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PX4无人机ROS下仿真开发

PX4无人机ROS下仿真开发

  • Overview

  • Simulation

  • Px4_control

  • Slam

  • Map

  • Image_process

  • Planning

  • Volans

项目地址volans
注：有任何疑问都可在issues提问:)

Simulation

此simulation 包含2D、3D激光雷达模型、深度相机模型、双目相机模型、realsense相机模型、IRlock相机模型。

  • 配置PX4以及ros环境

  • 编译工作空间，运行launch文件

配置PX4以及ros环境

建议安装Ubuntu18.04 ,gazebo9

这里给出ubuntu18.04安装步骤

ROS

for ubuntu18.04 melodic

  1. 添加ros源到 sources.list.

    sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
sudo apt update

  2. 安装的ros

    sudo apt-get install ros-melodic-desktop

# Source ROS
echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

    并安装ros下gazebo9相关的包

    sudo apt install ros-melodic-gazebo9*

  3. 初始化ros.

    rosdep init
rosdep update

  4. 安装catkin编译器.

    sudo apt-get install ros-melodic-catkin python-catkin-tools

  5. 安装mavros

    参考于 . https://dev.px4.io/en/ros/mavros_installation.html

    sudo apt install ros-melodic-mavros ros-melodic-mavros-extras

  6. 安装mavros相关的 geographiclib dataset

    wget https://raw.githubusercontent.com/mavlink/mavros/master/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh
chmod +x install_geographiclib_datasets.sh
sudo ./install_geographiclib_datasets.sh

参考于：http://wiki.ros.org/melodic/Installation/Ubuntu

下载编译px4 Firmware

  • 安装必要的工具链

  • 下载编译firmware

安装必要的工具链

下载ubuntu.sh,requirements.txt

wget https://raw.githubusercontent.com/PX4/Firmware/master/Tools/setup/ubuntu.sh

wget https://raw.githubusercontent.com/PX4/Firmware/master/Tools/setup/requirements.txt

然后运行：

source ubuntu.sh

如果不进行px4代码的开发，只是进行ros下开发仿真的话，可以把ubuntu.sh里的INSTALL_NUTTX改为’false’，减少不必要的安装时间

INSTALL_NUTTX="false"

之间可能安装失败多次，请务必重新运行ubuntu.sh脚本，直至成功

参考于http://dev.px4.io/master/en/setup/dev_env_linux_ubuntu.html

下载源码：

git clone https://gitee.com/bingobinlw/volans

这个开源项目专门以PX4为基础进行的上层仿真开发环境的搭建，包括SLAM，MAP，IMAGE_PROCESS，PLANING,MAVROS等

其中simulation包含2D、3D激光雷达模型、深度相机模型、双目相机模型、realsense相机模型、IRlock相机模型等

此开源项目架构如下
在这里插入图片描述

下载编译firmware

在此目录下下载px4源码并切换v1.10.0的固件

cd volans
git clone https://github.com/PX4/Firmware

如果github上下载较慢可以下载码云中的px4源码

cd volans
git clone https://gitee.com/bingobinlw/Firmware

然后更新submodule切换固件并编译

cd Firmware
git submodule update --init --recursive
git checkout v1.10.0
make distclean
make px4_sitl_default gazebo

确保make px4_sitl_default gazebo命令执行成功

编译工作空间，运行launch文件

编译之前请先安装必要的依赖项

sudo apt-get install ros-melodic-ddynamic-reconfigure

二维码识别相关包

sudo apt-get install ros-melodic-ar-track-alvar*

3Dlidar仿真相关的插件包

sudo apt-get install ros-melodic-velodyne-gazebo-plugins

moveit运动规划相关的包

sudo apt-get install ros-melodic-moveit
sudo apt-get install ros-melodic-nav-core

编译工程

cd volans
catkin config --extend /opt/ros/${ROS_DISTRO} --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
catkin build

编译成功后运行source_environment.sh添加Firmware环境变量,volans gazebo模型路经,gazebo_modles模型路经

source source_enviroment.sh

Px4_control

px4控制以及上层应用模块

offboard 模式下走圆形轨迹

运行

roslaunch simulation circular_px4.launch

同时会出现一飞机控制界面，要想使用此脚本请先查看下面路经的README.md

dir:volans/src/simulation/scripts/README.md

在这里插入图片描述
在键盘控制终端中，输入0解锁，然后输入2切offboard,飞机随后会按照你给定的半径与高度飞行，完成一圈后会自动降落。如果感觉uav速度不合适可以使用g与h
键调整

offboard 模式下进行二维VFH避障

运行demo之前，请先在QGC中添加航点，然后上传，VFH节点将读取航点信息，当作目标点。

然后重新运行

roslaunch simulation obstacle_avoidance_2Dlaser_vfh_px4.launch

在这里插入图片描述

中间终端为GCG中各航点的平面信息，读取航点成功后，在最后一个控制终端中输入2然后回车，VFH节点将开始工作。

Slam

运行slam-Demo之前请先安装必要的功能包，具体请到

roscd ros_slam

查看README.md

gmapping_slam

运行

roslaunch simulation gmapping_demo_px4.launch

在这里插入图片描述

cartographer

cartographer在2019年10月份已经支持以ros包形式安装。若想运行此demo请先安装必要cartogra包。具体请看ros_slam包中的README.md

2Dlidar location

运行demo之前请先在QGC参数表中配置参数，选择EKF位置来源来自板载计算机

EKF2_AID_MASK = 24

cartogra节点将接收2d激光雷达以及无人机的imu话题。

roslaunch simulation cartographer2Dlidar_location_demo_px4.launch

在定位之前请在键盘控制界面用键盘的g键调整uav的允许速度为1570，降低uav的运动时的倾斜角度以及速度，以达到更好的定位效果。

结果

在这里插入图片描述

2Dlidar mapping

如果你想建立更加准确的地图，而且你的robot已经拥有里程计。那么cartogra能够生成准切而稳定的map，不会存在location模式中地图会飘的情况。

运行demo之前请先在QGC参数表中配置参数，选择EKF位置来源来自gps

EKF2_AID_MASK = 1

cartogra节点将接收2d激光雷达以及无人机的里程计话题

roslaunch simulation cartographer2Dlidar_mapping_demo_px4.launch

3Dlidar location

使用运行demo之前请先确保以安装3D雷达相关插件

for ubuntu 18.04

sudo apt-get install ros-melodic-velodyne-gazebo-plugins

使用一个16线的激光雷达，以及一个imu数据，激光雷达水平安装在飞机的顶部。就其定位效果来看，没有发现2Dlidar定位时会飘的情况，而且无人机速度倾斜角度都可以大幅提高。

在这里插入图片描述

运行

roslaunch simulation cartographer3Dlidar_demo_px4.launch

rtabmap slam

使用深度相机以及室内里程计，为了达到更好的建图效果，其中室内里程计选择用3Dcartogra.
运行demo之前请先安装必要的rtabmap ros包

sudo apt-get install ros-melodic-rtabmap-ros

请先在QGC参数表中配置参数，选择EKF位置来源来自板载计算机

EKF2_AID_MASK = 24

运行demo

roslaunch simulation rtabmap_depthCam_mapping_demo_px4.launch

参考于：http://wiki.ros.org/rtabmap_ros

建图效果：

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

Map

运行map-Demo之前请先安装必要的功能包，具体请看

roscd octomap

查看README.md

octomap

depth camera

运行

roslaunch simulation octomap_px4.launch

建图效果
在这里插入图片描述

3Dlidar

运行

roslaunch octomap_3Dlidar_px4.launch

建图效果
在这里插入图片描述

Image_process

vision landing

二维码降落

在这里插入图片描述
运行demo之前请先安装必要的ros包

sudo apt-get install ros-melodic-ar-track-alvar*

运行

roslaunch simulation landing_px4.launch

然后在键盘控制界面输入’0’ 解锁，输入’2’切入OFFBOARD，飞机会自动起飞降落到目标板。

视频链接：landding vision

vision tracking

二维码跟踪
在这里插入图片描述

运行

roslaunch simulation tracking_px4.launch

然后在键盘控制界面输入’0’ 解锁，输入’2’切入OFFBOARD，然后在转入gazebo界面输入键盘的**“w a s d”**可控制汽车移动。

Planning

ros navigation

运行demo之前请先安装必要的导航包

sudo apt-get install ros-melodic-navigation

运行

roslaunch simulation ros_2Dnav_demo_px4.launch

在键盘控制界面解锁无人机，并控制无人机起飞

然后在rviz界面使用2D Nav Goal 设置目标点，

然后在键盘控制界面输入2运行offboard模式。

在这里插入图片描述
参考于：http://wiki.ros.org/navigation

视频链接：px4 ros navigation

Volans实机

待定

注：有任何疑问都可在issues提问:)