无人机 PX4 飞控 | ROS应用层开发:offboard 模式切换详细总结

无人机 PX4 飞控 | ROS应用层开发:offboard 模式切换详细总结

PX4 offboard 模式介绍

PX4 是一个广为熟知的开源飞控软件,常用于无人机(UAV)和其它自主飞行器的控制。

在PX4中,offboard模式是一种飞行模式,允许用户通过外部控制源(如地面控制站或机载电脑系统)来控制飞行器,而不是使用PX4内置的自动飞行模式。

在offboard模式下,飞行器接收到的控制指令通常是通过MAVLink协议从外部系统发送的。这意味着飞行器的飞行路径和动作由外部系统决定,而不是由PX4内部的飞行计划或任务管理器控制。这种模式对于需要精确控制和实时调整的应用场景非常有用,例如科学研究、地图制作、搜索和救援任务等。

要使PX4进入offboard模式,通常需要完成以下步骤:

  • 确保飞行器与机载电脑系统或其他控制源之间的通信链路稳定可靠。
  • 在PX4中配置参数。这包括设置MAVLink相关的参数,确保飞行器可以接收并正确解析来自外部控制源的控制指令。
  • 切换到offboard模式。可通过程序发送指令、或地面站发送指令、或配置好遥控器对应拨杆
  • 发送控制指令。在offboard模式下,外部控制源需要发送持续的控制指令流,这些指令通常包括飞行器的速度、位置和方向等信息。
  • 监控飞行器的状态。在offboard模式下,外部控制源还应该接收来自飞行器的状态反馈,以便于实时监控飞行器的状态并进行必要的调整。

请注意,offboard模式下的飞行器操作需要较高的技术水平和谨慎的操作,因为一旦进入offboard模式,飞行器的控制权完全转移到了外部系统。因此,确保所有系统稳定可靠并且有相应的安全措施是非常重要的。

通过mavros 进行offboard模式切换

MAVROS是一个开源的ROS(Robot Operating System)功能包,主要用于将ROS与MAVLink协议连接起来,实现ROS与无人机之间的通信和控制。

mavros中 控制 无人机模式的 server名称为:/mavros/set_mode

类型为:mavros_msgs/SetMode

参数为:base_mode custom_mode

mavros_msgs/SetMode的定义为

c 复制代码
# set FCU mode
#
# Known custom modes listed here:
# http://wiki.ros.org/mavros/CustomModes

# basic modes from MAV_MODE
uint8 MAV_MODE_PREFLIGHT = 0
uint8 MAV_MODE_STABILIZE_DISARMED = 80
uint8 MAV_MODE_STABILIZE_ARMED = 208
uint8 MAV_MODE_MANUAL_DISARMED = 64
uint8 MAV_MODE_MANUAL_ARMED = 192
uint8 MAV_MODE_GUIDED_DISARMED = 88
uint8 MAV_MODE_GUIDED_ARMED = 216
uint8 MAV_MODE_AUTO_DISARMED = 92
uint8 MAV_MODE_AUTO_ARMED = 220
uint8 MAV_MODE_TEST_DISARMED = 66
uint8 MAV_MODE_TEST_ARMED = 194

uint8 base_mode # filled by MAV_MODE enum value or 0 if custom_mode != ''
string custom_mode # string mode representation or integer
---
bool mode_sent # Mode known/parsed correctly and SET_MODE are sent

代码

在之前的基础代码框架中的字符串指令回调函数,增加 接收到 offboard 字符串,然后进行模式切换的操作

c 复制代码
    if( msg->data == "offboard" )
    {
        geometry_msgs::PoseStamped pose;
        pose.pose.position.x = 0;
        pose.pose.position.y = 0;
        pose.pose.position.z = 0;

        //在进入Offboard模式之前,必须已经启动了LocalPosPub_数据流,否则模式切换将被拒绝。
        //这里的100可以被设置为任意数
        for(int i = 100; ros::ok() && i > 0; --i){
            LocalPosPub_.publish(pose);
        }

        if( MavrosCurrentState_.mode != "OFFBOARD" )
        {
                //建立一个类型为SetMode的服务端offb_set_mode,并将其中的模式mode设为"OFFBOARD"
            mavros_msgs::SetMode offb_set_mode;
            offb_set_mode.request.custom_mode = "OFFBOARD";
            //客户端set_mode_client向服务端offb_set_mode发起请求call,然后服务端回应response将模式返回,这就打开了offboard模式
            if( set_mode_client_.call(offb_set_mode) && offb_set_mode.response.mode_sent)
            {
                //打开Offboard模式后在终端打印信息
                ROS_INFO("Offboard enabled");
            }
        }

    }

测试

启动gazebo仿真与功能节点后,发布字符串话题

c 复制代码
rostopic pub -1 /keyboard_cmd std_msgs/String "offboard" 

无人机在地面时

直接进行这样的切换是不行的

地面站提示 No offbaord signal ,切换了之后,一直没有控制信号

无人机在空中时,通过虚拟摇杆解锁无人机,飞至空中

再发送切换offboard指令指令

又自动切回了Position模式,还是因为没有控制信号

如果此时发送控制信号,例如速度控制,便可成功切换offboard模式

此时虚拟摇杆不能再次控制无人机了

无人机在地面时,如果发送了速度控制指令也可以切换为offboard模式

通过虚拟摇杆,来解锁,则提示下面内容,也就是不能再通过这种方式解锁了,可以通过mavros的方式。

通过地面站进行offboard模式切换

QGC地面站,显示当前无人机模式的地方,点击则会出现下拉菜单,来设置不同的模式

点击红框的地方

点击版外Offboard,也可以进行模式的切换,前提:发送控制信息

通过遥控器拨杆切换offboard模式

在地面站设置要遥控器的拨杆通道,也可以通过此种方式另无人机进入 offboard模式,前提:发送控制信息

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