无人机仿真—PX4编译，gazebo仿真及简单off board控制模式下无人机起飞

无人机仿真—PX4编译，gazebo仿真及简单off board控制模式下无人机起飞

前言

• 在上篇记录中，已经对整体的PX4仿真环境有了一定的了解，现如今就要开始对无人机进行起飞等仿真环境工作，在整体虚拟环境中如果程序能够安稳起飞降落，即可对无人机进行实飞操作。
• 需要做的是，通过PX4官网提供的基本程序包，在ROS工作空间下新建程序包对其进行运行，再打开仿真环境即可

PX4编译

• cd /Firmware  #进入PX4文件夹内
  make px4_sitl_default gazebo  # 编译固件并加载仿真环境
  

• 如果想进行自动起飞，可运行以下命令

  • commander takeoff
    

利用ROS启动仿真环境（正式）

• 老规矩先加载ROS，运行命令

  • roscore
    
    

• 

  • 出现红色警告，说明ROS本地缓存大于1GB，可以忽视，如果需要清理可以使用

    • rosclean purge
      

• 在PX4文件夹内用mavros连接到本地ros，运行以下命令打开gazebo仿真环境

  • roslaunch px4 mavros_posix_sitl.launch
    

  编写外部程序包

  首先需要在ROS工作空间下，在src目录下新建功能包

  cd ~/catkin_ws/src
  catkin_create_pkg offboard roscpp mavros geometry_msgs
  //catkin_create_pkg 是ROS命令，新建一个功能包
  //offboard 功能包名字
  //roscpp mavros geometry_msgs功能包依赖
  //命令格式catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]
  

  在offboard功能包src目录下新建cpp文件，将外部程序控制文件写入保存

  • 新建cpp文件

  • touch offboard_node.cpp 
    

    

  • 将以下程序写入到cpp文件，此程序参考的是PX4官网给出的例程。

  • /**
     * @file offb_node.cpp
     * @brief Offboard control example node, written with MAVROS version 0.19.x, PX4 Pro Flight
     * Stack and tested in Gazebo SITL
     */
    
    #include <ros/ros.h>
    #include <geometry_msgs/PoseStamped.h>
    #include <mavros_msgs/CommandBool.h>
    #include <mavros_msgs/SetMode.h>
    #include <mavros_msgs/State.h>
    
    mavros_msgs::State current_state;
    void state_cb(const mavros_msgs::State::ConstPtr& msg){
        current_state = *msg;
    }
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
        ros::init(argc, argv, "offb_node");
        ros::NodeHandle nh;
    
        //订阅mavros状态
        ros::Subscriber state_sub = nh.subscribe<mavros_msgs::State>
                ("mavros/state", 10, state_cb);
        //发布无人机位姿信息
        ros::Publisher local_pos_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>
                ("mavros/setpoint_position/local", 10);
        //定义起飞服务客户端（起飞，降落）
        ros::ServiceClient arming_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::CommandBool>
                ("mavros/cmd/arming");
        //定义设置模式服务客户端（设置offboard模式）
        ros::ServiceClient set_mode_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::SetMode>
                ("mavros/set_mode");
    
        //the setpoint publishing rate MUST be faster than 2Hz
        ros::Rate rate(20.0);
    
        // wait for FCU connection
        while(ros::ok() && !current_state.connected){
            ros::spinOnce();
            rate.sleep();
        }
    
        geometry_msgs::PoseStamped pose;
        pose.pose.position.x = 0;
        pose.pose.position.y = 0;
        pose.pose.position.z = 10;
    
        //send a few setpoints before starting
        for(int i = 100; ros::ok() && i > 0; --i){
            local_pos_pub.publish(pose);
            ros::spinOnce();
            rate.sleep();
        }
    
        mavros_msgs::SetMode offb_set_mode;
        offb_set_mode.request.custom_mode = "OFFBOARD";
    
        mavros_msgs::CommandBool arm_cmd;
        arm_cmd.request.value = true;
    
        ros::Time last_request = ros::Time::now();
    
        while(ros::ok()){
            if( current_state.mode != "OFFBOARD" &&
                (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){
                if( set_mode_client.call(offb_set_mode) &&
                    offb_set_mode.response.mode_sent){
                    ROS_INFO("Offboard enabled");
                }
                last_request = ros::Time::now();
            } else {
                if( !current_state.armed &&
                    (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){
                    if( arming_client.call(arm_cmd) &&
                        arm_cmd.response.success){
                        ROS_INFO("Vehicle armed");
                    }
                    last_request = ros::Time::now();
                }
            }
    
            local_pos_pub.publish(pose);
    
            ros::spinOnce();
            rate.sleep();
        }
    
        return 0;
    }
    
    

  • 在offboard目录下找到Cmakelists.txt文件，并设置程序运行节点，不然rosrun命令无法找到该节点，从而报错

  • 

  • 输入以下除蓝色字体的命令 - 编辑好后即可进行编译

编译

• 进入到catkin_ws目录下，运行终端

• cd /catkin_ws
  catkin_make
  
  

• 如上图显示编译成功

• 运行程序包

• rosrun offboard offboard_node
  
  

  

• 无人机实现自动起飞10米高，程序运行成功。

小结

• 之所以要记录本次的过程，是因为自己对ROS工作模式的进一步了解，当然，实验这篇前需要去了解一下ROS语法，这里推荐古月居博主，可以在B站和csdn上都可以搜到。
• 踩坑总结：
  • 在已经 建立工作空间的情况下，如果需要新建程序包，不要在工作空间目录（catkin_ws）下新建，而是要了解ros环境后在src目录下使用命令新建程序包，不然编译就会出错
  • 运行程序包的命令，不需要添加文件后缀名
  • 之所以会产生各种错误，是基于自己并不了解ros的工作模式和原理，实际上，只要自己有了经验，有了教训，下一次的建立会相比较第一次都会顺手很多。
  • 错误的不断产生让我一度以为自己的ros环境产生了怀疑，认为自己的环境搭建出错，但一切的根源就是自己的工作路径添加错误，对系统产生的错误需要自己一点点去啃。
  • 因为ROS系统产生错误显示的是英文，对于一些不常见的错误，可以利用有道词典的划词功能，对错误进行翻译，只有自己真正了解到这个错误，最终才能够有根据的去寻求答案。
• 最后送句话给自己吧。“海压竹枝低复举，风吹山角晦还明”