上个教程将静态坐标系广播到 tf2，基于这个基础原理这个教程将演示机器人的点位状态发布到tf2
1. 写入广播节点
我们首先创建源文件。转到learning_tf2_py我们在上一教程中创建的包。在src/learning_tf2_py/learning_tf2_py目录中输入以下命令来下载示例广播示例代码：
cpp
wget https://raw.githubusercontent.com/ros/geometry_tutorials/ros2/turtle_tf2_py/turtle_tf2_py/turtle_tf2_broadcaster.py用vc code 打开源码文件
cpp
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import math
from geometry_msgs.msg import TransformStamped
import numpy as np
import rclpy
from rclpy.node import Node
from tf2_ros import TransformBroadcaster
from turtlesim.msg import Pose
# This function is a stripped down version of the code in
# https://github.com/matthew-brett/transforms3d/blob/f185e866ecccb66c545559bc9f2e19cb5025e0ab/transforms3d/euler.py
# Besides simplifying it, this version also inverts the order to return x,y,z,w, which is
# the way that ROS prefers it.
def quaternion_from_euler(ai, aj, ak):
ai /= 2.0
aj /= 2.0
ak /= 2.0
ci = math.cos(ai)
si = math.sin(ai)
cj = math.cos(aj)
sj = math.sin(aj)
ck = math.cos(ak)
sk = math.sin(ak)
cc = ci*ck
cs = ci*sk
sc = si*ck
ss = si*sk
q = np.empty((4, ))
q[0] = cj*sc - sj*cs
q[1] = cj*ss + sj*cc
q[2] = cj*cs - sj*sc
q[3] = cj*cc + sj*ss
return q
class FramePublisher(Node):
def __init__(self):
super().__init__('turtle_tf2_frame_publisher')
# Declare and acquire `turtlename` parameter
self.turtlename = self.declare_parameter(
'turtlename', 'turtle').get_parameter_value().string_value
# Initialize the transform broadcaster
self.tf_broadcaster = TransformBroadcaster(self)
# Subscribe to a turtle{1}{2}/pose topic and call handle_turtle_pose
# callback function on each message
self.subscription = self.create_subscription(
Pose,
f'/{self.turtlename}/pose',
self.handle_turtle_pose,
1)
self.subscription # prevent unused variable warning
def handle_turtle_pose(self, msg):
t = TransformStamped()
# Read message content and assign it to
# corresponding tf variables
t.header.stamp = self.get_clock().now().to_msg()
t.header.frame_id = 'world'
t.child_frame_id = self.turtlename
# Turtle only exists in 2D, thus we get x and y translation
# coordinates from the message and set the z coordinate to 0
t.transform.translation.x = msg.x
t.transform.translation.y = msg.y
t.transform.translation.z = 0.0
# For the same reason, turtle can only rotate around one axis
# and this why we set rotation in x and y to 0 and obtain
# rotation in z axis from the message
q = quaternion_from_euler(0, 0, msg.theta)
t.transform.rotation.x = q[0]
t.transform.rotation.y = q[1]
t.transform.rotation.z = q[2]
t.transform.rotation.w = q[3]
# Send the transformation
self.tf_broadcaster.sendTransform(t)
def main():
rclpy.init()
node = FramePublisher()
try:
rclpy.spin(node)
except KeyboardInterrupt:
pass
rclpy.shutdown()代码解释：
cpp
def quaternion_from_euler(ai, aj, ak):
ai /= 2.0
aj /= 2.0
ak /= 2.0
ci = math.cos(ai)
si = math.sin(ai)
cj = math.cos(aj)
sj = math.sin(aj)
ck = math.cos(ak)
sk = math.sin(ak)
cc = ci*ck
cs = ci*sk
sc = si*ck
ss = si*sk
q = np.empty((4, ))
q[0] = cj*sc - sj*cs
q[1] = cj*ss + sj*cc
q[2] = cj*cs - sj*sc
q[3] = cj*cc + sj*ss
return q这段 Python 代码的目的是将欧拉角转换为四元数表示。
欧拉角通常以滚转（roll）、俯仰（pitch）、偏航（yaw）的形式给出，也就是代码中的 (ai, aj, ak)。这个函数首先将这些角度除以2（假设输入的角度原本是以弧度为单位），然后使用三角函数计算四元数的组成部分。
这里逐步解释代码的每个部分：
- 角度转换为弧度：
假设输入的角度是以弧度为单位，首先将这些角度除以2。这一步是必要的，因为四元数的计算公式需要使用半角。 - 计算半角的三角函数值：
ci, si, cj, sj, ck, sk 分别是半角 ai, aj, ak 的余弦和正弦值。 - 结合三角函数结果计算四元数分量：
根据将欧拉角转换为四元数的特定公式进行组合，该公式考虑了旋转轴的顺序。结果是一个四元数 [q0, q1, q2, q3]，其中 q0 是标量部分，[q1, q2, q3] 是向量部分。 - 返回四元数：
返回的四元数以 numpy 数组的形式，适用于 Python 中的数值计算。
cpp
self.turtlename = self.declare_parameter(
'turtlename', 'turtle').get_parameter_value().string_value定义并获取一个参数turtlename，它指定一个海龟名称，例如turtle1或turtle2。就是定义一个机器人对象
之后，节点订阅主题并对每条传入消息turtleX/pose运行函数。handle_turtle_pose
cpp
self .subscription = self.create_subscription(
Pose,
f'/{self.turtlename}/pose',
self.handle_turtle_pose,
1)现在，我们创建一个TransformStamped对象并为其提供适当的元数据。
-
我们需要为正在发布的转换提供一个时间戳，并且我们只需通过调用 来用当前时间来标记它
self.get_clock().now()。这将返回 所使用的当前时间Node。 -
然后我们需要设置我们正在创建的链接的父框架的名称，在本例中为world。
-
最后，我们需要设置我们正在创建的链接的子节点的名称，在本例中这是海龟本身的名称。
海龟姿势消息的处理程序函数广播该海龟的平移和旋转，并将其作为帧world到帧的变换发布turtleX。
cpp
t = TransformStamped()
# Read message content and assign it to
# corresponding tf variables
t.header.stamp = self.get_clock().now().to_msg()
t.header.frame_id = 'world'
t.child_frame_id = self.turtlename这段代码是在处理与图形界面中的"乌龟"，它使用了欧拉角到四元数的转换来处理乌龟的旋转，同时也设置了乌龟在2D空间中的位置。以下是详细解释：
设置位置坐标：
t.transform.translation.x = msg.x 和 t.transform.translation.y = msg.y：这两行代码从消息中获取乌龟在x和y轴上的位置坐标，并将其赋给变换的位置属性。
t.transform.translation.z = 0.0：由于乌龟仅存在于2D平面中，z轴的坐标设置为0。
设置旋转：
因为乌龟只能在2D空间中绕z轴旋转（即仅围绕一个轴旋转），因此旋转在x轴和y轴的分量需要设置为0。
q = quaternion_from_euler(0, 0, msg.theta)：这行代码调用之前提到的函数，将欧拉角转换为四元数。由于乌龟只在一个平面上旋转，所以x和y的旋转角度为0，而z轴的旋转角度从消息中获取。
t.transform.rotation.x = q[0]、t.transform.rotation.y = q[1]、t.transform.rotation.z = q[2] 和 t.transform.rotation.w = q[3]：这些行将计算出的四元数分量赋值给旋转的相应属性。
cpp
# Turtle only exists in 2D, thus we get x and y translation
# coordinates from the message and set the z coordinate to 0
t.transform.translation.x = msg.x
t.transform.translation.y = msg.y
t.transform.translation.z = 0.0
# For the same reason, turtle can only rotate around one axis
# and this why we set rotation in x and y to 0 and obtain
# rotation in z axis from the message
q = quaternion_from_euler(0, 0, msg.theta)
t.transform.rotation.x = q[0]
t.transform.rotation.y = q[1]
t.transform.rotation.z = q[2]
t.transform.rotation.w = q[3]最后，我们将构建的转换传递给负责广播sendTransform
cpp
# Send the transformation
self.tf_broadcaster.sendTransform(t)1.2 添加入口点
要允许命令运行您的节点，您必须将入口点添加到（位于目录中）。
更改
/home/yhg/ros2_study/src/learning_tf2_py/setup.py
在括号之间添加以下行'console_scripts':：
cpp
'turtle_tf2_broadcaster = learning_tf2_py.turtle_tf2_broadcaster:main',
2. 编写启动文件
现在为此演示创建一个启动文件。在 learning_tf2_py下新增launch 文件夹，在launch 文件夹创建 turtle_tf2_demo.launch.py 文件
代码如下：
cpp
from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
def generate_launch_description():
return LaunchDescription([
Node(
package='turtlesim',
executable='turtlesim_node',
name='sim'
),
Node(
package='learning_tf2_py',
executable='turtle_tf2_broadcaster',
name='broadcaster1',
parameters=[
{'turtlename': 'turtle1'}
]
),
])首先我们从和包中导入所需的模块launch_ros。应该注意的是，这launch是一个通用的启动框架（不是 ROS 2 特定的），并且launch_ros具有 ROS 2 特定的东西，比如我们在这里导入的节点。
现在我们运行节点来启动turtlesim 模拟并使用我们的节点将turtle1状态广播到tf2 。turtle_tf2_broadcaster
定义启动节点对象
cpp
Node(
package='turtlesim',
executable='turtlesim_node',
name='sim'
),
Node(
package='learning_tf2_py',
executable='turtle_tf2_broadcaster',
name='broadcaster1',
parameters=[
{'turtlename': 'turtle1'}
]
),2.2 添加依赖
导航回到learning_tf2_py目录 ，新增
package.xml使用文本编辑器打开。添加与启动文件的导入语句相对应的以下依赖项
cpp
<exec_depend>launch</exec_depend>
<exec_depend>launch_ros</exec_depend>
这在执行其代码时声明了额外的必需launch和launch_ros依赖项
2.3 更新setup.py
- 在文件顶部添加依赖
cpp
import os
from glob import glob- 在data_files 中加入
cpp
(os.path.join('share', package_name, 'launch'), glob(os.path.join('launch', '*launch.[pxy][yma]*'))),
3.构建
在工作区的根目录中运行rosdep以检查是否缺少依赖项。
cpp
rosdep install -i --from-path src --rosdistro humble -y运行结果如下：
仍然在工作区的根目录中构建您的包：
cpp
colcon build --packages-select learning_tf2_py打开一个新终端，导航到工作区的根目录，然后获取安装文件：
cpp
. install/setup.bash4 运行
现在运行启动文件，将启动turtlesim模拟节点和turtle_tf2_broadcaster节点：
cpp
ros2 launch learning_tf2_py turtle_tf2_demo.launch.py在第二个终端窗口中键入以下命令：
cpp
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key
现在，使用该tf2_echo工具检查海龟姿势是否确实广播到 tf2：
控制小乌龟移动可观察到上面数字的变动