# 8.1 認識TF ### 8.1.1 簡介 TF是一個ROS世界里的一個基本的也是很重要的概念，所謂TF(TransForm)，就是坐標轉換．在現實生活中，我們做出各種行為模式都可以在很短的時間里完成，比如拿起身邊的物品，但是在機器人的世界里，則遠遠沒有那么簡單．觀察下圖，我們來分析機器人拿起身邊的物品需要做到什么，而TF又起到什么樣的作用．  觀察這個機器人，我們直觀上不認為拿起物品會又什么難度，站在人類的立場上，我們也許會想到手向前伸，抓住，手收回．就完成了這整個一系列的動作．但是如今的機器人遠遠沒有這么智能，它能得到的只是各種傳感器發送回來的數據，然后它再處理各種數據進行操作，比如手臂彎曲45度，再向前移動２０cm等這樣的各種十分精確的數據，盡管如此，機器人依然沒法做到像人類一樣自如的進行各種行為操作．那么在這個過程中，TF又扮演著什么樣的角色呢？還拿該圖來說，當機器人的＂眼睛＂獲取一組數據，關于物體的坐標方位，但是相對于機器人手臂來說，這個坐標只是相對于機器人頭部的傳感器，并不直接適用于機器人手臂執行，那么物體相對于頭部和手臂之間的坐標轉換，就是TF. 坐標變換包括了位置和姿態兩個方面的變換，ROS中的tf是一個可以讓用戶隨時記錄多個坐標系的軟件包。tf保持緩存的樹形結構中的坐標系之間的關系，并且允許用戶在任何期望的時間點在任何兩個坐標系之間轉換點，矢量等． ### 8.1.2 ROS中的TF tf的定義不是那么的死板，它可以被當做是一種標準規范，這套標準定義了坐標轉換的數據格式和數據結構．tf本質是樹狀的數據結構，所以我們通常稱之為**"tf tree"**,tf也可以看成是一個topic:`/tf`，話題中的message保存的就是tf tree的數據結構格式．維護了整個機器人的甚至是地圖的坐標轉換關系．tf還可以看成是一個package,它當中包含了很多的工具．比如可視化，查看關節間的tf,debug tf等等．tf含有一部分的接口，就是我們前面章節介紹的roscpp和rospy里關于tf的API．所以可以看成是話題轉換的標準，話題，工具，接口．  觀察上圖，我們可以看到ROS數據結構的一個抽象圖，ROS中機器人模型包含大量的部件，這些部件統稱之為**link**,每一個link上面對應著一個**frame**, 即一個坐標系．link和frame概念是綁定在一起的．像上圖pr2模型中我們可以看到又很多的frame,錯綜復雜的鋪置在機器人的各個link上，維護各個坐標系之間的關系，就要靠著tf tree來處理，維護著各個坐標系之間的聯通．如下圖：  上圖是我們常用的robot_sim_demo運行起來的tf　tree結構，每一個圓圈代表一個frame,對應著機器人上的一個link，任意的兩個frame之間都必須是聯通的，如果出現某一環節的斷裂，就會引發error系統報錯．所以完整的tf tree不能有任何斷層的地方，這樣我們才能查清楚任意兩個frame之間的關系．仔細觀察上圖，我們發現每兩個frame之間都有一個broadcaster,這就是為了使得兩個frame之間能夠正確連通，中間都會有一個Node來發布消息來broadcaster.如果缺少Node來發布消息維護連通，那么這兩個frame之間的連接就會斷掉．broadcaster就是一個publisher,如果兩個frame之間發生了相對運動，broadcaster就會發布相關消息．