通过ROS发布里程表信息

描述:本教程提供了一个发布导航堆栈里程表信息的示例。它包括在ROS上发布nav_msgs/Odometry消息，以及在tf上从“odom”坐标系转换为“base_link”坐标系。
教程水平:初级原文链接

1.通过ROS发布里程表信息

导航堆栈使用tf来确定机器人在世界上的位置，并将传感器数据与静态地图关联。然而，tf并没有提供关于机器人速度的任何信息。因此，导航堆栈要求任何odometry源都要在ROS上发布包含速度信息的转换和nav_msgs/ odometry消息。本教程解释了nav_msgs/Odometry消息，并提供了分别用于发布消息和在ROS和tf上转换的示例代码。

2.nav_msgs /Odometry消息

nav_msgs/Odometry信息存储了一个机器人在自由空间的位置和速度的估计:

# This represents an estimate of a position and velocity in free space.  
# The pose in this message should be specified in the coordinate frame given by header.frame_id.
# The twist in this message should be specified in the coordinate frame given by the child_frame_id
Header header
string child_frame_id
geometry_msgs/PoseWithCovariance pose
geometry_msgs/TwistWithCovariance twist

此消息中的位姿对应于机器人在里程表框架中的估计位置，以及用于确定该位姿估计的可选协方差。这条信息中的扭曲与机器人在子帧(通常是移动基座的坐标系)中的速度相对应，同时还有一个可选的协方差，用于确定速度估计值。

3.使用tf发布Odometry转换

正如在转换配置教程中所讨论的，“tf”软件库负责管理转换树中与机器人相关的坐标系之间的关系。因此，任何里程表源都必须发布关于它所管理的坐标系的信息。下面的代码假设您对tf有基本的了解，阅读转换配置教程就足够了。

4.编写代码

在本节中，我们将编写一些示例代码，用于在ROS上发布nav_msgs/Odometry消息，并使用tf对一个假机器人进行转换，该机器人只是在一个圆圈中行驶。我们将首先完整地展示代码，并在下面逐一解释。将依赖项添加到包的manifest.xml中(译者注：只有使用roscreate-pkg方式创建包才会有manifest.xml,同时编译的时候直接执行rosmake 包名就OK，用catkin方式是没有这个文件的)

<depend package="tf"/>
<depend package="nav_msgs"/>

(译者注：这两句代码也可以不用写，在执行 roscreate-pkg 包名 roscpp rospy tf std_msgs nav_msgs 时，直接写在依赖上就行)

#include <ros/ros.h>
   2 #include <tf/transform_broadcaster.h>
   3 #include <nav_msgs/Odometry.h>
   4 
   5 int main(int argc, char** argv){
   6   ros::init(argc, argv, "odometry_publisher");
   7 
   8   ros::NodeHandle n;
   9   ros::Publisher odom_pub = n.advertise<nav_msgs::Odometry>("odom", 50);
  10   tf::TransformBroadcaster odom_broadcaster;
  11 
  12   double x = 0.0;
  13   double y = 0.0;
  14   double th = 0.0;
  15 
  16   double vx = 0.1;
  17   double vy = -0.1;
  18   double vth = 0.1;
  19 
  20   ros::Time current_time, last_time;
  21   current_time = ros::Time::now();
  22   last_time = ros::Time::now();
  23 
  24   ros::Rate r(1.0);
  25   while(n.ok()){
  26 
  27     ros::spinOnce();               // check for incoming messages
  28     current_time = ros::Time::now();
  29 
  30     //compute odometry in a typical way given the velocities of the robot
  31     double dt = (current_time - last_time).toSec();
  32     double delta_x = (vx * cos(th) - vy * sin(th)) * dt;
  33     double delta_y = (vx * sin(th) + vy * cos(th)) * dt;
  34     double delta_th = vth * dt;
  35 
  36     x += delta_x;
  37     y += delta_y;
  38     th += delta_th;
  39 
  40     //since all odometry is 6DOF we'll need a quaternion created from yaw
  41     geometry_msgs::Quaternion odom_quat = tf::createQuaternionMsgFromYaw(th);
  42 
  43     //first, we'll publish the transform over tf
  44     geometry_msgs::TransformStamped odom_trans;
  45     odom_trans.header.stamp = current_time;
  46     odom_trans.header.frame_id = "odom";
  47     odom_trans.child_frame_id = "base_link";
  48 
  49     odom_trans.transform.translation.x = x;
  50     odom_trans.transform.translation.y = y;
  51     odom_trans.transform.translation.z = 0.0;
  52     odom_trans.transform.rotation = odom_quat;
  53 
  54     //send the transform
  55     odom_broadcaster.sendTransform(odom_trans);
  56 
  57     //next, we'll publish the odometry message over ROS
  58     nav_msgs::Odometry odom;
  59     odom.header.stamp = current_time;
  60     odom.header.frame_id = "odom";
  61 
  62     //set the position
  63     odom.pose.pose.position.x = x;
  64     odom.pose.pose.position.y = y;
  65     odom.pose.pose.position.z = 0.0;
  66     odom.pose.pose.orientation = odom_quat;
  67 
  68     //set the velocity
  69     odom.child_frame_id = "base_link";
  70     odom.twist.twist.linear.x = vx;
  71     odom.twist.twist.linear.y = vy;
  72     odom.twist.twist.angular.z = vth;
  73 
  74     //publish the message
  75     odom_pub.publish(odom);
  76 
  77     last_time = current_time;
  78     r.sleep();
  79   }
  80 }

好了，现在您已经有机会查看所有内容，让我们详细分析代码的重要部分。

#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <nav_msgs/Odometry.h>

因为我们将发布从“odom”坐标系到“base_link”坐标系的转换和nav_msgs/Odometry消息，所以需要包含相关的头文件。

 9   ros::Publisher odom_pub = n.advertise<nav_msgs::Odometry>("odom", 50);
  10   tf::TransformBroadcaster odom_broadcaster;

我们需要同时创建一个ros::Publisher和一个tf:: transformbroadcast，以便能够分别使用ros和tf发送消息。

  12   double x = 0.0;
  13   double y = 0.0;
  14   double th = 0.0;

我们假设机器人开始于“odom”坐标系的原点。

  16   double vx = 0.1;
  17   double vy = -0.1;
  18   double vth = 0.1;

这里我们将设置一些速度，使“base_link”帧在“odom”帧中以0.1m/s的速度在x方向移动，-0.1m/s在y方向移动，0.1rad/s在th方向移动。这或多或少会导致我们的假机器人在一个圆圈里行驶。

24   ros::Rate r(1.0);

在本例中，我们将以1Hz的速率发布里程表信息以方便内省，大多数系统都希望以更高的速率发布里程表。

  30     //compute odometry in a typical way given the velocities of the robot
  31     double dt = (current_time - last_time).toSec();
  32     double delta_x = (vx * cos(th) - vy * sin(th)) * dt;
  33     double delta_y = (vx * sin(th) + vy * cos(th)) * dt;
  34     double delta_th = vth * dt;
  35 
  36     x += delta_x;
  37     y += delta_y;
  38     th += delta_th;

在这里，我们将根据我们设置的恒定速度来更新我们的里程表信息。当然，一个真正的里程表系统将对计算出的速度进行积分。

  40     //since all odometry is 6DOF we'll need a quaternion created from yaw
  41     geometry_msgs::Quaternion odom_quat = tf::createQuaternionMsgFromYaw(th);

我们通常尝试使用系统中所有消息的3D版本，以便在适当的时候允许2D和3D组件一起工作，并将必须创建的消息数量保持在最低水平。因此，有必要将里程计的偏航值转换为要通过线路发送的四元数。幸运的是，tf提供的函数允许从偏航值轻松创建四元数，并可以轻松地从四元数访问偏航值。

  43     //first, we'll publish the transform over tf
  44     geometry_msgs::TransformStamped odom_trans;
  45     odom_trans.header.stamp = current_time;
  46     odom_trans.header.frame_id = "odom";
  47     odom_trans.child_frame_id = "base_link";

在这里，我们将创建一个转换消息，并通过tf发送出去。我们希望在current_time发布从“odom”帧到“base_link”帧的转换。因此，我们将相应地设置消息的头部和child_frame_id，确保使用“odom”作为父坐标帧，使用“base_link”作为子坐标帧。

  49     odom_trans.transform.translation.x = x;
  50     odom_trans.transform.translation.y = y;
  51     odom_trans.transform.translation.z = 0.0;
  52     odom_trans.transform.rotation = odom_quat;
  53 
  54     //send the transform
  55     odom_broadcaster.sendTransform(odom_trans);

在这里，我们从里程表数据填充转换消息，然后使用transformbroadcast发送转换。

  57     //next, we'll publish the odometry message over ROS
  58     nav_msgs::Odometry odom;
  59     odom.header.stamp = current_time;
  60     odom.header.frame_id = "odom";

我们还需要发布nav_msgs/Odometry消息，以便导航堆栈能够从中获得速度信息。我们将把消息的头部设置为current_time和“odom”坐标系。

  62     //set the position
  63     odom.pose.pose.position.x = x;
  64     odom.pose.pose.position.y = y;
  65     odom.pose.pose.position.z = 0.0;
  66     odom.pose.pose.orientation = odom_quat;
  67 
  68     //set the velocity
  69     odom.child_frame_id = "base_link";
  70     odom.twist.twist.linear.x = vx;
  71     odom.twist.twist.linear.y = vy;
  72     odom.twist.twist.angular.z = vth;

这将使用里程表数据填充消息并通过网络发送出去。我们将消息的child_frame_id设置为"base_link"帧，因为这是我们发送速度信息的坐标系。

Stay hungry,stay foolish.

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