offboard

PX4中的offboard(暫譯作外部控制)是一個非常強大的功能。可以接受來自外部的控制指令，按照目前的瞭解來看，offboard搭配上MAVROS以及類似於TX1/NUC板載計算器，在PX4這個穩定的飛控平臺上加上視覺處理或者人工智慧，大有可為。

配置說明

官網上有一個外部控制的例程，讓飛機起飛到2米的高度(x = 0, y = 0, z =0)，這裡使用的是ROS裡面的座標系，並不是PX4韌體中的NED，MAVROS中已經完成了座標轉換，這一點的話暫時不用深究。

本文主要講一講使用數傳以及Pixhawk飛控板的外部控制方法：所需的只是一臺Ubuntu系統的電腦以及一架帶有數傳的飛機。首先還是環境的配置，

需要做的只有三個步驟：

1. 配置Pixhawk上的Telema 2 修改SYS_COMPANION引數改成Companion Link(57600)
   
2. 將飛控連上MAVROS
   
roslaunch mavros px4.launch fcu_url:=serial:///dev/ttyUSB0:57600


3. 執行外部控制例程

   rosrun offb_ctrl offb_ctrl_node

   搞定 起飛了

   • 其中offboard的C++例程如下

/**
 * @file offb_node.cpp
 * @brief offboard example node, written with mavros version 0.14.2, px4 flight
 * stack and tested in Gazebo SITL
 */

#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/PoseStamped.h>
#include <mavros_msgs/CommandBool.h>
#include <mavros_msgs/SetMode.h>
#include
 
 <mavros_msgs/State.h>

mavros_msgs::State current_state;
void state_cb(const mavros_msgs::State::ConstPtr& msg){
    current_state = *msg;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    ros::init(argc, argv, "offb_node"); //節點重新命名為offb_node 供ROS呼叫
    ros::NodeHandle nh; // 開啟roscpp節點

    ros::Subscriber state_sub = nh.subscribe<mavros_msgs::State>
            ("mavros/state", 10, state_cb);// 訂閱函式的引數1表示主題  引數2表示快取的訊息佇列長度  訊息3表示訊息更新時呼叫的回撥函式
    ros::Publisher local_pos_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PoseStamped> // 公告發布者的主題，引數2表示輸出到訂閱者的最大訊息佇列長度
            ("mavros/setpoint_position/local", 10);
    ros::ServiceClient arming_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::CommandBool>
            ("mavros/cmd/arming"); // 建立一個客戶端用來解鎖
    ros::ServiceClient set_mode_client = nh.serviceClient<mavros_msgs::SetMode>
            ("mavros/set_mode"); // 建立一個客戶端來設定模式

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

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

    geometry_msgs::PoseStamped pose;
    pose.pose.position.x = 2;
    pose.pose.position.y = 2;
    pose.pose.position.z = 2;

    //send a few setpoints before starting
    for(int i = 100; ros::ok() && i > 0; --i){
        local_pos_pub.publish(pose);
        ros::spinOnce();
        rate.sleep(); // 保證更新頻率為20Hz，自動調整睡眠時間
    }

    mavros_msgs::SetMode offb_set_mode;
    offb_set_mode.request.custom_mode = "OFFBOARD"; // 呼叫者請求

    mavros_msgs::CommandBool arm_cmd;
    arm_cmd.request.value = true;

    ros::Time last_request = ros::Time::now();

    while(ros::ok()){
        if( current_state.mode != "OFFBOARD" &&
            (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){
            if( set_mode_client.call(offb_set_mode) &&
                offb_set_mode.response.success){ // 被呼叫者響應
                ROS_INFO("Offboard enabled");
            }
            last_request = ros::Time::now();
        } else {
            if( !current_state.armed &&
                (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){
                if( arming_client.call(arm_cmd) &&
                    arm_cmd.response.success){
                    ROS_INFO("Vehicle armed");
                }
                last_request = ros::Time::now();
            }
        }

        local_pos_pub.publish(pose);

        ros::spinOnce();
        rate.sleep();
    }

    return 0;
}

• 關於ROS座標系與PX4座標系的轉換

如圖所示：iris四旋翼藍色槳對應的為機頭方向。
ROS中的座標是ENU(東北天)座標系，而PX4中是NED(北東地)座標系。MAVROS這個ROS包中已經進行了座標轉換。

通過ROS節點控制PX4飛機的位置時，座標有如下的對應關係

進行控制時要把ROS座標系跟PX4的座標系分離開來，攝像頭座標系Z軸沿光軸向下，X軸朝機頭方向，根據右手法則確定Y軸指向飛機右側。使用AprilTag或ArUco庫可以直接通過相應編碼的二維碼得到飛機的位置姿態。對於位置誤差

err_x = pose.x;
err_y = -pose.y;
err_z = -pose.z;

根據位置誤差可以得到速度的設定值

• 目前存在的問題：

  1. 沒有GPS或者輔助定位裝置，這種直接設定位置的飛行是如何辦到的？
  2. MAVROS執行時，offboard模式無法打斷，遙控器都切不過去，危險
  3. ROS都不會，哪麼搞？

  問題2的話直接採用手動設定模式的方法即可

奇技淫巧

Nomachine是一款高階的遠端桌面訪問工具。
怎麼說呢，機載協同計算機（跑著Ubuntu系統）上裝一個這個軟體作為目的主機，然後本地計算機（Windows或者Ubuntu系統的電腦）上也裝上這個軟體，只要兩臺計算機在連在同一個區域網中，就能在本地操作飛機上的計算機了。
直接遠端控制飛機上的電腦，QQ遠端協助用過吧

就像上面這樣，在win7上可以操作另一臺Ubuntu主機，這時你就可以進Ubuntu的Terminal跑你想執行的ROS節點了。

而且操作也是非常簡單

1. 開啟軟體
   

   
   可以看到這裡已經搜到一個網內的客戶機了

2. 點選連線(Connect)
   

   
   這裡我是用Win7控制Ubuntu，因此在這裡需要輸入目標主機Ubuntu的賬號密碼，登陸後就可以看到上面圖中顯示的Ubuntu介面了。

3. 操作說明
   

   
   就但是遠端協助那樣去操作就行了。
   這裡要介紹的是退出操作，從客戶機退出需要將滑鼠移動到畫面的右上角，點下去你就知道了。

軟體面向使用者的體驗做的不錯，人人都能直接上手，贊一個！

TroubleShooting

• GeographicLib報錯

  [FATAL] [1506043767.570923014]: UAS: GeographicLib exception: File not readable /usr/share/GeographicLib/geoids/egm96-5.pgm | Run install_geographiclib_dataset.sh script in order to install Geoid Model dataset!
  [mavros-1] process has died [pid 14648, exit code -5, cmd /home/donghee/catkin_ws/devel/lib/mavros/mavros_node __name:=mavros __log:=/home/donghee/.ros/log/a61f72a6-9f34-11e7-80c3-7cb0c21790bc/mavros-1.log].
  log file: /home/donghee/.ros/log/a61f72a6-9f34-11e7-80c3-7cb0c21790bc/mavros-1*.log

  解決方案
  到catkin空間中下載mavros原始碼，並執行其中的指令碼，應該是解決依賴性問題。

  cd ～/catkin_ws/src/mavros/mavros/scripts
  sudo ./install_geographiclib_dataset.sh