[Robotics] TF

ROS tf tree를 알아보자!

ROS tf tree

Robot system에는 수많은 3D coordinates들이 존재

tf는 많은 frame들을 계속 tracking하여 frame들간 상대적인 위치를 계속 기록

tf는 distributed system에서 구동되기 때문에, 로봇의 coordinate에 대한 모든 정보는 다른 모든 ROS component들도 사용할 수 있음

즉, transform information의 중심서버가 존재하지 않음

여기서 로봇의 실제 중심는 base_link이고 스캐너의 좌표 중심은 base_laser임

따라서 라이다로부터 스캔된 정보를 로봇 중심에서의 좌표로 transformation하는 과정이 필요함!

odom -> base_footprint -> base_link -> sensor_link 순이다!!!

이를 쉽게 해주는 것이 바로 tf library 임

1. Writing Code

In ${workspace}/src

$ catkin_create_pkg robot_setup_tf roscpp tf geometry_msgs

2. Broadcasting a Transform

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

using namespace std;
 
int main(int argc, char** argv)
{
  ros::init(argc, argv, "tf_broadcaster");
  ros::NodeHandle nh;

  ros::Rate r(100);

  tf::TransformBroadcaster broadcaster;

  while(nh.ok())
  {
    broadcaster.sendTransform(
      tf::StampedTransform(
        tf::Transform(tf::Quaternion(0,0,0,1), tf::Vector3(0.1, 0.0, 0.2)),
        ros::Time::now(), "based_link", "base_laser"));
  }

  return 0;
}

TransformBroadcaster를 통해 transform을 송신하려면 5개의 argument가 필요

3. Listening a Transform

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_listener.h>
#include <geometry_msgs/PointStamped.h>

using namespace std;

void transformPoint(const tf::TransformListener& listener)
{
  geometry_msgs::PointStamped laser_point;
  laser_point.header.frame_id = "base_laser";

  laser_point.header.stamp = ros::Time();

  // just an arbitrary point
  laser_point.point.x = 1.0;
  laser_point.point.x = 0.2;
  laser_point.point.x = 3;

  try
  {
    geometry_msgs::PointStamped base_point;
    listener.transformPoint("based_link", laser_point, base_point);

    ROS_INFO("base_laser: (%.2f, %.2f. %.2f) -----> base_link: (%.2f, %.2f, %.2f) at time %.2f",
           laser_point.point.x, laser_point.point.y, laser_point.point.z,
           base_point.point.x, base_point.point.y, base_point.point.z, base_point.header.stamp.toSec());
    
    
  }
  catch(const tf::TransformException& ex) //catch(const std::exception& e)
  {
    // std::cerr << e.what() << '\n';
    ROS_ERROR("Received an exception trying to transform a point from \"base_laser\" to \"base_link\": %s", ex.what());
  }
  
}

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

  tf::TransformListener listener(ros::Duration(10));

  // 1초에 a point를 Transform 할 거임
  ros::Timer timer = nh.createTimer(ros::Duration(1.0), boost::bind(&transformPoint, boost::ref(listener)));

  return 0;
}

tf::TransformListener 객체는 자동으로 ROS 환경에 존재하는 transform message를 subscribe하고, 들어오는 모든 transform 데이터를 관리하는 역할 수행
transformPoint함수는 system의 main()안에 있는 ros::Timer에 대한 callback()

4. CMakeLists.txt

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

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

5. Run

$ roscore

$ rosrun robot_tf_tutorial tf_broadcaster

$ rosrun robot_tf_tutorial tf_listener

6. EASY

  <!-- Create a transform sender for linking these frames. -->
  <node name="tf_footprint_base" pkg="tf" type="static_transform_publisher" args="0 0 0 0 0 0 base_footprint base_link 40" />	

이걸로 쉽게 하자….
x y z r p y frame_id child_id Hz

Reference

ROS Navigation - tf