ROS 欧拉角

在ROS中,欧拉角(Euler angles)通常用于描述一个物体相对于参考坐标系的旋转。这种表示方法基于三个连续的旋转角度,每个角度对应于绕着特定轴线(通常是XYZ轴或ZYZ轴等不同顺序)的旋转。

ROS中,欧拉角四元数均被用于表示坐标系中的旋转关系。欧拉角的定义有许多不同的形式,但在ROS中通常采用的绕x,y,z三个轴的旋转来表示物体旋转,具体为:绕Z轴旋转,称之为航向角,使用yaw表示;绕X轴旋转,称之为横滚角,使用roll表示;绕Y轴旋转,称之为俯仰角,使用pitch表示。

欧拉角包括横滚角(Roll)俯仰角(Pitch)和 航向角(Yaw)。这三种角度分别表示物体绕自身三个坐标轴进行的旋转:

横滚角:沿物体的X轴(左右方向),也称为偏航轴。

俯仰角:沿物体的Y轴(前后方向),也称为升降轴。

航向角:沿物体的Z轴(上下方向),也称为滚动轴。

在ROS中的tf库中,欧拉角被用来表示三维空间中刚体的运动。通常有两种类型的欧拉角:

静态欧拉角:也称为外积旋转向量、固定坐标系下的欧拉角或Tait-Bryan角。这些是围绕世界坐标系(全局坐标系)的X、Y和Z轴进行的旋转。当使用这种方式表示时,物体本身的坐标系会随着每次旋转而改变。

动态欧拉角:也称为内积旋转向量或移动坐标系下的欧拉角。这些是围绕物体自身的坐标系的X、Y和Z轴进行的旋转。在这种情况下,物体自身的坐标系保持不变,而是世界坐标系在变化。

ROS中的欧拉角转换通常涉及到以下函数:

    tf2::Quaternion

        表示四元数。

    tf2::Matrix3x3

        用于表示旋转矩阵。

    tf2::fromMsg(const geometry_msgs::Quaternion &msg)

        将 ROS 消息格式的四元数转换为 TF 格式。

    tf2::toMsg(const tf2::Quaternion &q)

        将 TF 格式的四元数转换为 ROS 消息格式。

    tf2::convertRotationToRPY(const tf2::Quaternion &quat, double& roll, double& pitch, double& yaw)

        将四元数转换为 Roll-Pitch-Yaw(RPY)欧拉角。

    tf2::convertRPYToRotation(double roll, double pitch, double yaw, tf2::Quaternion &quat)

        将 Roll-Pitch-Yaw(RPY)欧拉角转换为四元数。

    tf2_ros::Buffer

        提供了缓存和查询TF数据的功能。

    tf2_ros::TransformListener

        监听TF消息并更新缓冲区中的变换数据。

    tf2_ros::Buffer.lookupTransform

        从缓冲区中查找给定时间戳的坐标系之间的变换。

使用这些函数时,需要包含相应的头文件,例如 <tf2_geometry_msgs/tf2_geometry_msgs.h>。

需要注意的是,不同旋转顺序的欧拉角是不同的。例如,在一些代码中,可能使用的是z-y'-x''(偏航、俯仰、滚转)作为欧拉角的旋转顺序。

此外,ROS中的欧拉角可以分为绕定轴绕动轴的变换方式,当没有指定Euler时,默认是按定轴转动,矩阵依次左乘。若函数的名字中有Euler,则表示为绕动轴转动的方式,矩阵依次右乘。

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