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MAVROS机外（offboard）控制例程

注意： 机外控制非常危险。如果在真机上操作，请确保可以在出错的时候切回手动控制。

下面的教程是一个基础的机外控制例子，通过MAVROS在Gazebo中应用于Iris四旋翼上。在教程最后，你应该会得到与下面视频相同的结果，即无人机缓慢起飞到高度2米。

代码

在ROS包中创建offb_node.cpp文件，并粘贴下面内容：

  1. /**
  2.  * @file offb_node.cpp
  3.  * @brief offboard example node, written with mavros version 0.14.2, px4 flight
  4.  * stack and tested in Gazebo SITL
  5.  */
  7. #include <ros/ros.h>
  8. #include <geometry_msgs/PoseStamped.h>
  9. #include <mavros_msgs/CommandBool.h>
  10. #include <mavros_msgs/SetMode.h>
  11. #include <mavros_msgs/State.h>
  13. mavros_msgs::State current_state;
  14. void state_cb(const mavros_msgs::State::ConstPtr& msg){
  15.     current_state = *msg;
  16. }
  18. int main(int argc, char **argv)
  19. {
  20.     ros::init(argc, argv, "offb_node");
  21.     ros::NodeHandle nh;
  23.     ros::Subscriber state_sub = nh.subscribe<mavros_msgs::State>
  24.             ("mavros/state", 10, state_cb);
  25.     ros::Publisher local_pos_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>
  26.             ("mavros/setpoint_position/local", 10);
  27.     ros::ServiceClient arming_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::CommandBool>
  28.             ("mavros/cmd/arming");
  29.     ros::ServiceClient set_mode_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::SetMode>
  30.             ("mavros/set_mode");
  32.     //the setpoint publishing rate MUST be faster than 2Hz
  33.     ros::Rate rate(20.0);
  35.     // wait for FCU connection
  36.     while(ros::ok() && current_state.connected){
  37.         ros::spinOnce();
  38.         rate.sleep();
  39.     }
  41.     geometry_msgs::PoseStamped pose;
  42.     pose.pose.position.x = 0;
  43.     pose.pose.position.y = 0;
  44.     pose.pose.position.z = 2;
  46.     //send a few setpoints before starting
  47.     for(int i = 100; ros::ok() && i > 0; --i){
  48.         local_pos_pub.publish(pose);
  49.         ros::spinOnce();
  50.         rate.sleep();
  51.     }
  53.     mavros_msgs::SetMode offb_set_mode;
  54.     offb_set_mode.request.custom_mode = "OFFBOARD";
  56.     mavros_msgs::CommandBool arm_cmd;
  57.     arm_cmd.request.value = true;
  59.     ros::Time last_request = ros::Time::now();
  61.     while(ros::ok()){
  62.         if( current_state.mode != "OFFBOARD" &&
  63.             (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){
  64.             if( set_mode_client.call(offb_set_mode) &&
  65.                 offb_set_mode.response.mode_sent){
  66.                 ROS_INFO("Offboard enabled");
  67.             }
  68.             last_request = ros::Time::now();
  69.         } else {
  70.             if( !current_state.armed &&
  71.                 (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){
  72.                 if( arming_client.call(arm_cmd) &&
  73.                     arm_cmd.response.success){
  74.                     ROS_INFO("Vehicle armed");
  75.                 }
  76.                 last_request = ros::Time::now();
  77.             }
  78.         }
  80.         local_pos_pub.publish(pose);
  82.         ros::spinOnce();
  83.         rate.sleep();
  84.     }
  86.     return 0;
  87. }

提示： 本过程需要对ROS有一定的了解。
创建工作空间后需要source devel/setup.bash，否则会出现找不到package的情况，要想保证工作空间已配置正确需确保ROS_PACKAGE_PATH环境变量包含你的工作空间目录，采用echo $ROS_PACKAGE_PATH命令查看是否包含了你创建的package的路径，此操作也可以通过直接在.bashrc文件最后添加路径的方式解决。

代码解释

  1. #include <ros/ros.h>
  2. #include <geometry_msgs/PoseStamped.h>
  3. #include <mavros_msgs/CommandBool.h>
  4. #include <mavros_msgs/SetMode.h>
  5. #include <mavros_msgs/State.h>

mavros_msgs包含MAVROS包中提供的服务（service）和话题（topic）所需的一切自定义消息。所有服务和话题以及相应的消息类型可参照文档mavros wiki。

  1. mavros_msgs::State current_state;
  2. void state_cb(const mavros_msgs::State::ConstPtr& msg){
  3.     current_state = *msg;
  4. }

我们创建一个简单的回调函数来保存飞控的当前状态。我们可以用它检查连接状态，解锁状态以及外部控制标志。

  1. ros::Subscriber state_sub = nh.subscribe<mavros_msgs::State>("mavros/state", 10, state_cb);
  2. ros::Publisher local_pos_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>("mavros/setpoint_position/local", 10);
  3. ros::ServiceClient arming_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::CommandBool>("mavros/cmd/arming");
  4. ros::ServiceClient set_mode_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::SetMode>("mavros/set_mode");

我们实例化一个用来发布被控制的本地位置的发布器，以及适当的客户端来请求解锁和模式更改。注意，对你自己的系统，”mavros”前缀部分会有所不同，它依赖于对应节点的launch文件中定义的名字。

  1. //the setpoint publishing rate MUST be faster than 2Hz
  2. ros::Rate rate(20.0);

px4飞行栈的两个机外（offboard）控制指令之间有500ms的时限。如果超过了时限，commander指令将会切换回进入机外控制模式前的上一个模式。这正是为什么发布频率必须高于2Hz的原因，并且还要考虑可能的延迟。这也是我们推荐从位置控制（POSCTL）模式进入机外控制模式的原因。这样一来，如果飞机意外脱离了机外控制模式，飞机将会停在当前轨道并悬停。

  1. // wait for FCU connection
  2. while(ros::ok() && current_state.connected){
  3.     ros::spinOnce();
  4.     rate.sleep();
  5. }

在发布任何东西之前，我们需要等待MAVROS和飞控建立连接。一旦接收到心跳消息heartbeat message，该循环就会立即退出。以上代码是以一定频率（20Hz）来执行ROS消息回调函数，即ros::spinOnce().

  1. geometry_msgs::PoseStamped pose;
  2. pose.pose.position.x = 0;
  3. pose.pose.position.y = 0;
  4. pose.pose.position.z = 2;

即使px4飞行栈在航空NED坐标系中运行，MAVROS仍然会将这些坐标转换到标准的ENU坐标系，反之亦然。这是我们将Z设置为+2的原因。

  1. //send a few setpoints before starting
  2. for(int i = 100; ros::ok() && i > 0; --i){
  3.     local_pos_pub.publish(pose);
  4.     ros::spinOnce();
  5.     rate.sleep();
  6. }

在进入机外控制模式之前，就必须开始发送设定值（这里是指pose），否则模式切换会被拒绝。这里的100是一个随意选取的值。

  1. mavros_msgs::SetMode offb_set_mode;
  2. offb_set_mode.request.custom_mode = "OFFBOARD";

设置自定义模式为OFFBOARD。PX4飞行栈所支持的飞行模式可参考这里

  1. mavros_msgs::CommandBool arm_cmd;
  2. arm_cmd.request.value = true;
  4. ros::Time last_request = ros::Time::now();
  6. while(ros::ok()){
  7.         if( current_state.mode != "OFFBOARD" &&
  8.                 (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){
  9.                 if( set_mode_client.call(offb_set_mode) &&
  10.                         offb_set_mode.response.mode_sent){
  11.                         ROS_INFO("Offboard enabled");
  12.                 }
  13.                 last_request = ros::Time::now();
  14.         } else {
  15.                 if( !current_state.armed &&
  16.                         (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){
  17.                         if( arming_client.call(arm_cmd) &&
  18.                                 arm_cmd.response.success){
  19.                                 ROS_INFO("Vehicle armed");
  20.                         }
  21.                         last_request = ros::Time::now();
  22.                 }
  23.         }
  25.         local_pos_pub.publish(pose);
  27.         ros::spinOnce();
  28.         rate.sleep();
  29. }

剩下的代码比较好理解。我们试图在解锁旋翼允许它起飞后，将它切换至机外控制模式。为了避免大量请求堵塞飞控，我们设置服务调用间隔时间为5秒。在同一个循环里，继续以合适的频率持续发布设定的pose。

提示: 为了便于说明，该代码已被简化。在较大的系统中，往往会创建一个新的线程用来周期性地发布设定值。