【ROS2】中级:tf2-时光旅行 (C++)

目标：了解 tf2 的高级时间旅行功能。

教程级别：中级

 时间：10 分钟

 目录

•  背景

•  时间旅行

•  用于 lookupTransform() 的 高级 API

•  检查结果

•  摘要

 背景

在前面的教程中，我们讨论了 tf2 和时间的基础知识https://docs.ros.org/en/jazzy/Tutorials/Intermediate/Tf2/Learning-About-Tf2-And-Time-Cpp.html 。本教程将带我们更进一步，揭示一个强大的 tf2 技巧：时间旅行。简而言之，tf2 库的一个关键特性是它能够在时间和空间中转换数据。

此 tf2 时间旅行功能可用于各种任务，例如长时间监控机器人的姿态或构建一个跟随机器人，该机器人将跟随领导者的“步伐”。我们将使用该时间旅行功能来查找过去的变换，并编程 turtle2 跟随5 秒钟前的 carrot1 。

 时间旅行

首先，让我们回到上一个教程《使用时间》结束的地方。转到你的 learning_tf2_cpp 包。

现在，我们不会让第二只乌龟去到胡萝卜现在所在的位置，而是让第二只乌龟去到第一只胡萝卜 5 秒前所在的位置。编辑 lookupTransform() 调用在 turtle_tf2_listener.cpp 文件中

rclcpp::Time when = this->get_clock()->now() - rclcpp::Duration(5, 0);
try {
    t = tf_buffer_->lookupTransform(
        toFrameRel,
        fromFrameRel,
        when,
        50ms);
} catch (const tf2::TransformException & ex) {

现在如果你运行这个程序，在最初的 5 秒钟内，第二只乌龟不知道该去哪里，因为我们还没有胡萝卜的 5 秒钟的姿态历史。但这 5 秒钟之后会发生什么呢？构建包，然后让我们试试看：

你现在应该注意到你的乌龟像这个截图中一样不受控制地四处乱跑。让我们试着理解这种行为背后的原因。

1. 在我们的代码中，我们向 tf2 提出了以下问题：“ carrot1 5 秒前相对于 turtle2 5 秒前的位置是什么？”。这意味着我们正在根据第二只乌龟 5 秒前的位置以及第一只胡萝卜 5 秒前的位置来控制第二只乌龟。

2. 然而，我们真正想问的是：“ carrot1 5 秒钟前的姿态相对于 turtle2 的当前位置是什么？”

高级 API 用于 lookupTransform()

要向 tf2 提出那个特定问题，我们将使用一个高级 API，该 API 使我们能够明确地说明何时获取指定的转换。这是通过调用 lookupTransform() 方法并附加参数来完成的。现在你的代码看起来像这样：

rclcpp::Time now = this->get_clock()->now();
rclcpp::Time when = now - rclcpp::Duration(5, 0);
try {
    t = tf_buffer_->lookupTransform(
        toFrameRel,
        now,
        fromFrameRel,
        when,
        "world",
        50ms);
} catch (const tf2::TransformException & ex) {

高级 API 的 lookupTransform() 需要六个参数：

1.  目标框架

2. 变换到的时间

3.  源框架

4. 源帧将被评估的时间

5. 随时间不变的框架，在这种情况下是 world 框架

6. 等待目标帧可用的时间

总而言之，tf2 在后台执行以下操作。过去，它计算从 carrot1 到 world 的变换。在 world 框架中，tf2 从过去穿越到现在。而在当前时间，tf2 计算从 world 到 turtle2 的变换。

检查结果

构建包，然后让我们再次运行模拟，这次使用高级时间旅行 API：

cxy@ubuntu2404-cxy:~/ros2_ws$ colcon build --packages-select learning_tf2_cpp
Starting >>> learning_tf2_cpp
Finished <<< learning_tf2_cpp [6.94s]                     


Summary: 1 package finished [7.87s]
cxy@ubuntu2404-cxy:~/ros2_ws$ . install/setup.bash
cxy@ubuntu2404-cxy:~/ros2_ws$ cxy@ubuntu2404-cxy:~/ros2_ws$ ros2 launch learning_tf2_cpp turtle_tf2_fixed_frame_demo_launch.py

cxy@ubuntu2404-cxy:~$ ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

是的，第二只乌龟被引导到 5 秒钟前第一根胡萝卜所在的位置！

 摘要

在本教程中，您已经看到了 tf2 的高级功能之一。您了解到 tf2 可以在时间上转换数据，并学习了如何使用 turtlesim 示例来实现这一点。tf2 允许您通过使用高级 lookupTransform() API 回到过去，并在乌龟的旧姿态和当前姿态之间进行框架转换。