分别代表着相应轴的平移单位是 米。 2.yaw pitch roll 分别代表着绕z y x 三个轴的转动单位是 弧度。 3.frame_id 为坐标系变换中的父坐标系 child_frame_id为坐标系变换中的子坐标系。 4.period_in_ms 为发布频率单位为 毫秒。通常取100。一毫秒为一秒的千分之一100毫秒即为0.1秒也就是10Hz。按照前文的数据args处参数修改为0.1 0.0 0.2 3.14 0.0 0.0 /base_link /lidar 50说明传感器的frame_id的名称根据厂商或有不同一般在驱动启动launch可查看思岚激光雷达的frame_id为/lidar。详细了解 | tf之static_transform_publisher关注Autolabor公众号第一时间获取最新文章。
