摘自：https://blog.csdn.net/w383117613/article/details/46006991

移動機器人平台的坐标系 （map,odom,base_link）

五新 2015-05-26 13:43:10 10062 收藏 7

分類專欄： ros 文章标簽： ros 移動平台 機器人

 移動平台的坐标系  

來源：http://www.ros.org/reps/rep-0105.html#id5

1  摘要( Abstract)

     This REP specifies naming conventions and semantic meaning for coordinate frames of mobile platforms used with ROS.

這個REP指定了ROS下移動機器人平台的坐标系命名規則和語義 。

2 目的(Motivation)

Developers of drivers, models, and libraries need a share convention for coordinate frames in order to better integrate and re-use software components. Shared conventions for coordinate frames provides a specification for developers creating drivers and models for mobile bases. Similarly, developers creating libraries and applications can more easily use their software with a variety of mobile bases that are compatible with this specification. For example, this REP specifies the frames necessary for writing a new localization component. It also specifies frames that can be used to refer to the mobile base of a robot.

為了更好的內建和重用軟體子產品，驅動，模型以及庫的開發人員需要一個坐标系的共享公約。該坐标系的共享規約讓開發者為移動基座建立驅動和模型提供了一個規範。同樣，開發人員用與本規範相容的一些移動機器人基座軟體能很容易的建立相應的庫和應用。例如，本REP指定了寫一個定位子產品中必須的坐标系，它還指定跟移動機器人底座相關的坐标系。

3 說明(Specification)

3.1 坐标系架構(Coordinate Frames)

3.1.1 世界坐标(map)

    The coordinate frame called map is a world fixed frame, with its Z-axis pointing upwards. The pose of a mobile platform, relative to the map frame, should not significantly drift over time. The map frame is not continuous, meaning the pose of a mobile platform in the map frame can change in discrete jumps at any time.

     In a typical setup, a localization component constantly re-computes the robot pose in the map frame based on sensor observations, therefore eliminating drift, but causing discrete jumps when new sensor information arrives.

    The map frame is useful as a long-term global reference, but discrete jumps make it a poor reference frame for local sensing and acting.

該map坐标系是一個世界固定坐标系，其Z軸指向上方。相對于map坐标系的移動平台的姿态，不應該随時間顯著移動。map坐标是不連續的，這意味着在map坐标系中移動平台的姿态可以随時發生離散的跳變。

典型的設定中，定位子產品基于傳感器的監測，不斷的重新計算世界坐标中機器人的位姿，進而消除偏差，但是當新的傳感器資訊到達時可能會跳變。

map坐标系作為長期的全局參考是很有用的，但是跳變使得對于本地傳感和執行器來說，其是一個不好的參考坐标

3.1.2 裡程計坐标系(odom)

The coordinate frame called odom is a world-fixed frame. The pose of a mobile platform in the odom frame can drift over time, without any bounds. This drift makes the odom frame useless as a long-term global reference. However, the pose of a robot in the odom frame is guaranteed to be continuous, meaning that the pose of a mobile platform in the odom frame always evolves in a smooth way, without discrete jumps.

In a typical setup the odom frame is computed based on an odometry source, such as wheel odometry, visual odometry or an inertia measurement unit.

The odom frame is useful as an accurate, short-term local reference, but drift makes is a poor frame for long-term reference.

odom 坐标系是一個世界固定坐标系。在odom 坐标系中移動平台的位姿可以任意移動，沒有任何界限。這種移動使得odom 坐标系不能作為長期的全局參考。然而，在odom 坐标系中的機器人的姿态能夠保證是連續的，這意味着在odom 坐标系中的移動平台的姿态總是平滑變化，沒有跳變。

在一個典型設定中，odom 坐标系是基于測距源來計算的，如車輪裡程計，視覺裡程計或慣性測量單元。

odom 坐标系作為一種精确，作為短期的本地參考是很有用的，但偏移使得它不能作為長期參考

3.1.3 基座标(base_link)

The coordinate frame called base_link is rigidly attached to the mobile robot base. The base_link can be attached to the base in any arbitrary position or orienation; for every hardware platform there will be a different place on the base that provides an obvious point of reference. Note that REP 103 [1] specifies a preferred orientation for frames.

該base_link坐标剛性地連接配接到移動機器人基座。base_link可以安裝在基座中的任意方位；對于每個硬體平台，在基座上的不同地方都會提供一個明顯的參考點。需要注意的是REP103[1]規定的坐标的首選方位。

3.2 坐标之間的關系（Relationship between Frames）

We have chosen a tree representation to attach all coordinate frames in a robot system to each other. Therefore each coordinate frame has one parent coordinate frame, and any number of child coordinate frames. The frames described in this REP are attached as follows:

map --> odom --> base_link

The map frame is the parent of odom, and odom is the parent of base_link. Although intuition would say that both map and odom should be attached tobase_link, this is not allowed because each frame can only have one parent.

在機器人系統中，我們使用一棵樹來來關聯所有坐标系，是以每個坐标系都有一個父坐标系和任意子坐标系，如下：

map --> odom --> base_link

世界坐标系是odom坐标系的父，odom坐标系是base_link的父。雖然直覺來說，map和odom應連接配接到base_link，這是不允許的，因為每坐标系隻能有一個父類。

3.3 坐标系權限（Frame Authorities）

      The transform from odom to base_link is computed and broadcast by one of the odometry sources.The transform from map to base_link is computed by a localization component. However, the localization component does not broadcast the transform from map to base_link. Instead, it first receives the transform from odom to base_link, and uses this information to broadcast the transform from mapto odom

odom到base_link的轉換是由裡程計源計算和釋出的。然而，定位子產品不釋出map到base_link的轉換(transform)。相反，定位子產品先接收odom到base_link的 transform，并使用這個資訊釋出map到odom的transform。