시간을 여행하다 (Python)

목표: tf2의 고급 시간 여행 기능에 대해 알아보세요.

배경 정보

이전 튜토리얼에서는 tf2와 시간의 기초 에 대해 논의했습니다. 이 튜토리얼에서는 한 걸음 더 나아가서 강력한 tf2 트릭을 소개합니다: 시간 여행. 간단히 말해, tf2 라이브러리의 주요 기능 중 하나는 공간뿐만 아니라 시간에 따라 데이터를 변환할 수 있다는 것입니다.

이 tf2 시간 여행 기능은 로봇의 자세를 장기간 모니터링하거나, 리더의 “걸음”을 따르는 추종 로봇을 구축하는 것과 같은 다양한 작업에 유용할 수 있습니다. 이 시간 여행 기능을 사용하여 시간을 되돌아가 변환을 찾아보고 turtle2 가 carrot1 의 5초 뒤를 따라가도록 프로그래밍합니다.

시간 여행

먼저, 이전 튜토리얼 시간 사용하기 에서 끝난 곳으로 돌아갑시다. learning_tf2_py 패키지로 이동합니다.

이제, 두 번째 거북이를 현재 carrot의 위치로 이동시키는 대신, 두 번째 거북이를 첫 번째 당근이 5초 전에 있었던 곳으로 이동시킵니다. turtle_tf2_listener.py 파일에서 lookup_transform() 호출을 편집하여 다음과 같이 변경하세요.

when = self.get_clock().now() - rclpy.time.Duration(seconds=5.0)
trans = self.tf_buffer.lookup_transform(
    to_frame_rel,
    from_frame_rel,
    when,
    timeout=rclpy.duration.Duration(seconds=0.05))

이제 이를 실행하면 처음 5초 동안 두 번째 거북이는 어디로 가야 할지 알지 못하며, 왜냐하면 당근의 5초 동안의 자세 기록이 아직 없기 때문입니다. 그러나 이후 5초 동안 어떤 일이 벌어질까요? 한 번 시도해 봅시다.

ros2 launch learning_tf2_py turtle_tf2_fixed_frame_demo.launch.py

이제 화면 샷과 같이 거북이가 제어를 받지 않고 무작위로 움직이는 것을 알 수 있어야 합니다. 이러한 동작의 이유를 이해하려고 노력해 보겠습니다.

우리의 코드에서 tf2에게 다음과 같은 질문을 했습니다: “5초 전에 turtle2 상대적으로 carrot1 의 자세는 어떻게 되었나요?”. 이것은 두 번째 거북이가 5초 전에 어디에 있었는지, 그리고 첫 번째 당근이 5초 전에 어디에 있었는지를 기반으로 제어한다는 것을 의미합니다.
그러나 우리가 실제로 물어보고 싶은 것은 다음과 같습니다: “5초 전에 carrot1 의 자세는 현재 turtle2 의 위치를 기준으로 어떻게 되었나요?”.

lookup_transform()에 대한 고급 API

tf2에게 이러한 구체적인 질문을 하려면 추가 매개 변수로 lookup_transform_full() 메서드를 호출하여 명시적으로 언제 지정된 변환을 획득할지 지정해야 합니다. 이 작업은 추가 매개 변수를 사용하여 수행됩니다. 이제 코드는 다음과 같이 보일 것입니다.

when = self.get_clock().now() - rclpy.time.Duration(seconds=5.0)
trans = self.tf_buffer.lookup_transform_full(
        target_frame=to_frame_rel,
        target_time=rclpy.time.Time(),
        source_frame=from_frame_rel,
        source_time=when,
        fixed_frame='world',
        timeout=rclpy.duration.Duration(seconds=0.05))

lookup_transform_full() 에 대한 고급 API는 여섯 가지 인수를 사용합니다.

대상 프레임
변환할 시간
출발 프레임
출발 프레임이 평가될 시간
시간이 지나도 변하지 않는 프레임, 이 경우 world 프레임
대상 프레임이 사용 가능하게 될 때까지 기다릴 시간

요약하면 tf2는 다음과 같은 작업을 수행합니다. 과거에서는 carrot1 에서 world 로의 변환을 계산합니다. world 프레임에서 tf2는 과거에서 현재까지 시간 여행합니다. 그리고 현재 시간에 tf2는 world 에서 turtle2 로의 변환을 계산합니다.

결과 확인

이제 고급 시간 여행 API를 사용하여 시뮬레이션을 다시 실행해 봅시다.

ros2 launch learning_tf2_py turtle_tf2_fixed_frame_demo.launch.py

그리고 그렇습니다. 두 번째 거북이는 첫 번째 당근이 5초 전에 있었던 곳으로 향하고 있습니다!

요약

이 튜토리얼에서는 tf2의 고급 기능 중 하나를 살펴보았습니다. tf2가 데이터를 시간에 따라 변환할 수 있으며, 이를 어떻게 하는지를 turtlesim 예제를 통해 배웠습니다. tf2를 사용하여 시간을 되돌아가 거북이의 이전 자세와 현재 자세 간의 프레임 변환을 수행하는 방법을 고급 lookup_transform_full() API를 사용하여 알아보았습니다.