[UAV] 无人机仿真平台搭建

从0开始的无人机仿真平台搭建

你好！ 这是一篇无人机开源仿真平台的学习笔记, 如果你对无人机感兴趣的话，可以仔细阅读这篇文章，了解一下相关的基本知识。

1. 基础环境

这里采用Ubuntu18.04 + CUDA 11.7，ROS 1-melodic.
如果你没有安装ROS，请参考：Ubuntu18.04 melodic 安装与下载ROS。

1.1 新建本地代码仓库

git clone https://gitee.com/amovlab/Prometheus.git
cd Prometheus/
# 赋予编译权限
sudo chmod 777 ./compile_all.sh
./compile_all.sh

1.2 编译

需修改Prometheus/Modules/object_detection/CMakeLists.txt 的第156行（注释掉），不然会卡在下载环节，
手动下载SiamRPNVOT.model（提取码：2ckt ），然后放在Prometheus/Modules/object_detection/src/siam_rpn_lib路径下。
编译成功！

引用一篇知乎笔记

• 特别强调说明：

目前每个模块都是一个独立的ros包，编译脚本会负责全部或部分编译模块代码，每个包的命名规则为prometheus_xxx因此如果你只做控制或者只做视觉，只需要编译对应的脚本即可，极大降低开发难度（比如你编译的时候你不感兴趣的代码报错了，也许这个报错你完全不需要考虑）

• 编译脚本说明：

compile_all.sh默认编译项目中所有代码，因此编译时请确认每个模块都没有报错compile_control.sh则只编译控制部分代码，若只需要使用控制部分代码，运行./compile_control.sh即可，其他编译脚本其自行查阅理解

添加路径（记得 将Path To Prometheus替换成你的文件路径）

echo "source (Path To Prometheus)/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

如果你同时安装了ROS1和ROS2请参考下面代码修改bashrc文件：

# source /opt/ros/eloquent/setup.bash
echo "ROS melodic (1) or ROS2 eloquent (2)?"
read edition
if [ "$edition" -eq "1" ];then
  source /opt/ros/melodic/setup.bash  
  # source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
  echo using ros1 melodic
  source "/home/ps/data/project/amovlab/Prometheus/devel/setup.bash"
else
  source /opt/ros/eloquent/setup.bash 
 
  echo using ros2 eloquent
fi

1.3 安装ROS所需的其他插件或者库

安装Mavros功能包

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 chmod 777 ./install_geographiclib_datasets.sh
sudo ./install_geographiclib_datasets.sh

安装rtabmap

sudo apt-get install ros-melodic-rtabmap*

安装Octomap:

sudo apt-get install ros-melodic-octomap-*

激光SLAM依赖项安装（视情况安装)：

安装cartographer:

sudo apt-get install ros-melodic-cartographer*

1.4 配置Prometheus_PX4

在阿木开源项目的手册中：

prometheus_px4是Prometheus项目配套使用的PX4固件，Prometheus项目的仿真模块依赖PX4固件以及sitl_gazebo
ros功能包。（如果是配置Prometheus到真实无人机上那不需要配置prometheus_px4，因为这个是用于虚拟仿真的，真实无人机不需要）
但是实际参照手册安装make amovlab_sitl_default gazebo这一步时，会出现CMAKE的编译错误

环境配置

git clone https://gitee.com/amovlab/prometheus_px4.git
source prometheus_px4/Tools/setup/ubuntu.sh
cd prometheus_px4
git submodule update --init --recursive
# 这里有一个坑，如果你Ubuntu上安装了anaconda的话，官方安装toml empy jinja2 packaging的方式被我注释掉了，因为会装到anaconda的虚环境里，gazebo编译的时候找不到！
# pip3 install --user toml empy jinja2 packaging
sudo -H python3 -m pip install --user toml empy jinja2 packaging -i https://pypi.douban.com/simple

cd prometheus_px4
# 这里有一个坑，官方的编译指令是不带sudo的，但是如果你没有给文件夹赋权就会报错
make amovlab_sitl_default gazebo_p450
# 加上sudo就OK了
sudo make amovlab_sitl_default gazebo_p450

编译BUG记录

编译不成功这个时候敲黑板了！先看一下bug：

[813/817] Linking CXX executable bin/px4
FAILED: external/Stamp/sitl_gazebo/sitl_gazebo-build /home/ps/data/project/amovlab/prometheus_px4/build/px4_sitl_default/external/Stamp/sitl_gazebo/sitl_gazebo-build 
cd /home/ps/data/project/amovlab/prometheus_px4/build/px4_sitl_default/build_gazebo && /usr/local/bin/cmake --build /home/ps/data/project/amovlab/prometheus_px4/build/px4_sitl_default/build_gazebo -- -j 30
ninja: build stopped: subcommand failed.
Makefile:231: recipe for target 'px4_sitl' failed
make: *** [px4_sitl] Error 1

BUG

• 网络上参考的解决方法：

sudo -H python3 -m pip install kconfiglib

然而我这，该方法没有效果，
上述BUG目前还未解决，推测是gazebo和PX4之间公用的插件版本不匹配，因为笔者是先装好了gazebo，但是gazebo模拟器在此PX4平台上有点问题。网上的其他朋友经验里是一直反复重装PX4，总有一次能成功，我试了很多次，没成功，不知道如何是好了，先放着吧。

后记 ：
上述BUG们，通过修改cmake版本（详见后文的<更改cmake记录>）、相关指令（已在前文说明），以及tmp/bloary二进制编译库成功解决的。

Prometheus_PX4 编译成功！

sudo make amovlab_sitl_default gazebo_p450

初次编译（使用 jMAVSim 模拟器）

继续前进！
由于prometheus_px4是在PX4上二次开发的， 参考PX4 自动驾驶用户指南，于是乎，编译成功了：

make px4_sitl jmavsim

安装 PX4 Autopilot

由于上述PX4编译失败，于是决定编译一下另一个版本的PX4，感受下区别在哪。

环境配置

 git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git
 git clone https://github.com/PX4/Firmware.git  
 mv PX4-Autopilot PX4_Firmware
 git clone --recursive https://github.com/google/bloaty.git /tmp/bloaty \
      && cd /tmp/bloaty && cmake -GNinja . && ninja bloaty && cp bloaty /usr/local/bin/ \
      && rm -rf /tmp/*

直接编译版本： PX4_Firmware.zip(918.1 MB)

如果bloaty出现下载失败，建议切到文件路径/tmp/bloaty下逐个下载：

Cloning into '/tmp/bloaty'...
remote: Enumerating objects: 3170, done.
remote: Counting objects: 100% (652/652), done.
remote: Compressing objects: 100% (149/149), done.
remote: Total 3170 (delta 545), reused 502 (delta 497), pack-reused 2518
Cloning into '/tmp/bloaty/third_party/capstone'...
fatal: unable to access 'https://github.com/aquynh/capstone.git/': Failed to connect to github.com port 443: Connection timed out
fatal: clone of 'https://github.com/aquynh/capstone.git' into submodule path '/tmp/bloaty/third_party/capstone' failed
Failed to clone 'third_party/capstone'. Retry scheduled
Cloning into '/tmp/bloaty/third_party/demumble'...
Cloning into '/tmp/bloaty/third_party/googletest'...
fatal: unable to access 'https://github.com/google/googletest.git/': gnutls_handshake() failed: The TLS connection was non-properly terminated.
fatal: clone of 'https://github.com/google/googletest.git' into submodule path '/tmp/bloaty/third_party/googletest' failed
Failed to clone 'third_party/googletest'. Retry scheduled
Cloning into '/tmp/bloaty/third_party/protobuf'...
fatal: unable to access 'https://github.com/protocolbuffers/protobuf.git/': gnutls_handshake() failed: The TLS connection was non-properly terminated.
fatal: clone of 'https://github.com/protocolbuffers/protobuf.git' into submodule path '/tmp/bloaty/third_party/protobuf' failed
Failed to clone 'third_party/protobuf'. Retry scheduled
fatal: unable to access 'https://github.com/google/googletest.git/'
Failed to clone 'third_party/googletest' a second time, aborting
# 然后再次执行
 cmake -GNinja . 
 ninja bloaty
 cp bloaty /usr/local/bin/
 rm -rf /tmp/*

注意了，这里 cmake -GNinja . 也可能遇到如下错误或者警告：

警告的解决办法

cmake -GNinja -Wno-dev

这里也需要注意System re2 not found, using bundled version：

Gazebo模拟器在PX4上编译成功的关键点：

cd third_party/re2
make
make test
sudo make install
make testinstall
cd ../capstone/
make
make install
# 然后再次切换到/tmp/bloaty/，执行下面语句
cmake -GNinja -Wno-dev
# 然后把编译好的二进制库bloaty拷贝到指定位置
cd ..
sudo cp -r bloaty /usr/local/bin/   # 文件递归拷贝
sudo rm -rf /tmp/*   # 大功告成，可以删到这个临时的仓库了
ls /usr/local/bin/bloaty/   # 检查一下拷贝是否成功

注意了啊，敲黑板！上述步骤决定了你gazebo模拟器能否编译通过。
建议gazebo编译出问题的重头再来一遍。
cmake成功图示（只截图了底部几行）：

Install && Make

cd PX4-Autopilot/
git submodule update --init --recursive
sudo apt update  # 本来用的中科大源，奈何找不到包，于是更换阿里源
sudo apt upgrade  # 顺便升级一下包
sudo bash ./Tools/setup/ubuntu.sh

gazebo官方文档
暂时忽略下面的错误：
敲黑板！记住这两个cmake路径，因为cmake3.17根3.23的安装过程非常不一样！3.17不会自动生成这两个路径下的文件夹，后期我们要自己复制过去。

/usr/local/share/cmake-3.23
/usr/local/bin/cmake

更改cmake记录

CMAKE版本更换为3.17 ：下载地址。
cmake修改参考：文档。

 sudo chmod +x cmake-3.17.2-Linux-x86_64.sh
 sudo ./cmake-3.17.2-Linux-x86_64.sh
 # 切换到cmake3.17的安装路径
 cd /your path to cmake/cmake-3.17.2-Linux-x86_64/bin  
 sudo cp cmake /usr/local/bin/
 cd /your path to share/cmake-3.17.2-Linux-x86_64/share
 sudo cp -r cmake-3.17 /usr/local/share/
 sudo gedit ~/.bashrc
 # 在bashrc最后一行添加下面的指令,记得改成你自己的cmake路径
export PATH="/Your path to cmake/cmake-3.17.2-Linux-x86_64/bin:$PATH"
source ~/.bashrc

1.5 PX4 gazebo 编译成功！

结束了上述踩坑记录之后，再次

cd
git clone https://github.com/PX4/Firmware
mv Firmware PX4_Firmware
cd PX4_Firmware/
git checkout -b xtdrone/dev v1.11.0-beta1
git submodule update --init --recursive
sudo make px4_sitl_default gazebo

更改cmake版本之后成功编译gazebo！！！
在此环境基础的前提下，
一会再试试阿木的开源项目！！！

安装QGroundControl

到这里，要想实现对机器人的控制还需要安装QGroundControl。

QGroundControl为PX4或ArduPilot动力飞行器提供完整的飞行控制和飞行器设置。它为初学者提供了简单直接的使用，同时仍然为有经验的用户提供高端功能支持。
控制器安装步骤如下：

sudo usermod -a -G dialout $USER 

准备环境

sudo apt-get remove modemmanager -y
sudo apt install gstreamer1.0-plugins-bad gstreamer1.0-libav gstreamer1.0-gl -y
sudo apt install libqt5gui5 -y
sudo apt install libfuse2 -y

Install

下载工具包：QGroundControl.AppImage

chmod +x ./QGroundControl.AppImage
./QGroundControl.AppImage

涉及的知识点很多，推荐大家有空读一读官方文档。

初始化界面

2. 无人机的仿真调试

在阿木开源项目的手册中：认识一下gazebo模拟器仿真的定位。

（未完待续…）
跟踪仿真：BUG记录