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【安装学习】ROS仿真中TF_REPEATED_DATA错误解决方案

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问题描述

在ROS Noetic中仿真两轮差速小车时，出现以下错误信息：

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Warning: TF_REPEATED_DATA ignoring data with redundant timestamp for frame omni_b_link (parent car_base_link) at time 1488.072000 according to authority unknown_publisher
Warning: TF_REPEATED_DATA ignoring data with redundant timestamp for frame omni_f_link (parent car_base_link) at time 1488.072000 according to authority unknown_publisher
Warning: TF_REPEATED_DATA ignoring data with redundant timestamp for frame wheel_l_link (parent car_base_link) at time 1488.072000 according to authority unknown_publisher
Warning: TF_REPEATED_DATA ignoring data with redundant timestamp for frame wheel_r_link (parent car_base_link) at time 1488.072000 according to authority unknown_publisher

同时发现：

  • /gazebo发布odom到base_footprint的频率为101.099Hz
  • /robot_state_publisher发布后续tf的频率为1000.00Hz

问题根本原因

TF_REPEATED_DATA错误原因

该错误表明有多个发布者在相同时间戳为相同的tf变换发布数据，导致数据冲突。具体原因：

  1. 多个控制器冲突：gazebo_ros_diff_drive插件和gazebo_ros_control插件同时控制相同的关节
  2. 重复的tf发布：两个插件都在发布相同关节的tf变换
  3. 频率不匹配：不同发布者的更新频率不一致

Transmission配置的作用

Transmission是ROS控制系统中定义执行器与关节连接关系的配置：

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<transmission name="wheel_l_trans">
    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
    <joint name="wheel_l_joint">
        <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
    </joint>
    <actuator name="wheel_l_motor">
        <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
        <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
    </actuator>
</transmission>

工作流程：

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命令输入 → 控制器 → 传动系统 → 执行器 → 关节 → 链接运动
cmd_vel → diff_drive → transmission → motor → joint → link

解决方案

方案一：使用gazebo_ros_diff_drive（推荐用于简单差分驱动）

1. 删除gazebo_ros_control插件

在主URDF文件中注释或删除：

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<!-- 删除这部分配置 -->
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<gazebo>
    <plugin name="gazebo_ros_control" filename="libgazebo_ros_control.so">
        <robotNamespace>/zeus_s1</robotNamespace>
        <robotParam>robot_description</robotParam>
        <robotSimType>gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim</robotSimType>
        <legacyModeNS>true</legacyModeNS>
    </plugin>
</gazebo>
-->

2. 优化gazebo_ros_diff_drive配置

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<gazebo>
    <plugin filename="libgazebo_ros_diff_drive.so" name="differential_drive_controller">
        <robotNamespace>/</robotNamespace>
        <rosDebugLevel>Error</rosDebugLevel>
        <publishWheelTF>false</publishWheelTF>
        <publishTf>1</publishTf>
        <publishOdomTF>1</publishOdomTF>
        <odometrySource>world</odometrySource>
        <publishWheelJointState>true</publishWheelJointState>  <!-- 改为true -->
        <alwaysOn>true</alwaysOn>
        <updateRate>50.0</updateRate>  <!-- 与robot_state_publisher同步 -->
        <legacyMode>true</legacyMode>
        <leftJoint>wheel_l_joint</leftJoint>
        <rightJoint>wheel_r_joint</rightJoint>
        <wheelSeparation>0.33</wheelSeparation>
        <wheelDiameter>0.125</wheelDiameter>
        <broadcastTF>1</broadcastTF>
        <wheelTorque>6.5</wheelTorque>
        <wheelAcceleration>0.5</wheelAcceleration>
        <commandTopic>cmd_vel</commandTopic>
        <odometryFrame>odom</odometryFrame>
        <odometryTopic>odom</odometryTopic>
        <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame>
    </plugin>
</gazebo>

3. 删除wheel的transmission配置

在wheel_125mm.xacro中注释：

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<!-- 删除或注释掉wheel的transmission -->
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<transmission name="${wheel_prefix}_wheel_trans">
    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
    <joint name="${wheel_prefix}_joint">
        <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
    </joint>
    <actuator name="${wheel_prefix}_wheel_motor">
        <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
        <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
    </actuator>
</transmission>
-->

4. 调整robot_state_publisher频率

在launch文件中：

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<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" output="screen">
    <param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" />
</node>

方案二：使用gazebo_ros_control（适用于复杂控制需求）

1. 删除gazebo_ros_diff_drive插件

2. 修改gazebo_ros_control配置

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<gazebo>
    <plugin name="gazebo_ros_control" filename="libgazebo_ros_control.so">
        <robotNamespace>/</robotNamespace>  <!-- 移除zeus_s1 -->
        <robotParam>robot_description</robotParam>
        <robotSimType>gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim</robotSimType>
        <legacyModeNS>true</legacyModeNS>
        <updateRate>50.0</updateRate>  <!-- 添加更新频率 -->
    </plugin>
</gazebo>

3. 修正transmission配置

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<transmission name="${wheel_prefix}_wheel_trans">
    <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
    <joint name="${wheel_prefix}_joint">
        <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
    </joint>
    <actuator name="${wheel_prefix}_wheel_motor">
        <hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
        <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
    </actuator>
</transmission>

4. 添加控制器配置

在launch文件中：

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<rosparam file="$(find zeus_s1_description)/config/control.yaml" command="load"/>
<node name="controller_spawner" pkg="controller_manager" type="spawner" respawn="false"
      output="screen" args="joint_state_controller diff_drive_controller"/>

control.yaml文件内容：

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# Joint state controller
joint_state_controller:
  type: joint_state_controller/JointStateController
  publish_rate: 50

# Differential drive controller
diff_drive_controller:
  type: diff_drive_controller/DiffDriveController
  left_wheel: 'wheel_l_joint'
  right_wheel: 'wheel_r_joint'
  publish_rate: 50
  pose_covariance_diagonal: [0.001, 0.001, 1000000.0, 1000000.0, 1000000.0, 1000.0]
  twist_covariance_diagonal: [0.001, 0.001, 1000000.0, 1000000.0, 1000000.0, 1000.0]
  wheel_separation: 0.33
  wheel_radius: 0.0625
  base_frame_id: base_footprint
  odom_frame_id: odom

调试和验证方法

检查TF发布状态

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# 查看TF树结构
rosrun tf view_frames
evince frames.pdf

# 监控特定TF变换
rosrun tf tf_monitor odom base_footprint

# 查看TF变换关系
rosrun tf tf_echo odom base_footprint

# 检查当前运行的节点
rosnode list | grep -E "(robot_state_publisher|gazebo)"

# 查看tf话题内容
rostopic echo /tf | grep frame_id

验证关节状态发布

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# 查看关节状态话题
rostopic echo /joint_states

# 检查话题发布频率
rostopic hz /joint_states
rostopic hz /tf

最佳实践建议

何时使用Transmission配置

需要使用的场景：

  • 复杂控制需求（PID调节、轨迹跟踪）
  • 多种控制模式切换（位置、速度、力矩）
  • 存在机械减速的真实情况
  • 自定义控制器开发
  • 多关节协调控制（如机械臂）

不需要使用的场景：

  • 简单差分驱动机器人
  • 固定关节连接
  • 基础仿真演示

频率同步建议

  1. 统一更新频率：将所有相关组件设置为相同频率（推荐50-100Hz）
  2. 避免过高频率：1000Hz通常不必要，会增加计算负担
  3. 渐进调试：从低频率开始，逐步优化

总结

对于简单的差分驱动机器人仿真，推荐使用方案一（gazebo_ros_diff_drive），因为：

  1. 配置简单：无需复杂的transmission和控制器配置
  2. 功能完整：自动处理差分驱动逻辑和里程计
  3. 稳定可靠：减少配置冲突的可能性
  4. 易于调试：问题定位更直接

TF_REPEATED_DATA错误的核心是避免多个发布者控制相同的关节，选择合适的控制架构是关键。

Reference