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TF学习-介绍

2017年09月13日 ROS 暂无评论 阅读 115 views 次

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中的坐标系关系

从O到E中的点坐标变换矩阵 = 从E到O的坐标系变换矩阵(frame transform)= O在E的姿态变换矩阵

(E为原坐标系,O为变换后的坐标系)

证明:

E 为:定坐标系E-xyz    坐标系轴向量[εx εy εz]    坐标 p=  [A1 A2 A3]‘

O 为:动坐标系O-XYZ  坐标系轴向量[εX εY εZ]    坐标 P=[B1 B2 B3]’

1. 从 P (O) 到 p (E) 的坐标点变换  RP=p

2. 从E到O的坐标系变换(Frame Transform)

      [εx εy εz] p=[εX εY εZ]  P     ……(1)

      R为A坐标向量到B坐标向量的映射矩阵R,即 [εx εy εz] R =[εX εY εZ]  ……(2)

式2和式1合并得到 [εx εy εz] p=[εx εy εz] 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。


TF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

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