.. _tutorial_offboard_python_zh: 使用Python语言进行在线控制（单机） ================================== **注意：此教程适用于DASA室内配置** 使用python编程语言控制单台机器可以作为入门用户的起点。DASA 室内环境中Kerloud机器（无人机、无人飞车和无人车）的在线控制是通过利用位于 ~/DASA_space/catkinws_dasa 的本地化工作区中提供的内部 Mavros API 实现的。请注意，此处Mavros 包是指为DASA 系统设计的专用版本，以支持扩展的机器操作，这里不能使用 ROS 社区中的标准版本。 1.文件目录 ----------------- demo程序位于~/DASA_space/offboard_python_dasa，文件目录如下： - **scripts/**：方便程序运行的脚本，例如将整个目录复制到远程DASA agents； - **commander.py**：指令接口，实现机器人操作的各种行为，如位置移动、解锁机体等； - **px4_mavros_run.py**：控制接口，实现在 DASA 本地化工作区中与 Mavros 网关的底层通信； - **uav_demo.py**：Kerloud 无人机操作的演示程序； - **flyingrover_demo.py**：Kerloud 无人飞车操作的演示程序； - **rover_demo.py**：Kerloud 无人车操作的演示程序。 2.环境要求 --------------- 推荐环境为Ubuntu 18.04，ROS melodic和python 3.6.9。 本教程的依赖项为： - mavros (dev_kerlouddasa branch): https://github.com/cloudkernel-tech/mavros - mavlink (dev_kerlouddasa branch): https://github.com/cloudkernel-tech/mavlink-gdp-release python模块要求： :: python3 -m pip install rospkg pyquaternion DASA 本地化工作区默认位于 ~/DASA_space/catkinws_dasa 中，用户只需运行 setup.sh 即可安装其他先决条件。所有必要的软件依赖在出厂阶段均已配置。 3.代码说明 ----------------- 3.1 Commander接口 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Commander接口实现机器人操作的各种行为，如位置移动、解锁机体等。背后的原因是不同的DASA机器在操作层面共享相似的行为接口，因此用户只需调用这些功能即可构建应用程序。接口示例如下： (1) 初始化函数： __init__() 函数初始化变量、订阅和发布。 :: def __init__(self, flag_dasa=False) (2) callback模块 这部分声明了 ros 订阅的回调函数。 :: # callback for local position infor def local_pose_callback(self, msg): self.local_position = [msg.pose.position.x, msg.pose.position.y, msg.pose.position.z] def local_velocity_callback(self, msg): self.local_velocity = [msg.twist.linear.x, msg.twist.linear.y, msg.twist.linear.z] ... (3) Behavior控制模块 Behavior控制函数用于位置控制、速度控制和命令请求，请注意里面的框架定义。 这些函数支持 ENU（东-北-上）和 DASA 坐标系中的运动。 :: # move to a target position def move_position(self, x, y, z, BODY_FLU=False): self.position_target_pub.publish(self.set_pose(x, y, z, BODY_FLU)) def move_velocity(self, vx, vy, vz=0, BODY_FLU=False): self.velocity_target_pub.publish(self.set_velocity(vx, vy, vz, BODY_FLU)) # turn to a desired yaw angle def turn(self, yaw_degree): self.yaw_target_pub.publish(yaw_degree) ... (4) 支持功能模块 该模块包含一些用于姿态或速度构造和数学计算的支持函数。例如，以下函数构造航点路径的请求坐标。 :: # set waypoint pose def set_pose(self, x=0, y=0, z=2, BODY_FLU = False): pose = PoseStamped() pose.header.stamp = rospy.Time.now() # ROS uses ENU internally, so we will stick to this convention if BODY_FLU: pose.header.frame_id = 'base_link' else: pose.header.frame_id = 'map' pose.pose.position.x = x pose.pose.position.y = y pose.pose.position.z = z return pose 3.2 Control控制接口 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Control控制接口实现了与 mavros 网关的底层通信，大多数情况下无需更改。入口函数是Px4Controller类中的start()函数，在执行px4_mavros_run.py时调用。 在 start() 函数中，ros 节点将首先通过对本地化工作空间的服务调用等待 DASA 坐标初始化，在下一步操作之前，需要设置好自动驾驶数据。 :: # waiting for dasa frame initialization if self.flag_dasa_frame: print("Waiting for DASA frame initialization") self.getDasaFrameInfo() print("Waiting for autopilot data...") while (self.current_heading is None or self.local_pose is None): time.sleep(1.0) self.cur_pos_target = self.construct_position_target(self.local_pose.pose.position.x, self.local_pose.pose.position.y, self.local_pose.pose.position.z, self.current_heading) 然后程序将在模拟环境中解锁机体并自动切换到offboard模式，或者在实际飞行中等待手动触发。 :: '''arm and set offboard automatically in simulation mode''' if flag_simulation_mode: print("setting arm and offboard in simulation mode...") while True: self.local_target_pub.publish(self.cur_pos_target) if not self.arm_state: self.arm() if not self.offboard_state: self.offboard() if self.arm_state and self.offboard_state: print("vehicle is armed and set in offboard mode") break time.sleep(0.1) else: print("Control interface: starting in real test...") 此后，程序将进入一个while循环来响应来自指令接口的不同命令，包括位置设定点、转弯、悬停等。 :: ''' main ROS thread ''' while not rospy.is_shutdown(): # publications if self.cmd_mode == MC_POSITION_COMMAND_MODE: self.local_target_pub.publish(self.cur_pos_target) elif self.cmd_mode == MC_VELOCITY_COMMAND_MODE: self.local_target_pub.publish(self.cur_vel_target) elif self.cmd_mode == ROVER_POSITION_ROVER_COMMAND_MODE: self.local_target_pub.publish(self.cur_pos_target) elif self.cmd_mode == ROVER_VELOCITY_ROVER_COMMAND_MODE: self.local_target_pub.publish(self.cur_vel_target) elif self.cmd_mode == ROVER_ACTUATOR_CONTROL_ROVER_COMMAND_MODE: self.actuator_control_target_pub.publish(self.cur_actuator_control_target) if self.vehicle_type == "flyingrover": self.flyingrover_mode_pub.publish(self.current_fr_mode) self.landedstate_pub.publish(String(self.landed_state)) ... 4.虚拟仿真测试 ----------------- 操作流程 ^^^^^^^^^^ 强烈建议用户在实际飞行前进行虚拟仿真测试。 虚拟仿真环境在 ~/DASA_space/virtual_simulation 目录中，适用于所有 Kerloud系列机型。 请注意，仿真测试只能在个人计算机上执行。 :: # Attention: users have to start STIL simulation for Kerloud vehicles in virtual environment first # uav case: cd ~/DASA_space/virtual_simulation/sitl_space_kerloud_uav bash sitl_run.sh $PWD/bin/px4 none gazebo kerloud300 # flying rover case: # cd ~/DASA_space/virtual_simulation/sitl_space_kerloud_flyingrover # bash sitl_run.sh $PWD/bin/px4 none gazebo kerloud_fr_scorpion # rover case: # cd ~/DASA_space/virtual_simulation/sitl_space_kerloud_rover # bash sitl_run.sh $PWD/bin/px4 none gazebo kerloud_rover # terminal 1 # source the mavros workspace in dasa locolization workspace cd ~/DASA_space/offboard_python_dasa source ../catkinws_dasa/devel/setup.bash # launch the mavros node for simulation roslaunch mavros px4.launch fcu_url:="udp://:14540@127.0.0.1:14557" # terminal 2: start the commander interface # source the mavros workspace in dasa locolization workspace cd ~/DASA_space/offboard_python_dasa source ../catkinws_dasa/devel/setup.bash # start demo programs for a specific vehicle type python3 uav_demo.py --flag_dasa False # python3 flyingrover_demo.py --flag_dasa False # python3 rover_demo.py --flag_dasa False # terminal 3: start the control interface # source the mavros workspace in dasa locolization workspace cd ~/DASA_space/offboard_python_dasa source ../catkinws_dasa/devel/setup.bash python3 px4_mavros_run.py --sim True --flag_dasa False --vehicle uav # python3 px4_mavros_run.py --sim True --flag_dasa False --vehicle flyingrover # python3 px4_mavros_run.py --sim True --flag_dasa False --vehicle rover 或者直接使用便捷脚本： :: bash scripts/start_uav_sitldemo.sh # uav case bash scripts/start_flyingrover_sitl_demo.sh # flyingrover case bash scripts/start_rover_sitl_demo.sh # rover case 5.DASA环境中的实际飞行 ----------------------- 操作流程 ^^^^^^^^^ 建议用户严格按照以下流程完成测试。 请记住，安全第一，每次飞行都应有一名安全员在场。 步骤一：用绑带固定好电池，确保在飞行过程中不会掉落。 步骤二：确保所有开关都处于初始位置，且油门拉至最低。 步骤三：打开网络名称为 DASA_swarm 的 DASA wifi 路由器，以及实验设置中的 UWB 设备。 用户根据用户手册正确配置DASA室内定位系统。 步骤四：确保安全员处于待命状态，并且机器周围没有人。 打开电源，等待几分钟让车载电脑启动。 DASA 系统提供了一个随时可用的 DASA_swarm 网络，所有 Kerloud 系列机器都可以在启动时自动连接。 对于每台机器，其主机名配置了一个唯一的 ID。 要检查ID为x的机器是否连接到本地网络，只需在主计算机中ping其ip或主机名即可。 :: ping or ping ubuntu 从目标 ip 地址返回响应，便能远程操作机器。 步骤五：必须将 python 工作区同步到远程机器，只需运行 scripts/ 文件夹中的脚本： :: bash scripts/sync_python_demo_remote.sh 步骤六：使用 ssh 命令登录远程机器： :: ssh ubuntu@ or ssh ubuntu@ubuntu 然后执行以下命令。 请注意，在运行 python 演示代码之前，必须启动本地化节点。 :: # terminal 1: start DASA localization nodes # source the mavros workspace in dasa locolization workspace cd ~/DASA_space/catkinws_dasa && source devel/setup.bash # launch nodes for dasa localization bash scripts/single_case/.sh # terminal 2: start the control interface # source the mavros workspace in dasa locolization workspace cd ~/DASA_space/offboard_python_dasa source ../catkinws_dasa/devel/setup.bash python3 px4_mavros_run.py --sim False --flag_dasa True --vehicle # terminal 3: start the commander interface # source the mavros workspace in dasa locolization workspace cd ~/DASA_space/offboard_python_dasa source ../catkinws_dasa/devel/setup.bash # start demo programs for a specific vehicle type python3 uav_demo.py --flag_dasa True # python3 flyingrover_demo.py --flag_dasa True # python3 rover_demo.py --flag_dasa True # then users can arm and set offboard mode with a transmitter to start the mission 或者直接使用便捷脚本，然后使用遥控器进行操作： :: bash scripts/run_uav_demo.sh # uav case bash scripts/run_flyingrover_demo.sh # flyingrover case bash scripts/run_rover_demo.sh # rover case 6.演示视频 --------------- DASA Offboard 控制的虚拟仿真: .. raw:: html