tf包处理的是任一个点在所有坐标系之间的坐标变换问题，它把各种转换关系建立在一个树结构上，树的每个节点是坐标系，每个坐标系可以有多个child，但只能有一个parent，转换只能是从parent向child。比如Tb-a表示坐标系a向b转换，也就是说a是parent，b是child，这个变换描述的就是child坐标系中的点在parent坐标系下的姿态。要实现这个变换，就是用child坐标系在parent坐标系下的描述（一个矩阵）去描述（乘以）这个点在child坐标系下的描述（坐标）。world参考系是tf树最顶端的父参考系

如果打算用tf解决你的坐标变换问题，请一定要先清晰的画出这棵树的结构，再开始写程序。比较重要的类是tf::TransformBroadcaster, tf::TransformListener, tf::Transform, tf::StampedTransform

在tf的运行机制中，由于tf会把监听到的内容放到一个缓存中。我们通过transformPose获取变换关系，是通过查询这个缓存来实现的。获取的数据不能保证实时性，会有一定的延迟。也有可能无法获得，因此这个函数在运行过程中会抛出异常，所以这里使用try-catch语句捕获这个异常并返回。

tf::TransformBroadcaster类

sendtransform接口可以建立tf树，发布一个从已有的父坐标系到新的子坐标系的变换时，这棵树就会添加一个树枝，之后就是维护。TransformBroadcaster类就是一个publisher, 如果两个frame之间发生了相对运动，TransformBroadcaster类就会发布TransformStamped消息到tf话题，当多个节点向tf话题发消息时，就形成了tf树。

tf::Transform

建立坐标系之间的位移和旋转的关系，最后用于sendTransform函数。

它是一个坐标转换。成员有：Matrix3x3 m_basis，用3*3的矩阵表示旋转； Vector3 m_origin，用3*1的向量表示平移。

tf::Transform支持乘法运算符，实际的计算是先把旋转矩阵和平移量组合为变换矩阵，变换矩阵相乘后，再转换为tf::Transform类型

tf::Transform类的重要函数如下：

Matrix3x3 &   getBasis ()    //Return the basis matrix for the rotation
const Vector3 & getOrigin ()  //Return the origin vector translation
Quaternion  getRotation ()  //Return a quaternion representing the rotation
Transform   operator* (const Transform &t) const  //Return the product of this transform and the other.
Transform   inverse ()    //Return the inverse of this transform

inverse()函数很有用，我们可以把上面程序中的transform.getOrigin().x()改成transform.inverse().getOrigin().x()就可以求出乌龟1在乌龟2坐标系中的坐标了。

tf::StampedTransform类继承自tf::Transform，它多了两个重要变量就是child_frame_id_和frame_id_。

tf::TransformListener

监听一个父坐标系到子坐标系的变换，waitForTransform是监听转换关系，可以指定监听的时间或一直阻塞；lookupTransform紧随其后，获取 tf::Transform

使用前需要#include <tf/transform_listener.h>

TransformListener构造函数有两个，常用的是

TransformListener::TransformListener(
    ros::Duration max_cache_time = ros::Duration(DEFAULT_CACHE_TIME),  
    bool spin_thread = true 
)

平时用的是无参构造函数，其实是默认构造函数，如果指定缓存时间，就用tf::TransformListener tf_(ros::Duration(15) );，Costmap2DROS中使用的tf缓存，根源是move_base_node.cpp中的tf::TransformListener tf(ros::Duration(10) );

参考我写的程序test_costmap。开始，如果没有map—->base_link的TF转换，则报错No Transform available Error。此时发布TF变换，则不再报错。然后再关闭TF变换，test_costmap还能正常运行10s，然后报错 Extrapolation Error

transformPose

原型是void transformPose(const std::string &target_frame, const geometry_msgs::PoseStamped &stamped_in, geometry_msgs::PoseStamped &stamped_out) const，

target_frame就是你要把源pose转换成哪个frame上的pose。假如你的源pose的frame_id是”odom”，你想转到”map”上，那么target_frame写成“map”就可以了。stamped_in就是源pose，而stamped_out就是目标数据了，也就是转换完成的数据。需要注意的是，从参数上来看，转换时是不需要指定源frame_id的，这是因为它已经包含在了stamped_in中，换句话说，就是这个函数一个隐含的使用条件是，stamped_in中必须指明源pose属于哪个frame

把odom坐标系的数据转换到map坐标系下

geometry_msgs::PoseStamped pose_odom;
pose_odom.header = odom->header;
pose_odom.pose = odom->pose.pose;

geometry_msgs::PoseStamped pose_map;
try{
    listener.transformPose("map", pose_odom, pose_map);
}
catch( tf::TransformException ex)
{
    ROS_WARN("transfrom exception : %s",ex.what());
    return;
}

有时会出现这样的报错： transfrom exception : “map” passed to lookupTransform argument target_frame does not exist ，但是使用tf_echo发现是正常的。需要检查代码是不是在回调函数里运行了， 不需要在回调函数里创建TransformListener对象， 将它作为类成员变量或者全局变量。

全局变量是在main函数之前完成构造函数的，如果用到的类构造函数用到NodeHandle，就会报错。比如tf::TransformListener，解决方法是用全局指针，比如boost::shared_ptr<T>，然后在main函数的ros::init()之后指向一个对象。

参考：tf::TransformListener::transformPose [exception] target_frame does not exist