DJI ONBOARD SDK—— 基础控制功能 Joystick的讲解，使用和扩展

DJI ONBOARD SDK/DJI OSDK ROS—— 基础控制功能 Joystick的使用

概述

使用OSDK/OSDK_ROS 的无人机飞行控制功能，能够设置并获取无人机各项基础参数，控制无人机执行基础飞行动作，通过Joystick 功能控制无人机执行复杂的飞行动作。

Joystick 功能

Joystick 是一个无人机综合控制功能，使用Joystick 功能时，开发者根据实际的应用需要，通过调用Joystick 中的接口，同时设置无人机使用的坐标系、水平控制的模式、垂直控制的模式、yaw角度控制的模式和悬停模式，才能设计出满足使用需求的无人机飞行控制逻辑。

1. 设置坐标系

机体坐标系
机体坐标系以无人机的重心为原点，无人机机头前进的方向为X轴，机头前进方向的右侧为Y轴，Z轴与X轴、Y轴相互垂直交于重心且指向无人机下方（遵循“右手法则”）。在机体坐标下，无人机围绕X轴、Y轴和Z轴旋转时的飞行动作，可称为横滚（无人机仅绕X轴旋转）、俯仰（无人机仅绕Y轴旋转）和偏航（无人机仅绕Z轴旋转）。

大地坐标系
大地坐标系也称世界坐标系或当地水平坐标系，在该坐标系中，无人机指向地球正北的方向为X轴，正东的方向为Y轴，X轴与Y轴相互垂直，Z轴竖直指向无人机下方，在满足“右手法则”的前提下，Z轴将根据无人机飞行的实际情况调节角度，因此该坐标系也称为“北-东-地（N-E-D）坐标系”。

2. 设置水平控制模式

姿态角控制模式：在该模式下，水平方向的指令为无人机的姿态角。(在机体坐标系下，该角度为roll 和pitch)
速度控制模式：在该模式下，水平方向的指令为无人机的速度
位置控制模式：在该模式下，水平方向的指令为无人机的位置
角速度控制：在该模式下，水平方向的指令为无人机的旋转角速度

说明： 当位置指令的模不为0时，无人机会以指定的速度向前飞行，否则，无人机将悬停在指定的位置。

3.设置垂直控制模式

速度控制模式：控制无人机垂直方向的速度
位置控制模式：控制无人机垂直方向的位置，该位置为相对于起飞点的绝对位置
油门控制模式：控制无人机的油门

4. 设置yaw角度控制模式

角度控制模式：在该模式下，yaw方向旋转的指令为yaw 的角度
角速率控制模式：在该模式下，yaw方向旋转的指令为yaw 的角速率

5. 设置无人机悬停模式

仅在水平控制模式中的速度控制模式下，开发者可以设置无人机的悬停模式：

开启稳定模式：开启稳定模式后，无人机将在指定的位置上悬停
关闭稳定模式：关闭稳定模式后，无人机将按照速度命令飞行，当无人机的前进速度为0时候，无人机可能会随风飘动

使用Joystick飞行控制功能

使用Joystick 功能需要先设置Joystick 的模式和对应的控制指令，再执行Joystick 指令，实现对无人机的控制。 如下代码以在dji_osdk_ros例子中，使用Joystick 功能控制无人机。

设置joystick的模式 1：

void velocityAndYawRateCtrl(const JoystickCommand &offsetDesired, uint32_t timeMs)
{
  double originTime  = 0;
  double currentTime = 0;
  uint64_t elapsedTimeInMs = 0;
  
  SetJoystickMode joystickMode;
  JoystickAction joystickAction;

  joystickMode.request.horizontal_mode = joystickMode.request.HORIZONTAL_VELOCITY;
  joystickMode.request.vertical_mode = joystickMode.request.VERTICAL_VELOCITY;
  joystickMode.request.yaw_mode = joystickMode.request.YAW_RATE;
  joystickMode.request.horizontal_coordinate = joystickMode.request.HORIZONTAL_GROUND;
  joystickMode.request.stable_mode = joystickMode.request.STABLE_ENABLE;
  set_joystick_mode_client.call(joystickMode);

  joystickAction.request.joystickCommand.x = offsetDesired.x;
  joystickAction.request.joystickCommand.y = offsetDesired.y;
  joystickAction.request.joystickCommand.z = offsetDesired.z;
  joystickAction.request.joystickCommand.yaw = offsetDesired.yaw;

  originTime  = ros::Time::now().toSec();
  currentTime = originTime;
  elapsedTimeInMs = (currentTime - originTime)*1000;

  while(elapsedTimeInMs <= timeMs)
  {
    currentTime = ros::Time::now().toSec();
    elapsedTimeInMs = (currentTime - originTime) * 1000;
    joystick_action_client.call(joystickAction);
  }
}

设置水平控制模式：

joystickMode.request.horizontal_mode = joystickMode.request.HORIZONTAL_VELOCITY;

设置水平控制模式：

 joystickMode.request.vertical_mode = joystickMode.request.VERTICAL_VELOCITY;

设置yaw角度控制模式：

joystickMode.request.yaw_mode = joystickMode.request.YAW_RATE;

设置yaw角度控制模式：

joystickMode.request.horizontal_coordinate = joystickMode.request.HORIZONTAL_GROUND;

设置坐标系：

  joystickMode.request.horizontal_coordinate = joystickMode.request.HORIZONTAL_GROUND;

设置无人机悬停模式：

joystickMode.request.stable_mode = joystickMode.request.STABLE_ENABLE;

通过参考JoystickMode所有参数可以获得所有备选参数。

设置joystick的模式2 ：

bool moveByPosOffset(FlightTaskControl& task,const JoystickCommand &offsetDesired,
                    float posThresholdInM,
                    float yawThresholdInDeg)
{
  task.request.task = FlightTaskControl::Request::TASK_POSITION_AND_YAW_CONTROL;
  task.request.joystickCommand.x = offsetDesired.x;
  task.request.joystickCommand.y = offsetDesired.y;
  task.request.joystickCommand.z = offsetDesired.z;
  task.request.joystickCommand.yaw = offsetDesired.yaw;
  task.request.posThresholdInM   = posThresholdInM;
  task.request.yawThresholdInDeg = yawThresholdInDeg;

  task_control_client.call(task);
  return task.response.result;
}

使用常用的设置模式：

task.request.task = FlightTaskControl::Request::TASK_POSITION_AND_YAW_CONTROL;

这是一种快捷的设置方式，具体请参考JoystickMode相关

问题：

如何利用joystickMode功能，扩展出更强大和灵活的无人机飞行控制功能 ？ 例如：如何实现控制无人机运动速度（包括运动方向）的同时也能控制其运动位移和方位角 ？
期待你的见解…

dji_osdk_ros例子
JoystickMode所有参数
JoystickMode常用模式