Offboard Control 例程 (ROS C++)

本教程涵盖内容为:基于为Kerloud flying rover系列提供的C++ API,如何在ROS中编写用于offboard控制的节点。Offboard例程使飞车在陆地车、多旋翼模式下实现航路点任务。

📌 例程代码仅适于项目研究,不可直接用于产品。如果您在测试中发现错误,可随时在我们的官方资源库中创建pull请求。

1. 环境设置

本教程推荐的环境为Ubuntu18.04系统下ROS melodic,或者我们发行的树莓派model 3b+的ubuntu 16.04和ROS kinetic。现成可用的ROS工作区位于~/src/flyingrover_workspace/catkinws_offboard目录下,该工作区包含我们官方资源库中的软件包,在维护的资源库链接如下:

用户可通过如下指令更新到最新版本:

cd ~/src/flyingrover_workspace/catkinws_offboard/src/mavros
git pull origin
git checkout dev_flyingrover

cd ~/src/flyingrover_workspace/catkinws_offboard/src/mavlink
git pull origin
git checkout dev_flyingrover

cd ~/src/flyingrover_workspace/catkinws_offboard/offboard_demo
git pull origin
git checkout dev_flyingrover

由于Kerloud产品软件在持续更新,如果用户在上述目录没有找到对应代码,可以通过以下指令创建工作区。

编译工作区:

在树莓派电脑上,此编译过程耗时可能超过十分钟,首次操作时请耐心等待。

可使用如下指令清空工作区:

2. 代码讲解

例程代码为标准ROS节点形式,用户需熟悉官方ROS教程中发布、订阅节点的编程方法,官方链接为:http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28c%2B%2B%29。 重点指出,offboard_demo节点包含以下几个文件:

  • offboard_demo/launch/off_mission.launch: offboard控制节点的默认启动文件。

  • offboard_demo/launch/waypoints_xyzy.yaml: ENU坐标系下的航路点任务定义文件,包含相应的偏航信息。

  • offboard_demo/src/off_mission_node.cpp: 用于offboard控制的ROS节点文件。

本例程实现的任务描述如下:飞车将先在陆地车模式下走过几个航路点,到达最后一个航路点后切换为多旋翼模式,然后起飞依次走过之前相同的航路点。为清晰起见,我们在此按顺序讲解off_mission_node中的主要功能:

(1) 订阅、发布、服务的声明

我们通常在主程序开头处声明ROS的订阅、发布、服务。通过mavros包中丰富的话题或服务,可轻松实现信息获取或命令发送。例如,若要获取无人机的本地位置信息,则需订阅mavros/setpoint_position/local话题。请注意,所用坐标系为ENU(East-North-Up)。 Mavros软件包的标准信息可参见:http://wiki.ros.org/mavros。对于飞车专用的其他话题或服务,请参阅API部分

(2) 服务指令构建

接下来,我们将通过如下方式创建必要的命令来调用上文中所定义的服务。

(3)陆地车、多旋翼模式下的航路点坐标解析

陆地车、多旋翼模式下的航路点坐标信息,会以不同的方式传递到位置设定话题。多旋翼模式下,需要用到3D位置,而且起飞过程需单独处理;陆地车模式下,则可直接将2D位置传递到所需的话题。

(4)模式切换

本例程的最后一部分内容是处理飞车的模式切换。当飞车在陆地车模式下到达最后一个航路点时,程序将调用模式转换服务将飞车切换到多旋翼模式。一旦切换成功,航路点索引就会被清零,飞车将会起飞并沿相同的航路点飞行。

3. 如何进行实测

现在可以将飞车拿到室外进行实测了。为避免意外,用户需严格按照如下流程操作:

  • 将电池及线固定好,确保在飞行中不会发生脱落。

  • 确保所有开关都处于初始位置,且油门通道已拉到最低。

  • 电池上电。

  • 等待GPS锁定:通常2-3分钟后我们可听到提示音,同时飞控上的LED会变为绿色。

  • 确保飞手已就位,且飞车周围没有人。等待几分钟,机载电脑启动后可通过本地Wi-Fi网络进行远程登录,确认 waypoints_xyzy.yaml的航路点任务,然后通过如下指令启动offboard控制单元:

  • 拉低油门摇杆,同时右推偏航摇杆进行机器解锁,将听到一个长音提示。

  • 使用特定的摇杆(例如通道7)切换到offboard模式,飞车将自动启动航路点任务。恭喜飞行成功!

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