写在前面

本文根据官网上 tf 学习教程（ http://wiki.ros.org/tf/Tutorials/Writing%20a%20tf%20listener%20%28C++%29 ） 和 tf 增加一个坐标系 （http://wiki.ros.org/tf/Tutorials/Adding%20a%20frame%20%28C%2B%2B%29）

本教程完整代码见：https://download.csdn.net/download/qq_39779233/12344773

新建一个package ： learning_tf

catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy turtlesim

一、写一个 tf broadcaster (发布者)

roscd learning_tf

learning_tf/src/turtle_tf_broadcaster.cpp 程序：

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <turtlesim/Pose.h>

std::string turtle_name;

void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg)
{
    
    // tf广播器
    static tf::TransformBroadcaster br;

    // 根据乌龟当前的位姿，设置相对于世界坐标系的坐标变换
    tf::Transform transform;
    transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) );
    tf::Quaternion q;
    q.setRPY(0, 0, msg->theta);
    transform.setRotation(q);

    // 发布坐标变换
    br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));
}

int main(int argc, char** argv)
{
    
    // 初始化节点
    ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster");
    if (argc != 2)
    {
    
        ROS_ERROR("need turtle name as argument"); 
        return -1;
    };
    turtle_name = argv[1];

    // 订阅乌龟的pose信息
    ros::NodeHandle node;
    ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback);

    ros::spin();

    return 0;
};

然后在 CMakeLists.txt 中添加如下语句：

add_executable(turtle_tf_broadcaster src/turtle_tf_broadcaster.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_broadcaster ${
    catkin_LIBRARIES})

然后创建 launch 文件：
learning_tf/launch/start_demo.launch 程序：

 <launch>
    <!-- Turtlesim Node-->
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="sim"/>

    <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="teleop" output="screen"/>
    <!-- Axes -->
    <param name="scale_linear" value="2" type="double"/>
    <param name="scale_angular" value="2" type="double"/>

    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"
          args="/turtle1" name="turtle1_tf_broadcaster" />
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"
          args="/turtle2" name="turtle2_tf_broadcaster" />

  </launch>

然后运行

roslaunch learning_tf start_demo.launch

并且 箭头 按键可以控制小乌龟运动。

如果此时 在另一个终端输入 rosrun tf tf_echo /world /turtle1 可以查看 /world 与 /turtle1 之间的tf信息。
如果在另一个终端输入 rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree 可以查看 tf tree 信息。

二、写一个 tf listener (监听者)

learning_tf/src/turtle_tf_listener.cpp 程序：

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_listener.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
#include <turtlesim/Spawn.h>

int main(int argc, char** argv){
    
  ros::init(argc, argv, "my_tf_listener");

  ros::NodeHandle node;

  ros::service::waitForService("spawn");
  ros::ServiceClient add_turtle =
    node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("spawn");
  turtlesim::Spawn srv;
  add_turtle.call(srv);

  ros::Publisher turtle_vel =
    node.advertise<geometry_msgs::Twist>("turtle2/cmd_vel", 10);

  tf::TransformListener listener;

  ros::Rate rate(10.0);
  while (node.ok()){
    
    tf::StampedTransform transform;

	try {
    
	    listener.waitForTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), ros::Duration(3.0) );
	    listener.lookupTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), transform );
	} catch (tf::TransformException ex) {
    
	    ROS_ERROR("%s",ex.what());
	}

    geometry_msgs::Twist vel_msg;
    vel_msg.angular.z = 4.0 * atan2(transform.getOrigin().y(),
                                    transform.getOrigin().x());
    vel_msg.linear.x = 0.5 * sqrt(pow(transform.getOrigin().x(), 2) +
                                  pow(transform.getOrigin().y(), 2));
    turtle_vel.publish(vel_msg);

    rate.sleep();
  }
  return 0;
};

然后在 CMakeLists.txt 中添加如下语句：

add_executable(turtle_tf_listener src/turtle_tf_listener.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_listener ${
    catkin_LIBRARIES})

然后创建 launch 文件：
learning_tf/launch/start_demo_with_listener.launch 程序：

 <launch>
    <!-- 启动海龟仿真器 -->
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="sim"/>

    <!-- 启动键盘控制 -->
    <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="teleop" output="screen"/>

    <!-- 两只海龟的tf广播 -->
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"
          args="/turtle1" name="turtle1_tf_broadcaster" />
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"
          args="/turtle2" name="turtle2_tf_broadcaster" />

    <!-- 监听tf广播，并且用tf控制turtle2移动 -->
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_listener"
          name="listener" />

 </launch>

然后运行

roslaunch learning_tf start_demo_with_listener.launch

并且 箭头 按键可以控制小乌龟运动。并出现跟随的效果。

终端运行 rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2 来查看 tf 转换关系的时候的问题：

如果在另一个终端输入 rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree 可以查看 tf tree 信息。

三、增加第三个坐标系

因为要增加一个坐标系，并且在这个里面起到演示作用，所以要首先把
learning_tf/src/turtle_tf_listener.cpp 中的程序：

listener.waitForTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), ros::Duration(3.0) );
listener.lookupTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), transform );

换成

listener.waitForTransform("/turtle2", "/carrot1", ros::Time(0), ros::Duration(3.0));
listener.lookupTransform("/turtle2", "/carrot1", ros::Time(0), transform);

1.增加一个固定的坐标系 /carrot1：

编写下列程序：
learn_tf/src/frame_tf_broadcaster.cpp 程序：

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>

int main(int argc, char** argv){
    
  ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster");
  ros::NodeHandle node;

  tf::TransformBroadcaster br;
  tf::Transform transform;

  ros::Rate rate(10.0);
  while (node.ok()){
    
    transform.setOrigin( tf::Vector3(0.0, 2.0, 0.0) );
    transform.setRotation( tf::Quaternion(0, 0, 0, 1) );

    br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "turtle1", "carrot1"));
    rate.sleep();
  }
  return 0;
};

然后在 CMakeLists.txt 中添加如下语句：

add_executable(frame_tf_broadcaster src/frame_tf_broadcaster.cpp)
target_link_libraries(frame_tf_broadcaster ${
    catkin_LIBRARIES})

然后创建 launch 文件：
learning_tf/launch/start_demo_with_listener_with_4frame.launch 程序：

 <launch>
    <!-- 启动海龟仿真器 -->
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="sim"/>

    <!-- 启动键盘控制 -->
    <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="teleop" output="screen"/>

    <!-- 两只海龟的tf广播 -->
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"
          args="/turtle1" name="turtle1_tf_broadcaster" />
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"
          args="/turtle2" name="turtle2_tf_broadcaster" />

    <!-- 监听tf广播，并且tf控制turtle2移动 -->
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_listener"
          name="listener" />

    <node pkg="learning_tf" type="frame_tf_broadcaster"
          name="broadcaster_frame" />
 </launch>

然后运行

roslaunch learning_tf start_demo_with_listener_with_4frame.launch

并且 箭头 按键可以控制小乌龟运动，并出现跟随的效果。但是跟随的效果是 两个小乌龟之间始终在小乌龟的纵向相差 2m 的样子。
也就是可以理解为 第二个小乌龟一直跟随的是 /carrot1 这个坐标系，但是 /carrot1 这个坐标系和第一只小乌龟之间的关系就是始终纵向相差2m，所以最终的效果是 第二个小乌龟始终与第一个小乌龟纵向相差2m 。

2.增加一个移动的坐标系 /carrot1：

把learn_tf/src/frame_tf_broadcaster.cpp 程序中的：

transform.setOrigin( tf::Vector3(0.0, 2.0, 0.0) );
transform.setRotation( tf::Quaternion(0, 0, 0, 1) );

换成

transform.setOrigin( tf::Vector3(2.0*sin(ros::Time::now().toSec()), 2.0*cos(ros::Time::now().toSec()), 0.0) );
transform.setRotation( tf::Quaternion(0, 0, 0, 1) );

（tip：这是一个随时间变化的坐标系）

然后编译 catkin_make 之后运行

roslaunch learning_tf start_demo_with_listener_with_4frame.launch

并且 箭头 按键可以控制小乌龟运动，并出现跟随的效果。但是跟随的效果是 第二个小乌龟始终围绕第一个小乌龟运动。

如果在另一个终端输入 rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree 可以查看 tf tree 信息：