三、MAVROS功能包的offboard模式控制例子

2023-05-16

这里介绍了介绍了使用 Gazbo/SITL 中模拟的四轴飞行器 Offboard 控制的基础知识。

如何通过MAVROS功能包的offboard模式控制gazebo中的飞机起飞到高度两米。

主要过程：

要先解锁无人机，在切换无人机到offboard模式。我们每隔五秒去检查一下与飞控的连接等是否一切正常。在同一个循环中，我们按照指定的频率持续发送期望点信息给飞控。

官网教程：Macros 功能包的 offboard 模式控制例程

CSDN教程：mavros 外部控制例程

一、建立工作空间以及功能包

二、介绍C++代码控制方法

开始仿真

三、介绍Python代码控制方法

一、建立工作空间以及功能包

1.新建工作空间

mkdir -p uav_test_ws/src

2.新建功能包

cd uav_test_ws/src
catkin_create_pkg offboard roscpp std_msgs geometry_msgs mavros_msgs

二、介绍C++代码控制方法

1.建一个cpp源文件用来作为这个功能包的执行文件

cd offboard/src
gedit offboard_node.cpp

2.然后把代码复制到这个文件里面，保存退出

#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;

    ros::Subscriber state_sub = nh.subscribe<mavros_msgs::State>
            ("mavros/state", 10, state_cb);
    ros::Publisher local_pos_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>
            ("mavros/setpoint_position/local", 10);
    ros::ServiceClient arming_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::CommandBool>
            ("mavros/cmd/arming");
    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 = 2;

    //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;
}

部分代码解析：

#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/PoseStamped.h>
#include <mavros_msgs/CommandBool.h>
#include <mavros_msgs/SetMode.h>
#include <masvros_msgs/State.h>
//mavros_msgs功能包中包含操作mavros包中服务和主题所需要的自定义消息文件（所以前面在创建功能包的时候就加入了那两个功能包）

mavros_msgs::State current_state;
void state_cb(const mavros_msgs::State::ConstPtr& msg){
    current_state = *msg;
}
//我们创建一个简单的回调函数来存储飞控当前的状态。这将使得我们可以检测飞机的各项状态，比如是否连接上mavros功能包、是否解锁、当前模式

int main(int argc, char **argv)
{
    ros::init(argc, argv, "offb_node");
    ros::NodeHandle nh;

    ros::Subscriber state_sub = nh.subscribe<mavros_msgs::State>
            ("mavros/state", 10, state_cb);
    ros::Publisher local_pos_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>
            ("mavros/setpoint_position/local", 10);
    ros::ServiceClient arming_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::CommandBool>
            ("mavros/cmd/arming");
    ros::ServiceClient set_mode_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::SetMode>
            ("mavros/set_mode");
    //我们初始化了一个发布者来发布本地的控制指令，还按初始化了请求解锁和更改模式的服务。这节点的名字可能不一样，要看你自己的计算的来看。如果从一开始你就按照官网的操作来的话，不用改就行了。

//the setpoint publishing rate MUST be faster than 2Hz
//发布的速率必须大于2Hz，因为px4飞行栈的两个机外（offboard）控制指令之间有500ms的时限（也就是2Hz的速率）不然的话，会回到前面的模式当中去。并且还要考虑可能的延迟。这也是我们推荐从位置控制（POSCTL）模式进入机外控制模式的原因。这样一来，如果飞机意外脱离了机外控制模式，飞机将会停在当前轨道并悬停。
    ros::Rate rate(20.0);

    // wait for FCU connection
    //我们在发布对应消息之前，我们需要等待飞控和mavros模块的连接。在收到心跳包heartbeat message之后，代码便会跳出这个循环
    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 = 2;
    //尽管PX4飞控在NED坐标系（导航坐标系）下操控飞机，但MAVROS是在ENU系（站心极坐标系）下进行指令传输的。 这也就是为什么我们设置z为+2

    //send a few setpoints before starting
    //在切换到offboard模式之前，你必须先发送一些期望点信息到飞控中。不然飞控会拒绝切换到offboard模式。在这里，100可以是随意设定的一个值。
    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";
    //我们在这里切换模式为"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;
}

3.修改CMakeLists.txt为编译做准备

cd ..
gedit CMakeLists.txt

在最后添加如下内容后保存退出

add_executable(${PROJECT_NAME}_node src/offboard_node.cpp)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_node
  ${catkin_LIBRARIES}
)

4.开始编译

cd ~/uav_test_ws
catkin_make

5.把编译成功生成的一个可执行文件移动到包目录下（offboard的目录下面）

这个生成的可执行文件的位置，可以看一下编译成功后最后输出的那几行里面有。

不然的话，你可以试一下不移动，然后继续操作下面的步骤（因为教程里面就没有给出这一步）会提示找不到找不到这个文件的位置，可是明明编译成功而且有的呀，让你发狂吧，就这个搞了我好久，气死我了！！！

6.添加环境

echo "source ~/uav_test_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

开始仿真

1.打开一个terminal，启动飞机的gazebo仿真

cd Firmware
make px4_sitl gazebo

2.打开一个terminal，运行mavros

roslaunch mavros px4.launch fcu_url:="udp://:14540@127.0.0.1:14557"

注意注意，这个在自己打的时候千万要注意不能多打或者少打空格、数字、点、引号，不然会报错说你的FCU URL有问题！！！

因为我错过，而且重点还是看不出来根本不知道自己到底哪里错了！！！

3.打开一个terminal，运行外部控制节点

rosrun offboard offboard_node

要是有问题的话，说找不到什么的，建议你找一找前面的内容！

成功的话：

（两个屏幕看起来炒鸡爽的！！！）

三、介绍Python代码控制方法

官网有言：本示例使用 C++。 Python 中的类似示例可以在这里找到： integrationtests/python_src/px4_it/mavros。

其实我们下载的px4固件里面的Firmware里面有相同的文件

然后在offboard文件中创建一个script文件来存放Python文件，再把这里的所有的文件都拷贝进去

在运行Python之前都要注意这个Python文件是不是可执行文件，不然的话：

chmod 777 filename

接着：

one：

cd Firmware
make px4_sitl gazebo

two：

roslaunch mavros px4.launch fcu_url:="udp://:14540@127.0.0.1:14557"

three：

rosrun offboard mavros_offboard_attctl_test.py

飞机动一下翅膀报错...

rosrun offboard mavros_offboard_posctl_test.py

飞机绕大圈，回到原点...

rosrun offboard mavros_offboard_yawrate_test.py

飞机一直飞向远方，不在回家...

问题一：什么东西没有装的包，报错

要什么装什么就行了，但是，其中有一个库，叫做basemap，是个钉子户（库），可能不是必须的，但是我还没装成功

问题二：有些程序可以运行，但是有些运行会报错

具体的错误以后学了应该是看得懂的吧，反正现在这个文件mavros_offboard_yawrate_test.py是不ok的，现在看那些错误还是比较懵逼的了！

大家要是有一些错误可以直接看出来的话，还麻烦我们在评论区交流学习，thanks～

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