消息类型:

1. Twist - 线速度角速度

通常被用于发送到/cmd_vel话题,被base controller节点监听,控制机器人运动

geometry_msgs/Twist

geometry_msgs/Vector3 linear
float64 x
float64 y
float64 z
geometry_msgs/Vector3 angular
float64 x
float64 y
float64 z

linear.x指向机器人前方,linear.y指向左方,linear.z垂直向上满足右手系,平面移动机器人常常linear.y和linear.z均为0

angular.z代表平面机器人的角速度,因为此时z轴为旋转轴

示例:

#! /usr/bin/env python
'''
Author: xushangnjlh at gmail dot com
Date: 2017/05/22 @package forward_and_back
'''
import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist
from math import pi class ForwardAndBack():
def __init__(self):
rospy.init_node('forward_and_back', anonymous=False)
rospy.on_shutdown(self.shutdown)
# this "forward_and_back" node will publish Twist type msgs to /cmd_vel
# topic, where this node act like a Publisher
self.cmd_vel = rospy.Publisher('/cmd_vel', Twist, queue_size=5) # parameters
rate = 50
r = rospy.Rate(rate) linear_speed = 0.2
goal_distance = 5
linear_duration = goal_distance/linear_speed angular_speed = 1.0
goal_angular = pi
angular_duration = goal_angular/angular_speed # forward->rotate->back->rotate
for i in range(2):
# this is the msgs variant, has Twist type, no data now
move_cmd = Twist() move_cmd.linear.x = linear_speed #
# should keep publishing
ticks = int(linear_duration*rate)
for t in range(ticks):
# one node can publish msgs to different topics, here only publish
# to /cmd_vel
self.cmd_vel.publish(move_cmd)
r.sleep # sleep according to the rate # stop 1 ms before ratate
move_cmd = Twist()
self.cmd_vel.publish(move_cmd)
rospy.sleep(1) move_cmd.angular_speed.z = angular_speed
ticks = int(angular_duration*rate)
for t in range(ticks):
self.cmd_vel.publish(move_cmd)
r.sleep() self.cmd_vel.publish(Twist())
rospy.sleep(1) def shutdown(self):
rospy.loginfo("Stopping the robot")
self.cmd_vel.publish(Twist())
rospy.sleep(1) if __name__=='__main__':
try:
ForwardAndBack()
except:
rospy.loginfo("forward_and_back node terminated by exception")

2. nav_msgs/Odometry - 里程计(位姿+线速度角速度+各自协方差)

通常,发布到/cmd_vel topic然后被机器人(例如/base_controller节点)监听到的Twist消息是不可能准确地转换为实际的机器人运动路径的,误差来源于机器人内部传感器误差(编码器),标定精度,以及环境影响(地面是否打滑平整);因此我们可以用更准确的Odometry消息类型类获取机器人位姿(/odom到/base_link的tf变换)。在标定准确时,该消息类型与真实的机器人位姿误差大致在1%量级(即使在rviz中显示的依然误差较大)。

还包括

  • 参考系信息,Odometry使用/odom作为parent frame id,/base_link作为child frame id;也就是说世界参考系为/odom(通常设定为起始位姿,固定不动),移动参考系为/base_link(这里还有点不理解,后面来填坑)
  • 时间戳,因此不仅知道运动轨迹,还可以知道对应时间点
Header header
string child_frame_id
geometry_msgs/PoseWithCovariance pose
geometry_msgs/TwistWithCovariance twist
# 展开
Header header
uint32 seq
time stamp
string frame_id
string child_frame_id
geometry_msgs/PoseWithCovariance pose
geometry_msgs/Pose pose
geometry_msgs/Point position
float64 x
float64 y
float64 z
geometry_msgs/Quaternion orientation
float64 x
float64 y
float64 z
float64 w
float64[36] covariance
geometry_msgs/TwistWithCovariance twist
geometry_msgs/Twist twist
geometry_msgs/Vector3 linear
float64 x
float64 y
float64 z
geometry_msgs/Vector3 angular
float64 x
float64 y
float64 z
float64[36] covariance

示例:

运动路径和位姿通过内部的Odometry获取,该Odemetry的位姿通过监听tf坐标系变换获取(/odom和/base_link)

#! /usr/bin/env python
'''
Author: xushangnjlh at gmail dot com
Date: 2017/05/23 @package odometry_forward_and_back
'''
import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist, Point, Quaternion
import tf
from rbx1_nav.tranform_utils import quat_to_angle, normalize_angle
from math import pi, radians, copysign, sqrt, pow class Odometry_forward_and_back:
def __init__(self):
rospy.ini_node('odometry_forward_and_back', anonymous=False)
rospy.on_shutdown(self.shutdown) self.cmd_vel = rospy.Publisher('/cmd_vel', Twist, queue_size=5) rate = 20
r = rospy.Rate(rate)
linear_speed = 0.2
goal_distance =1.0
angular_speed = 1.0
goal_angle = pi
angular_tolerance = radians(2.5) # Initialize tf listener, and give some time to fill its buffer
self.tf_listener = tf.TransformListener()
rospy.sleep(2) # Set odom_frame and base_frame
self.odom_frame = '/odom' try:
self.tf_listener.waitForTransform(self.odom_frame,
'/base_footprint',
rospy.Time(),
rospy.Duration(1.0))
self.base_frame = '/base_footprint'
except(tf.Exception, tf.ConnectivityException, tf.LookupException):
try:
self.tf_listener.waitForTransform(self.odom_frame,
'/base_link',
rospy.Time(),
rospy.Duration(1.0))
self.base_frame = '/base_link'
except(tf.Exception, tf.ConnectivityException, tf.LookupException):
rospy.loginfo("Cannot find base_frame transformed from /odom")
rospy.signal_shutdown("tf Exception") position = Point() for i in range(2):
move_cmd = Twist()
move_cmd.linear.x = linear_speed
# Initial pose, obtained from internal odometry
(position, rotation) = self.get_odom()
x_start = position.x
y_start = position.y
distance = 0 # Keep publishing Twist msgs, until the internal odometry reach the goal
while distance < goal_distance and not rospy.is_shutdown():
self.cmd_vel.publish(move_cmd)
r.sleep()
(position, rotation) = self.get_odom()
distance = sqrt( pow( (position.x-x_start), 2 ) + \
pow( (position.y-y_start), 2 ) ) # Stop 1 ms before rotate
move_cmd = Twist()
self.cmd_vel.publish(move_cmd)
rospy.sleep(1) move_cmd.angular.z = angular_speed
# should be the current ration from odom
angle_last = rotation
angle_turn = 0
while abs(angle_turn+angular_tolerance) < abs(goal_angle) \
and not rospy.is_shutdown():
self.cmd_vel.publish(move_cmd)
r.sleep()
(position, rotation) = self.get_odom
delta_angle = normalize_angle(rotation - angle_last)
angle_turn += delta_angle
angle_last = rotation move_cmd = Twist()
self.cmd_vel.publish(move_cmd)
rospy.sleep(1) self.cmd_vel.publish(Twist()) def get_dom(self):
try:
(trans, rot) = self.tf_listener.lookupTransfrom(self.odom_frame,
self.base_frame,
rospy.Time(0))
except(tf.Exception, tf.ConnectivityException, tf.LookupException):
rospy.loginfo("TF exception, cannot get_dom()!")
return
# angle is only yaw : RPY()[2]
return (Point(*trans), quat_to_angle(*rot)) def shutdown(self):
rospy.loginfo("Stopping the robot...")
self.cmd_vel.publish(Twist(0))
rospy.sleep(1) if __name__=='__main__':
try:
Odometry_forward_and_back()
except:
rospy.loginfo("Odometry_forward_and_back node terminated!")

注意这里存在tf操作:

self.tf_listener = tf.TransformListener()
rospy.sleep(2)

创建TransformListener对象监听坐标系变换,这里需要sleep 2ms用于tf缓冲。

可以通过以下API获取tf变换,保存在TransformListener对象中,通过lookupTransform获取:

# TransformListener.waitForTransform('ref_coordinate', 'moving_coordinate', rospy.Time(), rospy.Duration(1.0))
self.tf_listener.waitForTransform(self.odom_frame, '/base_footprint', rospy.Time(), rospy.Duration(1.0))
(trans, rot) = self.tf_listener.lookupTransform(self.odom_frame, self.base_frame, rospy.Time(0))

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