【科研纪实】ROS下基于视觉的无人机室内定点飞行全程记录（T265+PX4+mavros）
【基本完结】
本文记录利用Pixhawk4、Ubuntu 18.04、ROS Melodic、T265、机载电脑实现四旋翼无人机在室内无GPS情况下的定点稳定飞行。
目录
- 第一部分：资源配置
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- 一、硬件配置
- 二、软件配置
- 三、环境配置
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- 1、准备工作
- 2、安装PX4环境
- 3、配置ROS环境
- 4、安装mavros
- 5、配置T265环境
- 6、配置坐标转换包
- 7、修改QGC参数
- 第二部分：分块测试
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- 一、无人机本体测试
- 二、ros通讯测试
- 三、T265测试
- 四、mavros通讯测试
- 五、坐标转换功能测试
- 六、激光定高功能测试
- 第三部分：联机测试
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- 一、整机安装
- 二、飞行验证
第一部分：资源配置
一、硬件配置
| 指标 | 参数 |
|---|---|
| 机架型号 | DJi F450 |
| 电机型号 | 朗宇 A2212 |
| 电子调速器 | 好盈科技 XRotor A20 |
| 供电系统 | 格氏 4S 5300mAh |
| 遥控器 | 天地飞 ET07 |
| 飞行控制器 | Pixhawk 4 |
| 数传模块 | P900 |
| 视觉里程计 | Intel T265 |
| 激光传感器 | 北醒 TFmini |
| 机载处理器 | AAEON 研扬 UP squared X86开发板 |
二、软件配置
| 指标 | 参数 |
|---|---|
| 地面站 | QGroundControl |
| 机载系统 | Ubuntu 18.04 |
| ROS版本 | Melodic |
三、环境配置
划重点：请一定按照先改系统参数，设置网络源→搭建px4工具链→配置ros环境→安装mavros→配置T265→安装QGC的顺序进行，否则会出现px4在环仿真不通过等报错情况
1、准备工作
机载处理器下安装Ubuntu 18.04系统，修改网络源、安装Python2.7、更改hosts文件，详情可参考第三步的超链接
2、安装PX4环境
参考链接：配置PX4工具链，安装QGC
bash
git clone https://github.com/PX4/Firmware.git --recursive
cd Firmware/Tools/setup/
./ubuntu
reboot
//至官网下载QGC，之后进入下载所在目录
chmod +x ./QGroundControl.AppImage
./QGroundControl.AppImage
3、配置ROS环境
参考链接：Ubuntu 18.04下配置ROS Melodic环境
//此次使用的是中科大源，若阅读者所用非此源，可参考http://wiki.ros.org/ROS/Installation/UbuntuMirrors更换相关命令
sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` 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
sudo apt install ros-melodic-desktop-full
sudo apt install python-rosdep
sudo rosdep init
rosdep update
echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
sudo apt install python-rosdep python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential
4、安装mavros
参考链接：二进制安装mavros环境
sudo apt-get install ros-melodic-mavros ros-melodic-mavros-extras
wget https://raw.githubusercontent.com/mavlink/mavros/master/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh
sudo bash ./install_geographiclib_datasets.sh
5、配置T265环境
//注册服务器公钥
sudo apt-key adv --keyserver keys.gnupg.net --recv-key F6E65AC044F831AC80A06380C8B3A55A6F3EFCDE || sudo apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv-key F6E65AC044F831AC80A06380C8B3A55A6F3EFCDE
//将服务器添加到公钥之中
sudo add-apt-repository "deb http://realsense-hw-public.s3.amazonaws.com/Debian/apt-repo bionic main" -u
//安装库文件
sudo apt-get install librealsense2-dkms
sudo apt-get install librealsense2-utils
//安装开发人员包和调试工具包
sudo apt-get install librealsense2-dev
sudo apt-get install librealsense2-dbg
//补充配置相关驱动和依赖
sudo apt-get install ros-melodic-realsense2-camera
sudo apt install ros-melodic-cv-bridge ros-melodic-image-transport ros-melodic-tf ros-melodic-diagnostic-updater ros-melodic-ddynamic-reconfigure
//安装Realsense SDK
git clone https://github.com/IntelRealSense/librealsense.git
//编译准备工作
cd librealsense
mkdir build
cd build
cmake ../ -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DBUILD_EXAMPLES=true \
-DFORCE_RSUSB_BACKEND=ON -DBUILD_WITH_TM2=false -DIMPORT_DEPTH_CAM_FW=false
//编译
sudo make uninstall && make clean && make && sudo make install
//配置ROS Wrapper for Intel RealSense
//创建ROS工作空间
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
//下载realsense-ros 2.2.7版本，安装依赖项
git clone -b 2.2.7 https://github.com/IntelRealSense/realsense-ros.git
sudo apt-get install ros-melodic-ddynamic-reconfigure
//初始化工作空间
catkin_init_workspace
cd ..
//编译工作空间
catkin_make clean
catkin_make -DCATKIN_ENABLE_TESTING=False -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
catkin_make install
//增加环境变量
gedit ~/.bashrc
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
export ROS_PACKAGE_PATH=${ROS_PACKAGE_PATH}:~/catkin_ws/
6、配置坐标转换包
//下载坐标转换工具，编译工作空间
mkdir -p ~/vision_ws/src
cd vision_ws/src
git clone https://github.com/thien94/vision_to_mavros.git
catkin_init_workspace
cd ..
catkin_make
//配置环境变量
gedit ~/.bashrc
source ~/vision_ws/devel/setup.bash
export ROS_PACKAGE_PATH=${ROS_PACKAGE_PATH}:~/vision_ws/
//修改配置参数
cd vision_ws/src/vision_to_mavros/launch
vim t265_all_nodes.launch
//将<include file="$(find mavros)/launch/apm.launch">修改为<include file="$(find mavros)/launch/px4.launch">
7、修改QGC参数
| 参数名称 | 设置值 |
|---|---|
| MPC_XY_VEL_MAX | 0.50m/s |
| MPC_Z_VEL_MAX_DN | 0.500m/s |
| MPC_Z_VEL_MAX_UP | 0.500m/s |
| PWM_MAX | 2200us |
| PWM_MIN | 1400us |
| CBRK_USB_CHK | 197848 |
| EKF2_AID_MASK | 24 |
| EKF2_HGT_MODE | Range sensor |
| SENR_TEL2_BAUD | Auto |
| SENS_TFMINI_CFG | TELEM2 |
| 划重点：在设置SENR_TEL2_BAUD时，如果找不到这个参数，就先不要修改SENS_TFMINI_CFG，而是将GPS的端口为TELEM2，然后重启，看是否有设置SENR_TEL2_BAUD的选项；如果还是没有，就重置所有参数，再设置机架，然后设置GPS的端口为TELEM2，重启，再设置SENR_TEL2_BAUD。设置完SENR_TEL2_BAUD后，再把GPS的端口设回默认，再把SENS_TFMINI_CFG的端口设为TELEM2 | |
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第二部分：分块测试
一、无人机本体测试
1、无人机组装完成后，通过USB连接pixhawk下载固件
2、对无人机进行姿态校准
3、对无人机遥控器进行校准
4、对无人机电池电调进行校准
5、打开遥控器，右下解锁，检查电机转向
二、ros通讯测试
打开三个终端，分别运行roscore、rosrun turtlesim turtlesim_node、rosrun turtlesim turtle_teleop_key三条指令，如在第二个终端中能够出现小乌龟，并且最后一个终端中按→↑↓←能够移动小乌龟，那么可见ROS安装成功。
三、T265测试
运行roslaunch realsense2_camera demo_t265.launch，会自动打开rviz，将fixed frame宣威camera_link，调用两个鱼眼摄像头，移动T265，可见位置变化，则说明安装成功。
四、mavros通讯测试
将PX4与机载电脑相连，运行roslaunch mavros px4.launch指令，若能出现如下现象，则证明mavros与px4通讯成功。
五、坐标转换功能测试
将PX4和T265与机载电脑相连，依次运行指令roslaunch realsense2_camera rs_t265.launch、roslaunch mavros px4.launch、roslaunch vision_to_mavros t265_tf_to_mavros.launch，正常运行会出现如下效果：
六、激光定高功能测试
定点手动飞行，地面站监控飞行高度
第三部分：联机测试
一、整机安装
将T265、PX4、机载电脑、电池、激光传感器等元器件合理布局于F450机架之上。
二、飞行验证
具体操作步骤如下，请严格按照顺序进行，否则很容易造成mavros中断
1、下桨，给pixhawk4通电、解锁；
2、美国手遥控器左内八解锁，推动油门听电机转速是否变化，若有变化，进行下一步；
3、给机载电脑通电，打开终端运行指令：roslaunch vision_to_mavros t265_all_nodes.launch，运行rostopic echo mavros/vision_pose/pose若能查看到位置数据，那么可以上桨；
4、美国手遥控器切position模式，左内八解锁，电机转动一会之后，推动油门杆使无人机起飞，保持油门中位，无人机定点飞行，若一切正常，可见无人机悬空在起飞位置。
