轉(zhuǎn)自

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ROS 中對于多坐標系的處理是使用樹型表示，在機器人自主導(dǎo)航中，ROS會構(gòu)建這幾個很重要的坐標系：

base_link: 一般位于tf tree的最根部，物理語義原點一般為表示機器人中心，為相對機器人的本體的坐標系。(base_footprint:行走機器人?)

odom：一般直接與base_link 相鏈接，語義為一個對于機器人全局位姿的粗略估計。取名來源于odometry（里程計），一般這個坐標系的數(shù)據(jù)也是來源于里程計。對于全局位姿的估計方法很多，比如在hector SLAM與導(dǎo)航體系中，就采用了imu數(shù)據(jù)估計全局位姿，還有很多視覺里程計的算法（visual odometry）也能提供位姿估計。原點為開始計算位姿那個時刻的機器人的位置。之

odom_combined 這個tf一般為好幾種位姿估計方法的信息融合后的數(shù)據(jù)。在navigation metapackage中有 robot_pose_ekf 這個包是用擴展卡爾曼濾波算法（EKF）融合不同傳感器的數(shù)據(jù)。

map: 一般與odom（或者odom_combined）相連，語義為一個經(jīng)過先驗（或者SLAM）地圖數(shù)據(jù)矯正過的，在地圖中的位姿信息。與odom同為全局坐標系。原點為地圖原點（地圖原點在地圖相應(yīng)的yaml文件中有規(guī)定）。

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轉(zhuǎn)自

odom：里程計坐標系，這里要區(qū)分開odom topic，這是兩個概念，一個是坐標系，一個是根據(jù)編碼器（或者視覺等）計算的里程計。但是兩者也有關(guān)系，odom topic 轉(zhuǎn)化得位姿矩陣是odom-->base_link的tf關(guān)系。這時可有會有疑問，odom和map坐標系是不是重合的？（這也是我寫這個博客解決的主要問題）可以很肯定的告訴你，機器人運動開始是重合的。但是，隨著時間的推移是不重合的，而出現(xiàn)的偏差就是里程計的累積誤差。那map-->odom的tf怎么得到?就是在一些校正傳感器合作校正的package比如gmapping會給出一個位置估計（localization），這可以得到map-->base_link的tf，所以估計位置和里程計位置的偏差也就是odom與map的坐標系偏差。所以，如果你的odom計算沒有錯誤，那么map-->odom的tf就是0.

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? ? ? ? 導(dǎo)航與定位是機器人研究中的重要部分。

? ? ? ? 一般機器人在陌生的環(huán)境下需要使用激光傳感器（或者深度傳感器轉(zhuǎn)換成激光數(shù)據(jù)），先進行地圖建模，然后在根據(jù)建立的地圖進行導(dǎo)航、定位。在ROS中也有很多完善的包可以直接使用。
? ? ? ? 在ROS中，進行導(dǎo)航需要使用到的三個包是：
? ? ? （1）move_base：根據(jù)參照的消息進行路徑規(guī)劃，使移動機器人到達指定的位置；
? ? ? （2）gmapping：根據(jù)激光數(shù)據(jù)（或者深度數(shù)據(jù)模擬的激光數(shù)據(jù)）建立地圖；(SLAM是其中一種?)
? ? ? （3）amcl：根據(jù)已經(jīng)有的地圖進行定位。

? ? ? ?參考鏈接：http://www.ros.org/wiki/navigation/Tutorials/RobotSetup

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?http://www.ros.org/wiki/navigation/Tutorials

? ? ? ?整體導(dǎo)航包的格局如下圖所示：

? ? ? ? 其中白色框內(nèi)的是ROS已經(jīng)為我們準備好的必須使用的組件，灰色框內(nèi)的是ROS中可選的組件，藍色的是用戶需要提供的機器人平臺上的組件。

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1、sensor transforms

? ? ? ? 其中涉及到使用tf進行傳感器坐標的轉(zhuǎn)換，因為我們使用的機器人的控制中心不一定是在傳感器上，所以要把傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成在控制中心上的坐標信息。如下圖所示，傳感器獲取的數(shù)據(jù)是在base_laser的坐標系統(tǒng)中的，但是我們控制的時候是以base_link為中心，所以要根據(jù)兩者的位置關(guān)心進行坐標的變換。

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? ? ? ? 變換的過程不需要我們自己處理，只需要將base_laser和base_link兩者之間的位置關(guān)系告訴tf，就可以自動轉(zhuǎn)換了。具體的實現(xiàn)可以參見：http://blog.csdn.net/hcx25909/article/details/9255001。

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2、sensor sources

? ? ? ? 這里是機器人導(dǎo)航傳感器數(shù)據(jù)輸入，一般只有兩種：
? ? ? （1）激光傳感器數(shù)據(jù)
? ? ? （2）點云數(shù)據(jù)
? ? ? 具體實現(xiàn)見：http://www.ros.org/wiki/navigation/Tutorials/RobotSetup/Sensors

3、odometry source

? ? ? ? 機器人的導(dǎo)航需要輸入里程計的數(shù)據(jù)（tf，nav_msgs/Odometry_message），具體實現(xiàn)見：
? ? ? ??http://www.ros.org/wiki/navigation/Tutorials/RobotSetup/Odom

4、base controller

? ? ? ? 在導(dǎo)航過程中，該部分負責將之前得出來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)封裝成具體的線速度和轉(zhuǎn)向角度信息（Twist），并且發(fā)布給硬件平臺。

5、map_server

? ? ? ?在導(dǎo)航過程中，地圖并不是必須的，此時相當于是在一個無限大的空地上進行導(dǎo)航，并沒有任何障礙物。但是考慮到實際情況，在我們使用導(dǎo)航的過程中還是要一個地圖的。
? ? ? ?具體實現(xiàn)見：http://www.ros.org/wiki/slam_gmapping/Tutorials/MappingFromLoggedData
? ? ? ?在ROS的導(dǎo)航中，costmap_2d這個包主要負責根據(jù)傳感器的信息建立和更新二維或三維的地圖。ROS的地圖（costmap）采用網(wǎng)格（grid）的形式，每個網(wǎng)格的值從0~255，分為三種狀態(tài)：占用（有障礙物）、無用（空閑的）、未知。具體狀態(tài)和值的對應(yīng)關(guān)系如下：

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? ? ? ? 上圖共分為五個部分：（下面的紅色框圖是機器人的輪廓，旁邊的黑框是上圖的映射位置）
? ? ? （1）Lethal（致命的）:機器人的中心與該網(wǎng)格的中心重合，此時機器人必然與障礙物沖突。
? ? ? （2）Inscribed（內(nèi)切）：網(wǎng)格的外切圓與機器人的輪廓內(nèi)切，此時機器人也必然與障礙物沖突。
? ? ? （3）Possibly circumscribed（外切）：網(wǎng)格的外切圓與機器人的輪廓外切，此時機器人相當于靠在障礙物附近，所以不一定沖突。
? ? ? （4）Freespace（自由空間）：沒有障礙物的空間。
? ? ? （5）Unknown（未知）：未知的空間。
? ? ? ?具體可見：http://www.ros.org/wiki/costmap_2d

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的由浅到深理解ROS（6）-坐标转换的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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