機(jī)器人中都有哪些坐標(biāo)系

坐標(biāo)系是我們非常熟悉的一個(gè)概念，也是機(jī)器人學(xué)中的重要基礎(chǔ)，在一個(gè)完整的機(jī)器人系統(tǒng)中，會(huì)存在很多坐標(biāo)系，這些坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系該如何管理？

ROS給我們提供了一個(gè)坐標(biāo)系的管理神器——TF。

機(jī)器人中的坐標(biāo)系

機(jī)器人中都有哪些坐標(biāo)系呢？

比如在機(jī)械臂形態(tài)的機(jī)器人中，機(jī)器人安裝的位置叫做基坐標(biāo)系Base Frame，機(jī)器人安裝位置在外部環(huán)境下的參考系叫做世界坐標(biāo)系World Frame，機(jī)器人末端夾爪的位置叫做工具坐標(biāo)系，外部被操作物體的位置叫做工件坐標(biāo)系，在機(jī)械臂抓取外部物體的過程中，這些坐標(biāo)系之間的關(guān)系也在跟隨變化。

在移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)中，坐標(biāo)系一樣至關(guān)重要，比如一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的中心點(diǎn)是基坐標(biāo)系Base Link，雷達(dá)所在的位置叫做雷達(dá)坐標(biāo)系laser
link，機(jī)器人要移動(dòng)，里程計(jì)會(huì)累積位置。

這個(gè)位置的參考系叫做里程計(jì)坐標(biāo)系odom，里程計(jì)又會(huì)有累積誤差和漂移，絕對(duì)位置的參考系叫做地圖坐標(biāo)系map。

一層一層坐標(biāo)系之間關(guān)系復(fù)雜，有一些是相對(duì)固定的，也有一些是不斷變化的，看似簡(jiǎn)單的坐標(biāo)系也在空間范圍內(nèi)變得復(fù)雜，良好的坐標(biāo)系管理系統(tǒng)就顯得格外重要。

關(guān)于坐標(biāo)系變換關(guān)系的基本理論，在每一本機(jī)器人學(xué)的教材中都會(huì)有講解，可以分解為平移和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)部分，通過一個(gè)四乘四的矩陣進(jìn)行描述，在空間中畫出坐標(biāo)系，那兩者之間的變換關(guān)系，其實(shí)就是向量的數(shù)學(xué)描述。

ROS中TF功能的底層原理，就是對(duì)這些數(shù)學(xué)變換進(jìn)行了封裝。