ROS里基本坐标系的理解：map,odom,base_link,base_laser - maohaihua/ros_study GitHub Wiki

https://blog.csdn.net/flyinsilence/article/details/51854123

最常用的就是map，odom，base_link，base_laser坐标系，这也是开始接触gmapping的一些坐标系。

map:地图坐标系，顾名思义，一般设该坐标系为固定坐标系（fixed frame），一般与机器人所在的世界坐标系一致。

base_link:机器人本体坐标系，与机器人中心重合，当然有些机器人(PR 2)是base_footprint,其实是一个意思。

odom：里程计坐标系，这里要区分开odom topic，这是两个概念，一个是坐标系，一个是根据编码器（或者视觉等）计算的里程计。但是两者也有关系，odom topic 转化得位姿矩阵是odom-->base_link的tf关系。这时可有会有疑问，odom和map坐标系是不是重合的？（这也是我写这个博客解决的主要问题）可以很肯定的告诉你，机器人运动开始是重合的。但是，随着时间的推移是不重合的，而出现的偏差就是里程计的累积误差。那map-->odom的tf怎么得到?就是在一些校正传感器合作校正的package比如amcl会给出一个位置估计（localization），这可以得到map-->base_link的tf，所以估计位置和里程计位置的偏差也就是odom与map的坐标系偏差。所以，如果你的odom计算没有错误，那么map-->odom的tf就是0.

base_laser:激光雷达的坐标系，与激光雷达的安装点有关，其与base_link的tf为固定的。

base_link坐标系原点一般为机器人的旋转中心，base_footprint坐标系原点为base_link原点在地面的投影，有些许区别（z值不同）。

一、首先要搞明白URDF、TF和odom的关系

ROS 中对于多坐标系的处理是使用树型表示，在机器人自主导航中，ROS会构建这几个很重要的坐标系。一般在urdf文件中都要定义base_link，它代表了机器人的主干，其它所有的frame都是相对于base_link定义并粘在一起的。它们一起相对于大地图map移动，让机器人移动就是向tf发布 geometry_msgs::TransformStamped 消息通知ros base_link相对于map的tf转换关系。先看一下这几个概念在ros中的定义：

base_link: 一般位于tf tree的最根部，物理语义原点一般为表示机器人中心，为相对机器人的本体的坐标系。

odom：一般直接与base_link 相链接，语义为一个对于机器人全局位姿的粗略估计。取名来源于odometry（里程计），一般这个坐标系的数据也是来源于里程计。对于全局位姿的估计方法很多，比如在hector SLAM与导航体系中，就采用了imu数据估计全局位姿，还有很多视觉里程计的算法（visual odometry）也能提供位姿估计。原点为开始计算位姿那个时刻的机器人的位置。

map: 一般与odom（或者odom_combined）相连，语义为一个经过先验（或者SLAM）地图数据矫正过的，在地图中的位姿信息。与odom同为全局坐标系。原点为地图原点（地图原点在地图相应的yaml文件中有规定）。

各个Frames的关系

frame之间是按树状结构组织的。所以每个frame只有一个父节点和任意多个子节点。 上述几个frame的关系:

map --> odom --> base_link

odom到base_link的坐标转换是从运动源计算出来广播的。map到base_link的坐标转换是被定位模块计算出来的. 但定位模块不发布map到base_link的转换. 相反它先接受从odom到base_link的转换, 再计算并广播map到odom的位置转换关系。

fixed_frame：RViz中认定的大世界就是fixed_frame

target_frame：Rviz中视觉跟踪的frame是 target_frame

二、坐标转换的两种方法

方法一：修改启动文件

在lidar的launch启动文件中增加：

<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="base_link_to_laser4" 
    args="0.0 0.0 0.2 0.0 3.1415926 0.0 /base_link /laser_frame 40" />
</launch>

其中args="0.0 0.0 0.2 0.0 3.1415926 0.0 /base_link /laser_frame 40"参数依次对应的含义是：static_transform_publisher x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_ms，其中 x y z 是 x y z 的坐标， yaw pitch roll 是 绕 z旋转弧度角，绕y旋转弧度角，绕x旋转弧度角，frame_id child_frame_id period_in_ms 父坐标系，子坐标系，发布间隔（ms），上述是指的 z方向增加0.2m，绕y旋转180°。（其中注意 yaw pitch roll 不要弄错，可以通过rviz查看， 红色是x ， 绿色是y， 蓝色是z）

方法二：修改urdf文件的坐标

找到urdf的描述文件，如turtlebot_description/urdf/turtlebot_library.urdf.xacro，在文件中修改坐标

<joint name="laser" type="fixed">
    <origin xyz="0.00 0.00 0.20" rpy="0 3.1415926 0" />
    <parent link="base_link" />
    <child link="base_laser_link" />
  </joint>
 
  <link name="base_laser_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.00 0.05 0.06" />
      </geometry>
      <material name="Green" />
    </visual>
    <inertial>
      <mass value="0.000001" />
      <origin xyz="0 0 0" />
      <inertia ixx="0.0001" ixy="0.0" ixz="0.0"
        iyy="0.0001" iyz="0.0"
        izz="0.0001" />
    </inertial>
  </link>

三、坐标的校正方法

本节以校正F4激光雷达与D1机器人的坐标为例，其它机器人校正方法类似，F4 与 D1 的坐标校对，是通过对launch文件中的参数进行修改来使两者坐标一致的，要运行哪个launch文件就要对哪个launch文件中的参数进行修改，使两者坐标一致的。在本教程中，便是要修改 gmapping_demo.launch 文件，找到并打开该文件

<launch>
<node name="arduino" pkg="dashgo_bringup" type="dashgo_driver.py" output="screen">
<rosparam file="$(find dashgo_bringup)/config/my_dashgo_params.yaml" command="load" />
</node>
 
<node name="flashgo" pkg="flashgo" type="flashgo_node" output="screen">
<param name="serial_port" type="string" value="/dev/flashlidar"/>
<param name="serial_baudrate" type="int" value="230400"/>
<param name="frame_id" type="string" value="laser_frame"/>
<param name="inverted" type="bool" value="false"/>
<param name="angle_compensate" type="bool" value="true"/>
</node>
 
<include file="$(find dashgo_description)/launch/dashgo_description.launch"/>
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="base_link_to_laser4"
args="0.0 0.0 0.2 0.0 3.1415926 0.0 /base_link /laser_frame 40" /> //修改args的参数值
 
<include file="$(find dashgo_nav)/launch/gmapping.launch"/>
<include file="$(find dashgo_nav)/launch/move_base.launch"/>
</launch>

args="0.0 0.0 0.2 0.0 3.1415926 0.0 /base_link /laser_frame 40"，在 /base_link 前面的 6 个参数，只需要调整前面5个参数，最后一个默认为 0.0 即可，这 5 个参数都是相对于 D1 的坐标系来调整的。前面 3 个，分别表示激光雷达 F4 在X、Y、Z轴（右手定则）上距离（0 , 0 , 0）点的坐标位置,（0 , 0 , 0）点是 D1 的坐标系原点，该点是 D1 的重心点。后面 2 个，分别表示沿着 D1 中心线（正前方与正后方连成的直线）左右方向、上下方向移动偏离的角度，大小范围为 -3.1415926 ~ 3.1415926 ，-3.1415926 为-180度， 3.1415926 为180度。

前后方向校正，只需修改第 4 个参数，D1 的前方是有三个超声波模块的，中间的超声波模块就是D1的正前方，D1 的后方是单独一个超声波模块的，也是D1的正后方，D1 的前后方向了解之后，便调整 F4 的坐标方向与 D1 的一致即可。

一般来说，F4 已经固定在 D1 已设定的位置上，而且 F4 在不停旋转，便要借用较大块、较平整的挡板，如：大纸箱，来确定 F4 当前的方位。先将挡板横摆在 D1 正前方，挡板中心与 D1 正前方那个超声波模块成一条直线，挡板的面要与直线成90度角。然后，对照rviz中 F4 的扫描显示，D1 正前方是否横画着一条红线障碍物。若有，则说明前方坐标正确，再将挡板横摆在 D1 正后方，若 rviz 中同样在 D1 正后方横画着一条红线障碍物，则 D1 前后方向已经正确。若实际中挡板的位置与rviz显示的位置不一致，则根据对前面 参数调整 的了解，相对应地对参数进行调整。具体操作如下：挡板横摆在 D1 正前方，rviz 显示应该如下图：

但rviz实际显示，如下图所示：

Ctrl + C ，关闭 rviz ， 也关闭正在运行的launch文件，打开该launch文件。先将第 4 个参数改大（注意数值范围），保存launch文件，接着启动launch文件并打开rviz，查看效果。若显示的红线向正确的红线位置靠近，则再将参数慢慢加大以修正；若偏离正确位置，则将参数改小来修正。正前方的位置校正后，将挡板横摆在 D1 正后方，rviz显示与实际情况是相符的。

左右方向校正，只需要修改第 5 个参数。先将挡板横摆在 D1 正左方，挡板中心与 D1 中心成一条直线，挡板的面要平行于 D1 正前方与正后方所成的直线。然后，对照 rviz 中 F4 的扫描显示，D1 正左方是否横画着一条红线障碍物。若有，则说明左方坐标正确，再将挡板横摆在 D1 正右方，若 rviz 中同样在 D1 正右方横画着一条红线障碍物，则 D1 左右方向已经正确，不用修改参数。若实际中挡板的位置与 rviz 显示的位置不一致，则修改第 5 个参数，若当前数值为 0.0 ，则修改成 3.1415926 ；若当前数值为 3.1415926 ，则修改成 0.0 即可。再运行 launch 文件与 rviz 核对效果。

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