编写监听器（C++）

**目标：**学习如何使用tf2来获取帧变换的访问权限。

教程级别： 中级

时间: 10分钟

背景

在之前的教程中，我们创建了一个tf2广播器，将乌龟的姿态发布到tf2中。

在本教程中，我们将创建一个tf2监听器，开始使用tf2。

先决条件

本教程假设您已经完成了：doc:tf2静态广播器教程（C++）。在之前的教程中，我们创建了一个``learning_tf2_cpp``软件包，我们将从这里继续工作。

任务

1 编写监听器节点

首先，我们需要创建源文件。转到我们在上一个教程中创建的“learning_tf2_cpp”包。在“src”目录中，通过输入以下命令来下载示例监听器代码：

wget https://raw.githubusercontent.com/ros/geometry_tutorials/ros2/turtle_tf2_cpp/src/turtle_tf2_listener.cpp

使用您偏爱的文本编辑器打开该文件。

#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>

#include "geometry_msgs/msg/transform_stamped.hpp"
#include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "tf2/exceptions.h"
#include "tf2_ros/transform_listener.h"
#include "tf2_ros/buffer.h"
#include "turtlesim/srv/spawn.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

class FrameListener : public rclcpp::Node
{
public:
  FrameListener()
  : Node("turtle_tf2_frame_listener"),
    turtle_spawning_service_ready_(false),
    turtle_spawned_(false)
  {
    // Declare and acquire `target_frame` parameter
    target_frame_ = this->declare_parameter<std::string>("target_frame", "turtle1");

    tf_buffer_ =
      std::make_unique<tf2_ros::Buffer>(this->get_clock());
    tf_listener_ =
      std::make_shared<tf2_ros::TransformListener>(*tf_buffer_);

    // Create a client to spawn a turtle
    spawner_ =
      this->create_client<turtlesim::srv::Spawn>("spawn");

    // Create turtle2 velocity publisher
    publisher_ =
      this->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>("turtle2/cmd_vel", 1);

    // Call on_timer function every second
    timer_ = this->create_wall_timer(
      1s, std::bind(&FrameListener::on_timer, this));
  }

private:
  void on_timer()
  {
    // Store frame names in variables that will be used to
    // compute transformations
    std::string fromFrameRel = target_frame_.c_str();
    std::string toFrameRel = "turtle2";

    if (turtle_spawning_service_ready_) {
      if (turtle_spawned_) {
        geometry_msgs::msg::TransformStamped t;

        // Look up for the transformation between target_frame and turtle2 frames
        // and send velocity commands for turtle2 to reach target_frame
        try {
          t = tf_buffer_->lookupTransform(
            toFrameRel, fromFrameRel,
            tf2::TimePointZero);
        } catch (const tf2::TransformException & ex) {
          RCLCPP_INFO(
            this->get_logger(), "Could not transform %s to %s: %s",
            toFrameRel.c_str(), fromFrameRel.c_str(), ex.what());
          return;
        }

        geometry_msgs::msg::Twist msg;

        static const double scaleRotationRate = 1.0;
        msg.angular.z = scaleRotationRate * atan2(
          t.transform.translation.y,
          t.transform.translation.x);

        static const double scaleForwardSpeed = 0.5;
        msg.linear.x = scaleForwardSpeed * sqrt(
          pow(t.transform.translation.x, 2) +
          pow(t.transform.translation.y, 2));

        publisher_->publish(msg);
      } else {
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Successfully spawned");
        turtle_spawned_ = true;
      }
    } else {
      // Check if the service is ready
      if (spawner_->service_is_ready()) {
        // Initialize request with turtle name and coordinates
        // Note that x, y and theta are defined as floats in turtlesim/srv/Spawn
        auto request = std::make_shared<turtlesim::srv::Spawn::Request>();
        request->x = 4.0;
        request->y = 2.0;
        request->theta = 0.0;
        request->name = "turtle2";

        // Call request
        using ServiceResponseFuture =
          rclcpp::Client<turtlesim::srv::Spawn>::SharedFuture;
        auto response_received_callback = [this](ServiceResponseFuture future) {
            auto result = future.get();
            if (strcmp(result->name.c_str(), "turtle2") == 0) {
              turtle_spawning_service_ready_ = true;
            } else {
              RCLCPP_ERROR(this->get_logger(), "Service callback result mismatch");
            }
          };
        auto result = spawner_->async_send_request(request, response_received_callback);
      } else {
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Service is not ready");
      }
    }
  }

  // Boolean values to store the information
  // if the service for spawning turtle is available
  bool turtle_spawning_service_ready_;
  // if the turtle was successfully spawned
  bool turtle_spawned_;
  rclcpp::Client<turtlesim::srv::Spawn>::SharedPtr spawner_{nullptr};
  rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_{nullptr};
  rclcpp::Publisher<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr publisher_{nullptr};
  std::shared_ptr<tf2_ros::TransformListener> tf_listener_{nullptr};
  std::unique_ptr<tf2_ros::Buffer> tf_buffer_;
  std::string target_frame_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<FrameListener>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

1.1 检查代码

要了解生成海龟背后的服务是如何工作的，请参考:doc:编写一个简单的服务和客户端（C++） 教程。

现在，让我们看一下与获取帧变换相关的代码。``tf2_ros``包含了一个``TransformListener``头文件的实现，使得接收变换的任务更加容易。

#include "tf2_ros/transform_listener.h"

在这里，我们创建了一个``TransformListener``对象。一旦创建了监听器，它就开始通过网络接收tf2变换，并将其缓冲最多10秒。

tf_listener_ =
  std::make_shared<tf2_ros::TransformListener>(*tf_buffer_);

最后，我们查询监听器以获取特定的变换。我们使用以下参数调用``lookup_transform``方法：

  1. 目标帧

  2. 源帧

  3. 我们想要进行变换的时间

提供 tf2::TimePointZero() 将获取最新可用的变换。所有这些都包装在 try-catch 块中，以处理可能的异常。

t = tf_buffer_->lookupTransform(
  toFrameRel, fromFrameRel,
  tf2::TimePointZero);

1.2 CMakeLists.txt

导航到“learning_tf2_cpp”目录的上一级，其中包含“CMakeLists.txt”和“package.xml”文件。

现在打开 CMakeLists.txt，添加可执行文件并将其命名为 turtle_tf2_listener，稍后您将在 ros2 run 中使用它。

add_executable(turtle_tf2_listener src/turtle_tf2_listener.cpp)
ament_target_dependencies(
    turtle_tf2_listener
    geometry_msgs
    rclcpp
    tf2
    tf2_ros
    turtlesim
)

最后，添加``install(TARGETS...)``部分，以便``ros2 run``可以找到你的可执行文件：

install(TARGETS
    turtle_tf2_listener
    DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

2 更新启动文件

使用文本编辑器打开名为 turtle_tf2_demo.launch.py 的启动文件，向启动描述中添加两个新节点，添加一个启动参数，并添加导入语句。结果文件应如下所示：

from launch import LaunchDescription
from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch.substitutions import LaunchConfiguration

from launch_ros.actions import Node


def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        Node(
            package='turtlesim',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim'
        ),
        Node(
            package='learning_tf2_cpp',
            executable='turtle_tf2_broadcaster',
            name='broadcaster1',
            parameters=[
                {'turtlename': 'turtle1'}
            ]
        ),
        DeclareLaunchArgument(
            'target_frame', default_value='turtle1',
            description='Target frame name.'
        ),
        Node(
            package='learning_tf2_cpp',
            executable='turtle_tf2_broadcaster',
            name='broadcaster2',
            parameters=[
                {'turtlename': 'turtle2'}
            ]
        ),
        Node(
            package='learning_tf2_cpp',
            executable='turtle_tf2_listener',
            name='listener',
            parameters=[
                {'target_frame': LaunchConfiguration('target_frame')}
            ]
        ),
    ])

这将声明一个 target_frame 启动参数，启动一个我们将要生成的第二只乌龟的广播器和订阅这些变换的监听器。

3 构建

在你的工作空间的根目录中运行 rosdep，以检查缺少的依赖项。

rosdep install -i --from-path src --rosdistro humble -y

从你的工作空间的根目录中构建更新的软件包：

colcon build --packages-select learning_tf2_cpp

打开一个新终端，进入你的工作空间的根目录，并源化设置文件：

. install/setup.bash

4 运行

现在您可以开始完整的乌龟演示了：

ros2 launch learning_tf2_cpp turtle_tf2_demo.launch.py

你应该能看到带有两只乌龟的乌龟模拟器。在第二个终端窗口中输入以下命令：

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

为了测试是否正常工作，只需使用箭头键驱动第一只乌龟（确保你的终端窗口处于活动状态，而不是模拟器窗口），你将看到第二只乌龟跟随着第一只乌龟！

总结

在本教程中，你学会了如何使用tf2获取帧变换的访问权限。你还完成了自己编写的乌龟模拟器演示，该演示首次在 tf2介绍教程 中尝试。