ROS 機器人開發的過程中，經常需要用到tf坐標變換，那麼什麼是tf呢？

1 什麼是tf

tf是一個讓用戶隨時間跟蹤多個參考系的功能包，它使用一種樹型數據結構，根據時間緩衝並維護多個參考系之間的坐標變換關係，可以幫助用戶在任意時間，將點、向量等數據的坐標，在兩個參考系中完成坐標變換.

2 tf可以做什麼

一個機器人系統通常有很多三維的參考系，而且會隨著時間的推移發生變化，例如全局參考系（world frame），機器人中心參考系（base frame），機械夾參考系（gripper frame），機器人頭參考系（head frame）等等。tf可以以時間為軸，跟蹤這些參考系（默認是10秒之內的），並且允許用戶提出如下的申請：

• 五秒鐘之前，機器人頭參考系相對於全局參考系的關係是什麼樣的？
• 機器人夾取的物體相對於機器人中心參考系的位置在哪裡？
• 機器人中心參考系相對於全局參考系的位置在哪裡？

tf可以在分散式系統中進行操作，也就是說一個機器人系統中所有的參考系變換關係，對於所有節點組件，都是可用的，所有訂閱tf消息的節點都會緩衝一份所有參考系的變換關係數據，所以這種結構不需要中心伺服器來存儲任何數據。

3 tf的使用流程

想要使用tf功能包，總體來講可以分為以下兩個步驟：

（1） 監聽tf變換 接收並緩存系統中發布的所有參考系變換，並從中查詢所需要的參考系變換。 （2） 廣播tf變換 向系統中廣播參考系之間的坐標變換關係。系統中更可能會存在多個不同部分的tf變換廣播，每個廣播都可以直接將參考系變換關係直接插入tf樹中，不需要再進行同步。

4 tf demo

(1) 安裝有關包

$ sudo apt-get install ros-kinetic-ros-tutorials ros-kinetic-geometry-tutorials ros- kinetic-rviz ros-kinetic-rosbash ros-kinetic-rqt-tf-tree

（2）運行demo

$ roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch
$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key


會發現有兩個小海龜出現，我們通過鍵盤控制，會發現另一個小海龜會跟隨我們控制的小海龜移動。

這個demo演示使用tf庫創建三個坐標框架：世界框架，turtle1框架和turtle2框架。 本教程使用tf廣播器發布烏龜坐標框架和tf監聽器來計算烏龜框架的差異，並移動一隻烏龜來跟隨另一隻烏龜。

5 使用rqttf_tree

rqt_tf_tree是一個運行時工具，可用於可視化通過ROS廣播的幀樹。只需簡單地通過圖表左上角的刷新按鈕進行刷新。

rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree


6 使用rqt tf_echo

tf_echo可以演示任何兩個通過ros廣播的坐標系之間的變換

用法：rosrun tf tf_echo [reference_frame] [target_frame]

那麼，在上述demo里，turtle1和turtle2的坐標系框架之間的關係如下：

$ rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2


可以通過控制turtle1來觀察坐標變換的差異。

7 rviz和tf

rviz是一個可視化工具，可用於檢查tf坐標。使用rviz的-d選項及turtle_tf配置文件啟動rviz：

用法：rosrun rviz rviz -d rospack find turtle_tf/rviz/turtle_rviz.rviz

在rviz裡面添加tf，然後通過鍵盤控制turtle1移動，我們將在rviz界面裡面看到坐標系框架之間的跟隨運動。

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