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6.1 机载平台软件

目录

这里列出来的软件安装和配置，在初始镜像中都是配置好的，用户可以选择重新烧写镜像以获得完整功能，也可以自行进行安装和配置。

ROS系统安装 #

机载平台上是Ubuntu20, 需要安装ROS　Noetic系统。安装方式参见网上教程： http://wiki.ros.org/ROS/Installation。

我们在标准ROS基础上，还安装了双目驱动模块（stereo_cam），mavlink和mavros模块，VINS-fusion模块，ego-planner模块等。这些模块装在/home/khadas/ros_ws/src目录下。

stereo_cam模块配置 #

stereo_cam模块控制USB3.0连接的双目硬件，同时接收双目的GPIO。Stereo_cam会根据配置生成双目图像、视差图、深度图和点云图。配置文件在launch/stereo_cam.launch, 参数说明如下：

  • framerate：双目帧率，目前支持10，15，20，30，60。目前深度图最大输出频率是20fps。
  • stereo_combined：双目合并成一帧或左右图输出。缺省是false，左右图输出。

depth_enabled：是否打开深度图计算和输出。

输出topic:

  • 左右目灰度图： /stereo_cam/left/image_raw, /stereo_cam/right/image_raw
  • 深度图： /stereo_cam/depth

双目参数配置文件，config/stereo_param.yaml。这里深度图计算用的双目相机参数。

mavros模块配置 #

mavros是基于1.5.0版本的https://github.com/mavlink/mavros.git，我们做了如下修改：

  • 坐标系的修改和transform的发布。
  • 修改了/mavros/local_position/odom的坐标系为“world”。

主要使用的topic:

  • /mavros/imu/data_raw
  • /mavros/local_position/odom
  • /mavros/setpoint_local/raw

IMU模块配置 #

因为我们使用了飞控IMU，需要配置mavros， 使其输出200hz.

>rosservice call /mavros/set_stream_rate 0 10 1

>rosrun mavros mavcmd long 511 105 3000 0 0 0 0 0

PX4飞控系统配置 #

飞控系统需要配置成关闭GPS和Compass，打开融合Vision的模式EKF2。可查看飞控的配置参数。

QGC: 设置EKF2_AID_MASK为24

QGC: 设置EKF2_HGT_MODE为vision

QGC: 设置 EKF2_EV_DELAY为0ms.

QGC: 设置mavlink串口速率921600，onboard模式

QGC：设置对应的GYRO/ACC误差精度

VIO模块配置 #

我们使用VINS_Fusion(https://github.com/HKUST-Aerial-Robotics/VINS-Fusion)作为双目定位模块，主要修改如下：

  • 接收stereo_cam模块发出的双目图像和mavros发出imu消息。消息定义可以在config/stereo中的yaml文件里修改。双目的内参，双目相机和IMU之间的外参也在这里修改。具体参数的标定方法可以参见kalibr工具说明和网上教程。
  • 发布world坐标系下的/mavros/vision_pose/pose，和Transform。Mavros会转换到map坐标系，进而发送给飞控。
  • VINS_Fusion的工作原理，可以参见其官方网站。

Planner模块配置 #

我们适配了ego-planner项目来作为避障导航模块，详情可以参见https://github.com/ZJU-FAST-Lab/ego-planner。并做了如下修改：

  • 去除了模拟器，取而代之的是mavros_controller，来控制PX4。 删除了src/uav_simulator/Utils/rviz_plugins；增加了/reference/flatsetpoint消息，这个消息传递规划好的路径给mavros_controller, 后者在发送setpoint_local给飞控。
  • 我们采用深度图，飞控的位姿（/mavros/local_position/odom）作为ego-planner的输入。

增加了mavros_controller（https://github.com/Jaeyoung-Lim/mavros_controllers）模块来控制飞控。主要修改如下：

  • 针对遥控器，将飞控状态控制（GUIDED, POS_HOLD等）交给遥控器channel 5。
  • 接收遥控器channel5的信号，来触发开始信号。mavros_controllers收到开始信号时候，会根据配置发送目标（goal）给ego-planner，并监听/reference/flatsetpoint消息，转换成setpoint_local消息发送给mavros，最终控制PX4。

运行脚本参见launch/vim3.launch，其中需要配置参数如下：

  • Depth相机的参数width, height, cx, cy, fx, fy。这些在stereo_cam中的深度图像信息的消息中得到。
  • 无人机前进最大速度和加速度 max_vel, max_acc。
  • 测试中使用的目标参数goal_dist，是每次出发开始信号，mavros_controller会出发无人机前方多远的坐标作为假想目标。

控制模块配置 #

基于mavros_controller（https://github.com/Jaeyoung-Lim/mavros_controllers）代码，我们增加了一个控制模块来协调planner和mavros。主要修改如下：

  • 针对遥控器，将飞控状态控制（GUIDED, POS_HOLD等）交给遥控器channel 5。
  • 接收遥控器channel6的信号，来触发开始信号。mavros_controllers收到开始信号时候，会根据配置发送目标（goal）给ego-planner，并监听/reference/flatsetpoint消息，转换成setpoint_local消息发送给mavros，最终控制PX4。

运行脚本参见launch/vim3.launch，其中需要配置参数如下：

  • Depth相机的参数width, height, cx, cy, fx, fy。这些在stereo_cam中的深度图像信息的消息中得到。
  • 无人机前进最大速度和加速度 max_vel, max_acc。
  • Use_planner参数决定是否将目标发送给ego_planner。如果是false, mavros_controller会触发自己的轨迹规划（没有避障功能），并发送setpoint_local来执行特定轨迹路线。
  • Demo1测试中使用的目标参数goal_dist，是每次出发开始信号，mavros_controller会出发无人机前方多远的坐标作为假想目标。
  • Demo2通过一系列目标点来依次触发轨迹。如果setpoint_num等于0，则触发demo1，如果大于0，则触发demo2。在Demo2 中，没收到一次遥控器channel6的开始信号，就会触发下一个目标点。