机器人系统——ROS2文档(进阶)—编写监听器(Python)

目标： 学习如何使用 tf2 获取帧变换。

教程级别： 中级
时间： 10 分钟

背景

在之前的教程中，我们创建了一个 tf2 广播器来向 tf2 发布乌龟的位姿。

在本教程中，我们将创建一个 tf2 监听器来开始使用 tf2。

前置条件

本教程假定您已完成“tf2 静态广播器教程（Python）”和“tf2 广播器教程（Python）”。在之前的教程中，我们创建了一个 learning_tf2_py 包，我们将继续在其中工作。

任务

1 编写监听器节点

首先创建源文件。转到我们在上一个教程中创建的 learning_tf2_py 包。在 src/learning_tf2_py/learning_tf2_py 目录中，通过输入以下命令下载示例监听器代码：

Linux：

wget https://raw.githubusercontent.com/ros/geometry_tutorials/lyrical/turtle_tf2_py/turtle_tf2_py/turtle_tf2_listener.py

现在使用您喜欢的文本编辑器打开名为 turtle_tf2_listener.py 的文件。

import math

from geometry_msgs.msg import Twist

import rclpy
from rclpy.executors import ExternalShutdownException
from rclpy.node import Node

from tf2_ros import TransformException
from tf2_ros.buffer import Buffer
from tf2_ros.transform_listener import TransformListener

from turtlesim_msgs.srv import Spawn

class FrameListener(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('turtle_tf2_frame_listener')

        # Declare and acquire `target_frame` parameter
        self.target_frame = self.declare_parameter(
            'target_frame', 'turtle1').get_parameter_value().string_value

        self.tf_buffer = Buffer()
        self.tf_listener = TransformListener(self.tf_buffer, self)

        # Create a client to spawn a turtle
        self.spawner = self.create_client(Spawn, 'spawn')

        # Boolean values to store the information
        # if the service for spawning turtle is available
        self.turtle_spawning_service_ready = False
        # if the turtle was successfully spawned
        self.turtle_spawned = False

        # Create turtle2 velocity publisher
        self.publisher = self.create_publisher(Twist, 'turtle2/cmd_vel', 1)

        # Call on_timer function every second
        self.timer = self.create_timer(1.0, self.on_timer)

    def on_timer(self):
        # Store frame names in variables that will be used to
        # compute transformations
        from_frame_rel = self.target_frame
        to_frame_rel = 'turtle2'

        if self.turtle_spawning_service_ready:
            if self.turtle_spawned:
                # Look up for the transformation between target_frame and turtle2 frames
                # and send velocity commands for turtle2 to reach target_frame
                try:
                    t = self.tf_buffer.lookup_transform(
                        to_frame_rel,
                        from_frame_rel,
                        rclpy.time.Time())
                except TransformException as ex:
                    self.get_logger().info(
                        f'Could not transform {to_frame_rel} to {from_frame_rel}: {ex}')
                    return

                msg = Twist()

                scale_rotation_rate = 1.0
                msg.angular.z = scale_rotation_rate * math.atan2(
                    t.transform.translation.y,
                    t.transform.translation.x)

                scale_forward_speed = 0.5
                msg.linear.x = scale_forward_speed * math.sqrt(
                    t.transform.translation.x ** 2 +
                    t.transform.translation.y ** 2)

                self.publisher.publish(msg)
            else:
                if self.result.done():
                    self.get_logger().info(
                        f'Successfully spawned {self.result.result().name}')
                    self.turtle_spawned = True
                else:
                    self.get_logger().info('Spawn is not finished')
        else:
            if self.spawner.service_is_ready():
                # Initialize request with turtle name and coordinates
                # Note that x, y and theta are defined as floats in turtlesim_msgs/srv/Spawn
                request = Spawn.Request()
                request.name = 'turtle2'
                request.x = float(4)
                request.y = float(2)
                request.theta = float(0)

                # Call request
                self.result = self.spawner.call_async(request)
                self.turtle_spawning_service_ready = True
            else:
                # Check if the service is ready
                self.get_logger().info('Service is not ready')

def main():
    try:
        with rclpy.init():
            node = FrameListener()
            rclpy.spin(node)
    except (KeyboardInterrupt, ExternalShutdownException):
        pass

1.1 检查代码

要了解生成乌龟的服务背后的工作原理，请参考“编写简单的服务和客户端（Python）”教程。

现在，让我们看一下与获取帧变换相关的代码。tf2_ros 包提供了 TransformListener 的实现，以帮助简化接收变换的任务。

from tf2_ros.transform_listener import TransformListener

在这里，我们创建一个 TransformListener 对象。一旦监听器被创建，它就开始通过线路接收 tf2 变换，并将它们缓冲最多 10 秒。

self.tf_listener = TransformListener(self.tf_buffer, self)

最后，我们查询监听器以获取特定的变换。我们使用以下参数调用 lookup_transform 方法：

1. 目标帧
2. 源帧
3. 我们想要变换的时间

提供 rclpy.time.Time() 将只获取最新的可用变换。所有这些都包装在 try-except 块中，以处理可能的异常。

t = self.tf_buffer.lookup_transform(
    to_frame_rel,
    from_frame_rel,
    rclpy.time.Time())

1.2 添加入口点

为了允许 ros2 run 命令运行您的节点，您必须将入口点添加到位于 src/learning_tf2_py 目录中的 setup.py。

在 'console_scripts': 括号之间添加以下行：

'turtle_tf2_listener = learning_tf2_py.turtle_tf2_listener:main',

2 更新启动文件

使用文本编辑器打开位于 src/learning_tf2_py/launch 目录中的启动文件 turtle_tf2_demo_launch（扩展名为 .py、.xml 或 .yaml），向启动描述中添加两个新节点，添加一个启动参数，并添加相应的 import 语句。生成的文件应如下所示：

Python 启动文件：

from launch import LaunchDescription
from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch.substitutions import LaunchConfiguration
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'}
            ]
        ),
        DeclareLaunchArgument(
            'target_frame', default_value='turtle1',
            description='Target frame name.'
        ),
        Node(
            package='learning_tf2_py',
            executable='turtle_tf2_broadcaster',
            name='broadcaster2',
            parameters=[
                {'turtlename': 'turtle2'}
            ]
        ),
        Node(
            package='learning_tf2_py',
            executable='turtle_tf2_listener',
            name='listener',
            parameters=[
                {'target_frame': LaunchConfiguration('target_frame')}
            ]
        ),
    ])

这将声明一个 target_frame 启动参数，启动一个用于我们将生成的第二只乌龟的广播器，以及一个将订阅这些变换的监听器。

3 构建

在工作空间根目录运行 rosdep 来检查缺少的依赖项。

rosdep install -i --from-path src --rosdistro lyrical -y

仍在工作空间根目录中，构建您的包：

colcon build --packages-select learning_tf2_py

打开一个新终端，导航到工作空间根目录，并加载设置文件：

. install/setup.bash

4 运行

现在您已准备好启动完整的乌龟演示：

ros2 launch learning_tf2_py turtle_tf2_demo_launch.py

您应该会看到带有两只乌龟的 turtlesim。在第二个终端窗口中输入以下命令：

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

要查看是否正常工作，只需使用箭头键驾驶第一只乌龟移动（确保您的终端窗口处于活动状态，而不是您的模拟器窗口），您将看到第二只乌龟跟随第一只！

总结

在本教程中，您学习了如何使用 tf2 获取帧变换。您也完成了编写自己的 turtlesim 演示，该演示首次在“tf2 简介”教程中尝试。