mavros与PX4飞控结合实践:软硬件协同开发

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发布时间: 2024-04-03 15:07:57 阅读量: 146 订阅数: 86
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软件协同开发

# 1. 介绍 在这一章节中,我们将介绍mavros与PX4飞控的定义、作用,以及本文的研究背景和目的。让我们深入探讨软硬件协同开发中这两者的重要性和联系。 # 2. mavros介绍与原理分析 mavros是一个ROS(Robot Operating System)的节点,可与PX4飞控进行通信和控制,提供了丰富的功能和特点,广泛应用于各种机器人领域中。下面分别介绍mavros的概念、特点、应用场景以及与ROS的关系。 #### mavros是什么: mavros是一个ROS的软件包,提供与MAVLink兼容的通信接口,用于与无人机系统进行通信、数据传输和控制。它简化了与PX4飞控之间的通信过程,让开发者可以更方便地实现无人机的控制和监控。 #### mavros的功能和特点: - 提供了多种ROS服务、话题和参数,方便控制、监控和配置无人机系统。 - 支持多种通信接口和协议,如Serial、UDP、TCP等,适用于不同的场景和需求。 - 可以将无人机系统作为ROS节点运行,与其他ROS节点进行通信和协作。 - 提供了丰富的API和工具,方便开发者进行定制化开发和扩展。 #### mavros与ROS的关系: mavros是建立在ROS之上的一个软件包,与ROS紧密集成。ROS是一个开源的机器人操作系统,提供了一系列工具和库,用于构建机器人系统中的各种功能模块。mavros利用ROS的优势,为无人机系统提供了强大的控制和监控能力,加快了无人机系统的开发和部署速度。 #### mavros与PX4飞控结合的优势: 将mavros与PX4飞控结合使用,可以充分发挥二者的优势,提高无人机系统的稳定性、可靠性和灵活性。mavros提供了便捷的通信接口和ROS集成,与PX4飞控相结合,可以实现更多复杂的飞行任务和控制算法,拓展了无人机系统的应用范围和功能性。 通过以上介绍,可以看出mavros在机器人领域中的重要性和应用前景,为实现软硬件协同开发提供了强大的支持。 # 3. PX4飞控介绍与原理分析 PX4飞控是一款开源的自动驾驶软件,广泛用于多旋翼、固定翼等无人机系统中。在本章节中,我们将深入介绍PX4飞控的架构和基本工作原理,展示其在无人机领域的应用实例,并探讨PX4飞控与mavros的兼容性和配合方式。 #### 1. PX4飞控架构和基本工作原理 PX4飞控的架构主要包括硬件和软件两部分。在硬件方面,PX4飞控通常由主控板、传感器模块、电调等组成,其核心是主控板,负责控制飞行器的姿态、位置和速度。而在软件方面,PX4飞控基于Nuttx实时操作系统,通过模块化的架构实现各种飞行控制算法和传感器数据融合。 PX4飞控的基本工作原理是通过传感器获取
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#include <ros/ros.h> #include <geometry_msgs/PoseStamped.h> #include <mavros_msgs/State.h> #include <mavros_msgs/PositionTarget.h> #include <mavros_msgs/CommandBool.h> #include <mavros_msgs/SetMode.h> #include <std_msgs/Bool.h> #include <cmath> // 全局变量 ros::Publisher pos_raw_pub; mavros_msgs::State current_state; geometry_msgs::PoseStamped current_pose; bool land_command_received = false; geometry_msgs::Point target_position; // 状态、位置、降落指令回调 void state_cb(const mavros_msgs::State::ConstPtr& msg) { current_state = *msg; } void pose_cb(const geometry_msgs::PoseStamped::ConstPtr& msg) { current_pose = *msg; } void landCommandCallback(const std_msgs::Bool::ConstPtr& msg) { land_command_received = msg->data; } void targetPointCallback(const geometry_msgs::Point::ConstPtr& msg) { target_position = *msg; // 更新目标点 } // 构造 PositionTarget 消息 mavros_msgs::PositionTarget makePositionTarget( float x, float y, float z, float vx, float vy, float vz, float yaw, uint16_t type_mask) { mavros_msgs::PositionTarget target; target.header.stamp = ros::Time::now(); target.coordinate_frame = mavros_msgs::PositionTarget::FRAME_LOCAL_NED; target.type_mask = type_mask; target.position.x = x; target.position.y = y; target.position.z = z; target.velocity.x = vx; target.velocity.y = vy; target.velocity.z = vz; target.yaw = yaw; return target; } // 判断是否到达目标 bool reached_target(double x, double y, double z, double threshold) { double dx = current_pose.pose.position.x - x; double dy = current_pose.pose.position.y - y; double dz = current_pose.pose.position.z - z; return (std::sqrt(dx*dx + dy*dy + dz*dz) < threshold); } int main(int argc, char **argv) { ros::init(argc, argv, "offboard_node"); ros::NodeHandle nh; // 订阅器 ros::Subscriber state_sub = nh.subscribe("mavros/state", 10, state_cb); ros::Subscriber pose_sub = nh.subscribe("mavros/local_position/pose", 100, pose_cb); ros::Subscriber land_cmd_sub = nh.subscribe("land_cmd", 1, landCommandCallback); ros::Subscriber target_cmd_sub = nh.subscribe("target_point", 1, targetPointCallback); // 发布器 pos_raw_pub = nh.advertise<mavros_msgs::PositionTarget>( "mavros/setpoint_raw/local", 100); // 服务端 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"); ros::Rate rate(100.0); ros::Rate rate_1(50.0); // 等待连接 while (ros::ok() && !current_state.connected) { ros::spinOnce(); rate.sleep(); } // 起飞前发送一些 setpoint(惯例) for (int i = 0; i < 100; ++i) { pos_raw_pub.publish(makePositionTarget( 0, 0, 1.0, 0, 0, 0, 0, mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_YAW_RATE)); ros::spinOnce(); rate.sleep(); } // 设置模式并解锁 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(); // 等待进入 OFFBOARD 模式并解锁 while (ros::ok() && !current_state.armed) { if (current_state.mode != "OFFBOARD" && (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(1.0))) { if (set_mode_client.call(offb_set_mode) && offb_set_mode.response.mode_sent) { ROS_INFO("Offboard mode enabled"); } last_request = ros::Time::now(); } else if (!current_state.armed && (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(1.0))) { if (arming_client.call(arm_cmd) && arm_cmd.response.success) { ROS_INFO("Vehicle armed"); } last_request = ros::Time::now(); } // 上升速度控制起飞 pos_raw_pub.publish(makePositionTarget( 0, 0, 1.0, 0, 0, 0, // 向上速度 0, mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_YAW_RATE)); ros::spinOnce(); rate.sleep(); } ROS_INFO("Takeoff in progress..."); // === 位置误差控制飞到目标点 === double target_x = 0.0, target_y = 0.0, target_z = 1.0; target_position.x = target_x; target_position.y = target_y; target_position.z = target_z; while (ros::ok() && !reached_target(target_x, target_y, target_z, 0.1)) { pos_raw_pub.publish(makePositionTarget( target_x, target_y, target_z, 0, 0, 0.3, 0, mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_YAW_RATE)); ros::spinOnce(); rate.sleep(); } ROS_INFO("Reached target. Hovering..."); bool has_landed = false; while (ros::ok() && !has_landed) { // 继续 hover /* pos_raw_pub.publish(makePositionTarget( target_x, target_y, target_z, 0, 0, 0, 0, mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_YAW_RATE)); */ if(reached_target(target_position.x, target_position.y, target_position.z, 0.1)) { pos_raw_pub.publish(makePositionTarget( target_position.x, target_position.y, target_position.z, 0, 0, 0, 0, mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_YAW_RATE)); } else { pos_raw_pub.publish(makePositionTarget( target_position.x, target_position.y, target_position.z, 2.0, 0, 0, 0, mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_VZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFX | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFY | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_AFZ | mavros_msgs::PositionTarget::IGNORE_YAW_RATE)); } // 收到降落指令 if (land_command_received) { mavros_msgs::SetMode land_mode; land_mode.request.custom_mode = "AUTO.LAND"; if (set_mode_client.call(land_mode) && land_mode.response.mode_sent) { ROS_INFO("AUTO.LAND mode set"); } // 等待自动降落并 disarm(监听 current_state.armed) ros::Time land_start = ros::Time::now(); while (ros::ok()) { ros::spinOnce(); // 降落过程中不再发送 setpoint,避免干扰 if (!current_state.armed) { ROS_INFO("Landing complete. Vehicle disarmed."); break; } // 可选:设置超时 if ((ros::Time::now() - land_start).toSec() > 20.0) { ROS_WARN("Landing timeout. Attempting manual disarm..."); mavros_msgs::CommandBool disarm_cmd; disarm_cmd.request.value = false; if (arming_client.call(disarm_cmd) && disarm_cmd.response.success) { ROS_INFO("Manual disarm succeeded."); } else { ROS_WARN("Manual disarm failed."); } break; } rate.sleep(); } has_landed = true; } ros::spinOnce(); rate_1.sleep(); } return 0; } 请详细解释上述代码

物联网_赵伟杰

物联网专家
12年毕业于人民大学计算机专业,有超过7年工作经验的物联网及硬件开发专家,曾就职于多家知名科技公司,并在其中担任重要技术职位。有丰富的物联网及硬件开发经验,擅长于嵌入式系统设计、传感器技术、无线通信以及智能硬件开发等领域。
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专栏简介
本专栏全面介绍了 MAVROS,一个用于无人机控制的 ROS(机器人操作系统)包。从入门介绍和基本概念解析到深入参数配置和消息通信机制详解,专栏涵盖了 MAVROS 的方方面面。 专栏重点探讨了 MAVROS 的 Offboard 模式,包括原理解析、控制指令、姿态控制算法和位置控制技术。此外,还提供了与 PX4 飞控的结合实践、遥控和自动化控制、视觉导航和目标识别技术、深度学习结合、实时数据分析和安全飞行技巧等内容。 通过对 MAVROS 的全面阐述,本专栏旨在帮助无人机开发人员和研究人员深入理解和有效利用 MAVROS,开发更智能、更稳定的无人机系统。

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