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技术分享 | P450-详解室内外指点飞行来啦

2023-05-16

原理说明

PX4飞控控制系统图

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定点飞行就是由传感器（T265/GPS）获得当前位置数据，并且把当前位置作为期望位置，即可实现定点飞行，此时飞控处于position模式。

 

指点飞行为在定点飞行基础上，由板载计算机发送期望位置给飞控，飞控由此期望位置和由传感器（T265/GPS）得到的的当前位置实现位置控制，即实现指点飞行，此时飞控处于offboard模式。

 

 

室内T265定点飞行

实现T265室内定点飞行，只需要将T265计算出的位置数据传给PX4飞控即可，此时飞控处于position模式。


消息流如下图所示：

 

图片

 

首先由T265的驱动librealsense获得T265计算出的位置数据。

再由realsense_camera节点将其以ROS话题/t265/odom/sample的形式发布出去。

再由px4_pos_estimator节点将此话题转为/mavros/vision_pose/pose话题发送给MAVROS。

MAVROS再将其转为对应的mavlink消息类型VISION_POSE_ESTIMATE发送给PX4飞控，PX4飞控由此获得来自于T265的位置数据并作为自己的当前位置。

 

运行室内T265定点飞行时的节点图如下图所示：

图片

 

室内T265指点飞行

实现室内指点飞行只需要在室内定点的基础上，也就是把T265的位置数据传输给PX4飞控的基础上，再通过板载计算机发送期望位置给PX4飞控，此时飞控处于offboard模式。
 

此时消息流如下图所示：

 

 

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也即是在T265定点的基础上，我们在终端输入期望位置，由terminal_control节点以话题/prometheus/control_command的形式发送给px4_sender节点，再由px4_sender节点将期望位置的以话题/mavros/setpoint_raw/local的形式发送给MAVROS。

由MAVROS转为mavlink消息类型SET_POSITION_TARGET_LOCAL_NED（#84号mavlink消息）发送给PX4飞控，PX4飞控由此得到自己的期望位置。有了当前位置和期望位置后，就可以基于PX4自身控制环实现位置控制，使得无人机飞到我们设定的期望位置点。


运行室内T265指点飞行时的节点图如下所示：

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室外GPS定点飞行

室外GPS定点飞行只需要GPS的位置数据传给PX4飞控，飞控处于position模式。

GPS模块直接插在PX4飞控上，PX4飞控可直接获得GPS的位置数据。

 

 

室外GPS指点飞行

在室外GPS定点飞行的基础上，再通过板载计算机发送期望位置给PX4飞控，此时飞控处于offboard模式。
此时消息流如下图所示：

图片

也即是在GPS定点的基础上，我们在终端输入期望位置，由terminalcontrol节点以话题/prometheus/control_command的形式发送给px4_sender节点，再由px4_sender节点将期望位置的以话题/mavros/setpointraw/local的形式发送给MAVROS。

由MAVROS转为mavlink消息类型

SET_POSITION_TARGET_LOCAL_NED给PX4飞控，PX4飞控由此得到自己的期望位置。有了当前位置和期望位置后，就可以基于PX4自身控制环实现位置控制，使得无人机飞到设定的期望位置点。

 

 

实机操作

PX4飞控参数修改

室内用T265时EKF2_AID_MASK 选择 vision position fusion 和 vision yaw fusion   EKF2_HGT_MODE设置为 Vision

图片

图片

 

 

 

室外用GPS时

EKF2_AID_MASK选择GPS

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EKF2_HGT_MODE选择气压计作为作为高度估计的主要来源
 

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室内T265定点飞行

先启动基本vio脚本
roslaunch p450_experiment p450_vio_onboard.launch

 

图片

然后遥控器定点模式下解锁起飞即可。

 

室内T265指点飞行

先启动基本vio脚本
roslaunch p450_experiment p450_vio_onboard.launch

 

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再启动控制脚本

roslaunch p450_experiment p450_vio_control.launch

 

图片

 

在此命令行控制终端输入0并敲回车，表示选择命令输入控制。

 

图片

 

然后命令行控制终端会显示如下

图片

其中0表示的是怠速；意思就是飞机会进入offboard模式，但是在该模式下，没有对飞机进行任何指令的发送,飞机也不会有任何动作,这个指令一般也可以不用。

 

1 表示的是 起飞；起飞点为当前点，起飞高度通过 yaml参数设置，单位是米，默认起飞高度是0.5m。

 

2 表示的是 悬停;飞机正在飞行过程中如果接受到 2 指令，会在当前时刻进入悬停状态。

 

3 表示的是 降落；降落速度通过 yaml参数设置，单位是m/s ，默认降落速度为0.2m/s 。还有一个 上锁高度，到达上锁高度之后飞机会进入飞控本身的降落模式进而缓缓着地， 上锁高度通过 yaml 参数进行设置，单位是米，默认是 0.18m，即认为离地不到20cm的时候进入飞控本身的降落飞行模式（AUTO_LAND）。

 

4 表示的是 move模式；该模式就包含我们所称的指点飞行功能，在此模式下，又有5种子模式， 0对应XYZ_POS, 1对应XY_POS_Z_VEL, 2对应XY_VEL_Z_POS, 3对应XYZ_VEL, 5对应TRAJECTORY；对应的功能为空间位置控制， 水平面位置控制高度速度控制， 水平面速度控制高度定高控制， 空间速度控制， 以及最后的轨迹跟踪控制。

 

然后我们在此命令行控制终端首先输入4并敲回车 ，表示选择move模式，然后输入 0 并敲回车，表示选择空间位置控制，然后输入 0 并敲回车，表示选择ENU_FRAME惯性坐标系，然后依次输入期望的位置坐标值（即ENU_FRAME惯性坐标系下的坐标，单位为米）x，y，z和航向角yaw（一般为0）。


对坐标系做下说明：ENU_FRAME惯性坐标系始终以无人机初始上电点为原点，且x轴指向无人机机头方向，y轴指向无人机正左方，z轴指向无人机正上方，单位为米。给无人机发送绝对期望位置选择这个坐标系。


BODY_FRAME机体坐标系始终以无人机本身为原点，无论无人机飞到哪里都是以无人机当前位置为原点，且x轴指向无人机机头方向，y轴指向无人机正左方，z轴指向无人机正上方，单位为米。给无人机发送相对期望位置选择这个坐标系。

 

图片

 

这里我们发送的期望位置是ENU_FRAME惯性坐标系下x为0.5，y为0.5，z为0.8的坐标点，偏航yaw为0，表示让无人机飞到相对于初始上电点（原点）往前（x轴）0.5m，往左（y轴）0.5m，往上（z轴）0.8m的期望位置，航向角保持不变。

 

在输完期望航向角并敲回车后，我们再遥控器定点模式（SWC拨杆切到中档）下解锁并切到offboard模式（SWD拨杆切到下档），无人机会自动起飞到发送给PX4飞控的期望位置点。

 

图片

上图可看飞机已经到达并且稳定在我们设定的期望位置点。

 

需要降落时我们可以将遥控器SWD拨杆切至上档退出offboard模式，飞控会自动进入position模式（注意SWC拨杆是一直保持在中档，不需要动），然后我们可以手动操控无人机降落。

 

室外GPS指点飞行可以参考室内T265指点飞行步骤。

 

 

更多详细步骤和视频可参见P450wiki：

https://prometheus-wiki.readthedocs.io/zh_CN/latest/docs/p450/5-%E8%BF%9B%E9%98%B6%E5%8A%9F%E8%83%BD-%E5%AE%A4%E5%86%85%E6%8C%87%E7%82%B9%E9%A3%9E%E8%A1%8C.html

作者-阿木实验室：新 一

 

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