【PX4+QGroundControl+MAVROS+Gazebo】PX4控制在Gazebo中控制自己的无人机

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目录

前言

一、PX4、MAVROS、QGroundControl之间的关系

1.1 Gazebo与PX4通信

1.2 PX4与QGroundControl通信

1.3 总结

二、实现过程【以阿木实验室P230为例】

2.1 仿真环境

2.2 模型建立

2.3 建立gazebo和MAVROS之间的连接

2.4 建立MAVROS和PX4之间的连接

2.5 验证实验结果

三、一个失败的地方

总结

前言

笔者在准备用阿木实验室-P230无人机仿真的时候，发现官方给的该无人机仿真的代码依赖于该公司的Prometheus、Prometheus-PX4以及QGroundControl软件。但是笔者日后想把自己的项目上传到Github上，如果把整个阿木实验室的PX4上传上去显得不现实，且也占很大存储。因此，笔者会从小白的角度【因为笔者也是Green Bird】，介绍将自己的无人机连接PX4的办法。以下内容仅供参考，若有误，请指证。

一、PX4、MAVROS、QGroundControl之间的关系

下图展示了PX4是如何在SITL[全称：Software-in-the-loop，软件在环仿真]仿真环境中，通过MAVLink通信协议和QGroundControl之间进行的通信。

1.1 Gazebo与PX4通信

以下内容来自官方文档[笔者翻译]

所有模拟器除了Gazebo都使用MavLink API和PX4进行通信。这个API定义了一系列的消息类型。这些消息类型包括：从模拟世界传输到PX4的数据，并返回各种仿真交通工具在飞行模式下电机和执行器的数据。下面这张图展示了PX4如何与模拟其进行通信：

官方的文档可能会给你产生一种误解，Gazebo并不可以通过MAVROS和PX4进行通信。实际上，文档的意思是：其他的仿真器，如：JVAVSim、Airim等可以直接通过MAVLink进行通信。但是对于Gazebo，由于ROS操作的系统的原因，需要通过ROS插件+MAVLink封装才能和PX4进行通信。

1.2 PX4与QGroundControl通信

           

以上两图均来自PX4官方指南，网址：https://docs.px4.io/main/en/simulation/

系统与系统之间是通过UDP协议进行传输信息的，数据由Mavlink协议进行统一。

PX4的UDP端口14540-14549用于PX4与外部端口或者无人机Offboard进行通信。

PX4的UDP端口14550用于PX4与地面站通信，地面站可以通过外界遥控手柄对无人机进行控制。

PX4的TCP端口4560用于与模拟器进行通信。

很显然，PX4可以和QGroundControl进行通信。

1.3 总结

从上述的分析中，可以很容易得出这样的结论：想要通过PX4控制我们自己的无人机（不是官方默认的iris无人机），得依次完成以下步骤：

  1. Gazebo负责加载P230模型
  2. PX4作为SITL程序启动
  3. MAVROS做桥接，即：QGC<---MAVROS--->PX4<---MAVROS+ROS--->Gazebo

二、实现过程【以阿木实验室P230为例】

2.1 仿真环境

Ubuntu版本：20.04

ROS版本：noetic

PX4版本：V1.13【不建议更高版本，因为该版本是gazebo11适配的最高版本】

Gazebo版本：11

2.2 模型建立

从阿木实验室开源的Prometheus下获取P230的模型，若是会Solidworks建图的小伙伴也可以自己画一个无人机，并根据Autopilot下iris模型的sdf文件进行参数的修改，因笔者不会Solidworks，不过多阐述。

Prometheus的github clone地址：

#将普罗米修斯克隆到文件夹下 git clone https://github.com/coolaogege/Prometheus/ #定位到p230无人机 cd ~/Prometheus/Prometheus/Simulator/gazebo_simulator/gazebo_models/uav_models/p230

在文件夹下我们可以看到模型的描述文件（sdf文件）和机械图（STL文件），如下图所示：

将整个文件夹复制到文件夹下：

以上是我自己建立的文件夹，分别放置：

  • config：配置文件夹
  • launch：发布文件夹
  • scripts：脚本文件夹
  • src：代码文件夹
  • world：世界文件夹【放一些模型】

将p230文件统一直接复制到worlds文件夹下，并建立p230.world，代码如下所示：

<?xml version = "1.0" ?> <sdf version ="1.7"> <world name = "p230_world"> <scene> <ambient>1.0 1.0 1.0 1</ambient><!--提高环境亮度，因为没有太阳--> <background>0.9 0.9 0.9 1</background><!--更亮背景颜色--> <shadows>false</shadows><!--关闭阴影取消渲染--> </scene> <!--加载地面--> <include> <uri>model://ground_plane</uri> </include> <!--添加太阳光源--> <include> <uri>model://sun</uri> </include> <!-- 加载P230的c初始化位置--> <!--移除无人机，已经在p230_px4_mavros中引用--> <include> <uri>model://p230</uri> <name>p230_drone</name> <!-- pose表示：x轴 Y轴 Z轴 Roll Pitch Yaw--> <pose>0 0 0.5 0 0 0</pose> <!-- 是否启用阴影 --> <static>false</static> </include> <!--物理引擎设置--> <physics type='ode'> <!--最大仿真步长（单位：秒）数值越小越精细--> <max_step_size>0.001</max_step_size> <!--real_time_factor：实时因子 1.0表示仿真与现实时间同步--> <real_time_factor>1</real_time_factor> <!--实时更新频率 1秒1000次 1000Hz--> <real_time_update_rate>1000</real_time_update_rate> </physics> </world> </sdf>

p.s.因为gazebo默认读取.gazebo文件夹，因此需要将文件再一次备份至/home/<用户名>/models文件夹下。

     （因为.gazebo是隐藏文件，因此需要在home下按快捷键ctrl+H进行取消隐藏文件夹。）

2.3 建立gazebo和MAVROS之间的连接

在launch文件夹下新建p230_gazebo.launch文件，将gazebo和mavros连接：

<launch> <!-- 设置Gazebo模型路径--> <env name="GAZEBO_MODEL_PATH" value="$(env GAZEBO_MODEL_PATH):$(env HOME)/.gazebo/models:$(find qr_landing)/worlds" /> <!--以上qr_landing更换成自己的软件文件夹> <!--以上qr_landing更换成自己的软件文件夹> <!--以上qr_landing更换成自己的软件文件夹> <!-- 启动 PX4（使用你写的脚本） --> <!--qr_landing换成自己的文件夹--> <!--qr_landing换成自己的文件夹--> <!--qr_landing换成自己的文件夹--> <node name="px4_sitl" pkg="qr_landing" type="start_px4.sh" output="screen"/> <!-- 启动Gazebo仿真环境（加载 p230.world） --> <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"> <arg name="world_name" value="$(find qr_landing)/worlds/p230/p230.world"/> <arg name="paused" value="false"/> <arg name="use_sim_time" value="true"/> <arg name="gui" value="true"/> <arg name="headless" value="false"/> <arg name="debug" value="false"/> <arg name="verbose" value="true"/> <arg name="respawn_gazebo" value="false"/> </include> <!--qr_landing换成自己的文件夹--> <!--qr_landing换成自己的文件夹--> <!--qr_landing换成自己的文件夹--> <!-- 启动MAVROS --> <include file="$(find mavros)/launch/px4.launch"> <arg name="fcu_url" value="udp://:[email protected]:14557"/> <arg name="gcs_url"/> </include> </launch>

再次强调，一定要把里面的路径换成自己的文件夹。

2.4 建立MAVROS和PX4之间的连接

在Scripts文件夹下建立start_px4.sh脚本，脚本内容如下所示：

#!/bin/bash #将PX4和PX4_SITL放入路径 PX4_DIR=/home/tianhaofly/PX4_Autopilot BUILD_DIR=$PX4_DIR/build/px4_sitl_default #不输出仿真文件 export PX4_SIM_MODEL=none # 运行 PX4 SITL $BUILD_DIR/bin/px4 $PX4_DIR/ROMFS/px4fmu_common -s etc/init.d-posix/rcS

这是V1.13版本的PX4，别的版本路径可能要修改，最重要的是找到启动文件rcS就行了。

2.5 验证实验结果

输入命令行：

catkin_make source devel/setup.bash roslaunch qr_landing p230_sitl.launch

我们就可以看到p230无人机啦！！！

打开QGroundControl就可以控制无人机起飞！！

初学者也可以通过QGC添加手柄，进行无人机飞行的练习，培养自己的兴趣。

三、一个失败的地方

笔者一开始准备直接在PX4-Autopilot导入p230，但是最终没成功。

我看网上很多直接导入，但是make以下文件会直接删除，不知道那些真的成功了没。

我的过程是，在~/PX4_Autopilot/Tools/simulation/gazebo-classic/sitl_gazebo-classic/models这个文件夹下复制p230

在这个文件夹下复制了p230_airframe：

以及init版本的airframe：

修改了sitl_targets_gazebo-classic.cmake，在model下加上了p230

更新了git：

# 更新主项目的子模块引用 git add Tools/simulation/gazebo-classic/sitl_gazebo-classic git commit -m "Update sitl_gazebo-classic submodule with p230 model"

能够编译，但是build里就是没有复制p230过来，不知道为什么。

若有会的伙伴，也可以告诉我怎么做。

总结

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