11. isaacsim4.2教程-Transform 树与Odometry

1. 前言

学习目标

在本示例中，你将学习如何：

• 使用 TF 发布器将相机作为 TF 树的一部分发布

• 在 TF 上发布机械臂／可动结构（articulation）的树状结构

• 发布里程计（Odometry）消息

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开始之前

前置条件

• 已完成 "ROS 相机" 和 "URDF 导入：Turtlebot" 教程

• 已启用 ROS Bridge，且 roscore 正在运行

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2. TF 树发布器

假设你已经完成了 ROS 相机教程，并且场景中已有两台相机。接下来，我们要把它们添加到 TF 树里，这样就能实时跟踪它们在全局坐标系中的位置了。

1. 打开或新建一个 Action Graph

   • 转到 Window → Visual Scripting → Action Graph，打开一个新的或已有的可视化脚本编辑窗口。

2. 添加 ROS1 Publish Transform Tree 节点

   • 在图中拖入一个 ROS1 Publish Transform Tree 节点。

   • 将它的输入连接到 On Playback Tick （每帧触发）和 Isaac Read Simulation Time（仿真时间）节点，如下示例布局。

3. 配置目标 Prim

   • 选中 ROS1 Publish Transform Tree 节点，在 Property 面板的 targetPrims 字段中填写：

4. 查看 TF 树 : rostopic echo /tf
   

3. 关节式机器人坐标变换

要获取关节式机器人中每个连杆（linkage）的坐标变换，只需将机器人的根 Articulation Root 加入 targetPrims 字段。Articulation Root 之后的所有连杆都会被自动发布。

• 在 targetPrims 字段中添加：

  /World/turtlebot3_burger

在 ROS 终端运行： rostopic echo /tf

验证机器人所有连杆（无论是固定的还是可动的）的变换是否都发布到了 /tf 话题。

重要提示

如果你发现对关节式机器人生成的 TF 树选错了根连杆（root link），可以手动指定 Articulation Root。

这种情况常见于使用 URDF Importer 导入机器人时，勾选了 "Merge Fixed Link" 选项，或是移动机器人模型。

1. 在 Stage Tree 中选中机器人的根 Prim，在它的 Raw USD Properties 面板里找到 Articulation Root 部分，点击右上角的 X 将其删除。

2. 在 Stage Tree 中选中你想设为根的连杆，在它的 Raw USD Properties 面板里点击 + ADD，选择 Physics > Articulation Root，将其添加。

我是通过python脚本修改的，因为我没有添加root的选项，又找不到：

只能通过代码修改：

from pxr import Usd, UsdPhysics, UsdGeom

# 打开当前 Stage
stage = Usd.Stage.Open("path/to/your/scene.usd")

# 定位到你的机器人根 Xform（比如：/World/robot_root）
robot_root = stage.GetPrimAtPath("/World/robot_root")
if not robot_root:
    raise RuntimeError("找不到 /World/robot_root")

# 确保它是一个 Xform
UsdGeom.XformCommonAPI(robot_root).GetResetXformStack()

# 给它附上 ArticulationRoot API
UsdPhysics.ArticulationRootAPI.Apply(robot_root)

# 保存
stage.GetRootLayer().Save()

4. 发布相对坐标变换

默认情况下，所有变换都是相对于世界坐标系（/World）。例如，你可以看到 TurtleBot 的 /base_link 变换是相对于 /World 发布的。

如果想让变换相对于其他坐标系（比如某个相机），请在 parentPrim 字段中指定该父坐标系。

本示例中，我们希望 TurtleBot 的所有 Prim 都以 /base_link 作为父坐标系：

• 在 parentPrim 字段中填入：

  /World/turtlebot3_burger/base_link

• 在修改属性后，务必先 Stop 再 Play 仿真，以验证 /base_link 是否已成为所有机器人连杆和相机帧的父坐标系。

5. Odometry发布器

把之前的tf图删掉，重新在Odometry中构建，否则会有两个Transform Tree ，导致冲突！！！

要设置Odometry发布器，请按照下图所示构建一个 Action Graph：

1. 在 Create → Visual Scripting → Action Graph 中新建或打开一个 Action Graph。

2. 向图中添加以下节点，并用 On Playback Tick 触发它们，每帧执行一次：

   • Isaac Read Simulation Time：读取仿真时间。

   • Isaac Compute Odometry：计算机器人当前位置。

   • ROS1 Publish Odometry ：将里程计消息发布到 /odom 话题。

   • ROS1 Publish Transform Tree （或 Raw TF 发布器）：将从 /odom 到 /base_link 的单一坐标变换发布到 TF。

3. 在 Isaac Compute Odometry 节点的属性面板（Property）中，将 Chassis Prim 输入字段设置为你的 TurtleBot 实例（例如 /World/turtlebot3_burger），这样该节点就能根据机器人底盘计算Odometry 。

4. 启动仿真并运行以下命令，查看构建好的 TF 树：rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree

6. 测试TurtleBot

rosrun rviz rviz，然后添加工具验证功能。