ROS--TF学习--介绍

简介

TF是ROS系统中的功能包，用于便捷地进行坐标变换。这里将涉及机器人学的一些知识，有欧拉角、四元数、线性代数、坐标变换……可以看教材、搜百度维基进行学习。值得说明的是，欧拉角共有12种表示，常用的是航空模式下的欧拉角，其是绕机体（刚体）Z Y X轴旋转得到的，在tf中称为eulerYPR; 同理，RPY(ROLL PITCH YAW)指的是绕固定坐标系xyz旋转得到。这两者在一定意义上是等价的，即对应的旋转角度是一样的。

TF中的坐标关系表

从B到A的坐标变换 = 从A到B的坐标系变换（frame transform）= B在A的姿态变换

A为原坐标系

B为变换后的坐标系

等价性证明

令

A 为：定坐标系o-xyz      坐标 p   坐标向量[A1 A2 A3]

B 为：动坐标系O-XYZ    坐标 P  坐标向量[B1 B2 B3]

1. 从B到A的坐标变换 

RP=p

2. 从A到B的坐标系变换（frame transform）

[A1 A2 A3]p=[B1 B2 B3]P     

R为A坐标向量到B坐标向量的映射矩阵R，即  [A1 A2 A3] R =[B1 B2 B3]  

 合并得到 [A1 A2 A3]p=[A1 A2 A3]RP --> p=RP

3. B在A的姿态变换描述

假设A和B坐标系重合，点Q相对B动坐标系坐标不变即为坐标P，经过绕定坐标XYZ旋转旋转矩阵为R，得到Q在A的姿态描述p，也得到 p=RP。

工作机制

TF的工作机制是以 tf 的topic进行坐标系的管理。以官方的例程来看，坐标系节点会不断向topic（/tf）发送（broadcatser）相对与某个参考坐标系的坐标和转角（用欧拉角或则四元数表示），参考坐标系可以是世界坐标系 /world，或者是其他坐标系 /turtleX，这样可以建立一棵关系树，如下图。然后，通过listener实时监听，得到所需的坐标关系，进行处理转换。

参考：

http://blog.exbot.net/archives/1686  

ros/tf： http://wiki.ros.org/tf/