MAVROS外部控制例程

官网英文原文地址：http://dev.px4.io/ros-mavros-offboard.html

注意： 外部控制是危险的。如果在真机上操作，确保可以在出错的时候切换回手动控制。

下面的教程是基本的外部控制，通过MAVROS应用在Gazebo模拟的Iris四旋翼上。在教程最后，应该会得到与下面视频相同的结果，即缓慢起飞到高度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.success){
  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包含有所有用于MAVROS服务和主题的自定义消息。所有服务和主题以及它们所对应的消息类型参照文档mavros wiki。

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

创建一个简单的回调函数，它可以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指令位置的发布器，一个请求解锁的客户端和一个请求改变模式的客户端。注意，对你自己的系统，根据启动文件中节点名字的不同，”mavros”前面的部分会有所不同。

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

px4飞行栈在外部控制指令之间有500ms的时限，如果超过了时限，那么飞控将会切换回进入外部控制模式之前的模式。这正是考虑可能的延迟，发布频率必须高于2Hz的原因。这同样也是推荐从位置控制模式进入外部控制模式的原因，如果外部控制模式发生故障，飞行器将会停止动作并处于盘旋状态。

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

在发布之前，需要等待MAVROS和飞控建立连接。一旦接收到心跳包，该循环就会立即退出。

  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飞行栈工作在航空常用的NED坐标系，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. }

在进入外部控制模式之前，就必须开始发布指令，否则模式切换会被拒绝。这里，100是个随意选取的值。

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

设置自定义模式为OFFBOARD，参考支持的模式列表

  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.success){
  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。在解锁并起飞后，不断地请求切换至外部控制模式。在请求之间间隔5秒，不至于让飞控响应不过来。在同样的循环里，以合适的频率持续发送位姿指令。

提示: 出于解释的目的，这份代码经过了简化。在更大的系统中，创建一个新的负责周期性发送目标指令的线程往往更加有用。