## URDF

URDF 是用來描述機器人硬體結構的文件，通常由 `base_link` 開始，展開到各種感測器、輪子、相機等設備。
在 ROS 中，URDF 有兩種主要的協定，以下有官方的說明連結以及程式碼實現範例。而我正在將實驗室的舊有 URDF 從 `REP 120` 轉換到 `REP 105`，因為我認為 `REP 105` 更符合 AMR 的特性：

- [REP 105 協定](https://www.ros.org/reps/rep-0105.html)：
- 適用於移動平台的座標系
- 座標系簡化為僅包含 `base_link`，更加簡潔
- [我的改版 URDF](https://github.com/ming0071/ROS2-3D-lidar-AMR/blob/main/urdf/AMR_model.urdf)
- [REP 120 協定](https://www.ros.org/reps/rep-0120.html#id8)：
- 適用於人形機器人的座標系
- 增加了 `base_footprint` 來表示機器人在地板上的位置
- [實驗室原有 URDF](https://github.com/ming0071/ROS2-3D-lidar-AMR/blob/main/urdf/AMR_ros_3d.urdf.xacro)

## TF

#### TF 座標系概述
當建立好 AMR 的 URDF 後，可透過 ROS 中的 TF 來發布座標系，來省去複雜的座標系轉換過程，是非常好用的工具。
在 ROS 中，TF 的座標系定義包含 X、Y、Z 方向以及 r、p、y 旋轉角度，並以 X 軸作為前進方向。

#### Publish tf tree
可以由這樣的 launch 檔來發布 tf 座標系到 ROS 中，發布 `robot_state_publisher` 和 `joint_state_publisher` 兩個節點來開啟 tf，另外也加入了可以彈性選擇實驗室原版與我的改良版本[^註腳]，想了解 tf launch 細節的話可以參考官方指南 [Using URDF with robot_state_publisher](https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Intermediate/URDF/Using-URDF-with-Robot-State-Publisher.html) 實作。

import os
from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from ament_index_python import get_package_share_directory


def generate_launch_description():

    version = "ROS2" # 可選擇 ROS2 改良版或實驗室舊版 URDF 文件

    if version == "ROS2":
        urdf_name = "AMR_model.urdf"  # AMR_model.urdf    AMR_ros_3d.urdf.xacro
    else:
        urdf_name = "AMR_ros_3d.urdf.xacro"
    urdf_model_path = os.path.join(
        get_package_share_directory("scl_amr"),
        "urdf",
        urdf_name,
    )

    robot_state_publisher_node = Node(
        package="robot_state_publisher",
        executable="robot_state_publisher",
        arguments=[urdf_model_path],
    )

    joint_state_publisher_node = Node(
        package="joint_state_publisher",
        executable="joint_state_publisher",
        name="joint_state_publisher",
        arguments=[urdf_model_path],
    )

    ld = LaunchDescription()
    ld.add_action(joint_state_publisher_node)
    ld.add_action(robot_state_publisher_node)

    return ld

#### 撰寫 TF launch 的小訣竅

- 通過 `ros2 run rqt_tf_tree rqt_tf_tree --force-discover
` 指令來檢查 TF 是否有正確發布。
- 發布 TF 時同步藉由 Rviz 可視化 STL 模型檔，方便觀察座標系是否正確，也可以藉由調整模型顏色、透明度來更清楚的觀察物件位置和方向
- `tf2_monitor`監控 TF 更新頻率，像是`ros2 run tf2_ros tf2_monitor base_link imu_link
`

[^註腳]:`joint_state_publisher` 不是必要的節點，它的功能是模擬和控制關節，在座標系轉換上並不必要。另外，目前的 TF launch 和官方的指南有細微的差異，或許還有改良空間可以嘗試。