Запуск дрона в виртуальной среде

Перед началом эксплуатации реального дрона убедитесь, что он выполняет миссию в симуляторе и выполните данную инструкцию.

Ввиду обновления релизов программных сред могут возникать коррективы работы программы. Обращайтесь за консультацией на почту mail@copter.space c темой письма "ВИРТУАЛЬНЫЙ ДРОН".

Для прокачки базовых навыков программирования дрона не нужно ничего покупать – достаточно использовать симулятор дрона jMAVSim проекта PX4. PX4 – мощный набор ПО с открытым исходным кодом, предназначенный для использования на различных беспилотных транспортных средствах, как летающих, так и ездящих по земле. Исходные коды ПО проекта лежат .

Изначально в качестве среды разработки авторами PX4 рекомендуется Linux Ubuntu LTS. Также есть поддержка Mac. В этом году появилась среда симуляции и разработки под Windows в Cygwin, что может упростить жизнь Российским учебным заведениям, которые используют Windows в классах информатики. Далее мы рассмотрим процесс установки, сборки и запуска симулятора под Linux и под Windows.

Установка и запуск jMAVSim на Linux Ubuntu

Разработчики PX4 в качестве стандартной системы рекомендуют Linux Ubuntu 16.04 LTS. Linux позволяет производить сборку пакета PX4 под все поддерживаемые системы (аппаратные платформы на базе NuttX, Qualcomm Snapdragon Flight, Linux, среды симуляции, ROS). Первым делом добавляем пользователя в группу «dialout»:

sudo usermod -a -G dialout $USER

source ubuntu_sim_nuttx.sh

На все задаваемые скриптом вопросы ответить положительно. По окончании выполнения скрипта перезагрузить компьютер. Нам осталось скачать исходный код контроллера, управляющий полётом, и осуществить его сборку. Клонируем репозиторий ПО полётного контроллера PX4 с github:

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

В папке Firmware теперь у нас лежит полный исходный код, который исполняется в полётном контроллере (и в симуляторе). В дальнейшем он может пригодится как для целей изучения, так и для внесения в него правок. Переходим в скопированную папку Firmware репозитория:

cd src/Firmware

Осуществляем компиляцию и запуск симулятора:

make px4_sitl jmavsim

Процесс первой компиляции занимает некоторое время. После успешного завершения на экране появится консоль PX4:

Дрон можно отправить в полёт, введя в консоли команду:

pxh> commander takeoff

Посадка дрона – команда commander land, остановка симуляции – CTRL+C или команда shutdown.

Установка и запуск jMAVSim на Windows (работает некорректно)

git clone --recursive -j8 https://github.com/PX4/Firmware.git
cd Firmware
make px4_sitl jmavsim

После компиляции на экране появится консоль PX4 и окно симулятора:

Команды консоли для управления дроном те же: взлёт — commander takeoff, посадка – commander land, остановка симуляции – CTRL+C или команда shutdown.

Полёты с помощью программы наземной станции QGroundControl

Программирование автономного полёта с помощью mavros

roslaunch mavros px4.launch fcu_url:="udp://@192.168.0.22:14557"

Если симулятор запущен не на том хосте, на котором работает jMAVSim – перед подключением mavros нужно разрешить рассылку mavlink сообщений по сети с помощью команды param set MAV_BROADCAST 1 в консоли jMAVSim. При выполнении команды выводится ip-адрес хоста, используемый для протокола mavlink. Порт можно узнать с помощью команды mavlink status в консоли симулятора:

Успешность подключения к полётному контроллеру следует проверить с помощью команды:

rostopic echo /mavros/state

Если подключение успешно – в консоли начнут появляться сообщения т.н. mavlink heartbeat, примерно раз в секунду:

Если сообщения не появляются/не обновляются/поле Connected = False – связь с полётным контроллером не установлена, и следует разобраться, почему. На момент написания статьи, под Windows после команды param set MAV_BROADCAST 1 в консоли jMAVSim начинали в цикле выводиться сообщения:

WARN [mavlink] getting required buffer size failed.

Чтобы симулятор заработал корректно под Windows, следует дополнить строку 1029 файла src/modules/mavlink/mavlink_main.cpp:

#if defined(__APPLE__) && defined(__MACH__) || defined(__CYGWIN__)

Публикуем 5 раз в секунду целевую точку для полёта дрона в режиме OFFBOARD. Для того, чтоб дрон не «вываливался» из режима автономного полёта OFFBOARD, необходимо осуществлять публикацию целевой точки всё время, несколько раз в секунду:
```
rostopic pub -r 5 /mavros/setpoint_position/local geometry_msgs/PoseStamped "header: seq: 0 stamp: secs: 0 nsecs: 0 frame_id: '' pose: position: x: 0.0 y: 0.0 z: 5.0 orientation: x: 0.0 y: 0.0 z: 0.0 w: 0.0"
```
Переводим дрон в режим OFFBOARD (в новой отдельной сессии терминала):
```
rosservice call /mavros/set_mode "base_mode: 0 custom_mode: 'OFFBOARD'"
```
Отправляем команду перевести дрон в режим полёта (т.е. «заармить»):
```
rosservice call /mavros/cmd/arming "value: true"
```

После выполнения последней команды виртуальный дрон должен взлететь и зависнуть на высоте 5 метров:

Также запуск дрона можно осуществить с помощью несложного кода на Питоне:

import rospy
from geometry_msgs.msg import PoseStamped
from mavros_msgs.srv import CommandBool, SetMode

rospy.init_node("offbrd",anonymous=True)
rate=rospy.Rate(5)
setpoint_pub=rospy.Publisher("/mavros/setpoint_position/local",PoseStamped,queue_size=10)
arming_s=rospy.ServiceProxy("/mavros/cmd/arming",CommandBool)
set_mode=rospy.ServiceProxy("/mavros/set_mode",SetMode)
setpt=PoseStamped()
setpt.pose.position.z=5
for i in range (0,10):
    setpoint_pub.publish(setpt)
    rate.sleep()
set_mode(0,"OFFBOARD")
arming_s(True)

while (rospy.is_shutdown()==False):
    setpoint_pub.publish(setpt)
    rate.sleep()

Приведённый код использует вызов тех же сервисов ROS, что и пример вызова из командной строки. Код нужно скопировать в текстовый файл, например, fly_jmavsim.py, и запустить его на выполнение из командной строки командой python fly_jmavsim.py.

В процессе отладки данного примера столкнулся с особенностью симулятора jMAVSim – для нормальной работы ему требуется производительный процессор. На виртуалке Linux он успевал просчитывать только 10 FPS, и падал сразу после взлёта. На ноутбуке, пока я писал статью – он также периодически терял управление/падал. Помогло питание ноутбука от сети – т.к. при питании от батарейки включается режим энергосбережения, что занижает производительность процессора, которая сказывается непосредственно на работе симулятора. На основании приведённых примеров желающие могут сами разработать программы автономных полётов (по квадрату, по кругу, по произвольной траектории, и т.д.). Выполнение таких упражнений может быть полезным для подготовки к программированию автономных миссий на реальном квадрокоптере. Желаем всем успешных полётов!

Ссылки:

PreviousКвалификационные требования оператора NextПосадка на ARUCO-маркер

Last updated 4 years ago