深度解析開源無人機ROS開發(fā)方案

近些年無人機編隊很火熱，大家也熱衷于低成本的實現(xiàn)，大家看也在尋求著各種方案，很不幸，這個東西不是普通人可以玩轉(zhuǎn)的東西。當(dāng)DJI 推出了可以編程的Tello以后大家都覺得看到了希望，大量的人來涌入研究這個東西，但比較遺憾，由于無人機本身在設(shè)計上面對場景的不適配，效果不好，聽見最多的聲音就是定位不準(zhǔn)。不過無所謂，它本身已經(jīng)足夠優(yōu)秀了。

我去年的時候，發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)于PX4+ROS設(shè)計的無人機，是一個俄羅斯的廠商。

由于都是通用器件，所以這個體積就很大。。。

不過無傷大雅，在基礎(chǔ)構(gòu)件提供的情況下，我發(fā)現(xiàn)還有一個編隊的庫，哇哦，這不就是正合我意了？

簡單講下編隊的原理，有了圖案，接著將這個東西離散化，相當(dāng)于線變點，這些工作都不重要，很簡單。最大的問題是，如何保持這個圖像，我們繪畫，因為是靜態(tài)的坐標(biāo)，所以我們都不關(guān)注這個問題，但是無人機不是會靜止在一個地方的，而是有偏移的，也就是編隊最大的問題，相對定位的問題。

?沒辦法，想要編的過去只能解決這些問題，對于定位那是一個多傳感器融合的問題了，這里使用ROS解決?？赡懿皇亲顑?yōu)的，但是是暫且可以使用的。

這里使用的是，第十三個發(fā)行版，念力忍者，針對的是Ubuntu 20.04 (Focal) 版本。然后ROS運行在樹莓派上面，提供高層的服務(wù)。

在里面我也提過issue，詢問是不是可以自己做這個包，這里說可以

就像這樣

有一個web的工具

在這里

SSH的IP在這里可以設(shè)置

這里是自定義固件時候的腳本位置

這個是檢查無人機的正確性的工具

就好像這樣使用

rosrun 在啟動節(jié)點時，也可以設(shè)置參數(shù):
語法: rosrun 包名 節(jié)點名稱 _參數(shù)名:=參數(shù)值

哥們兒今天領(lǐng)你看看什么叫ROS開發(fā)。rospy，你一直以為是個包，它確實是個包（放屁？）

rospy 是 ROS 的純 Python 客戶端庫。rospy 客戶端 API 使 Python 程序員能夠快速與 ROS主題、服務(wù)和參數(shù)交互。rospy 的設(shè)計有利于實現(xiàn)速度（即開發(fā)人員時間）而不是運行時性能，以便算法可以在 ROS 中快速原型化和測試。它也是非關(guān)鍵路徑代碼的理想選擇，例如配置和初始化代碼。許多 ROS 工具都是用 rospy 編寫的，以利用類型自省功能。

注意看，在這里被定義，源文件去ROS的Github上面找

這個是上層的安裝包，這個就是使用的catkin安裝的。

你看這個元消息，rospy是ROS的python客戶端的原生實現(xiàn)

里面重要的東西有話題，服務(wù)，和參數(shù)服務(wù)器，走，去看看。

主題被命名為節(jié)點交換消息的總線。主題具有匿名發(fā)布/訂閱語義，將信息的生產(chǎn)與消費分離。一般來說，節(jié)點不知道他們正在與誰通信。相反，對數(shù)據(jù)感興趣的節(jié)點訂閱相關(guān)主題；生成數(shù)據(jù)的節(jié)點發(fā)布到相關(guān)主題。一個主題可以有多個發(fā)布者和訂閱者。

大概就是，哥們兒我就是發(fā)消息，你愛看不看。高傲！

太狂這也

主題旨在用于單向流式通信。需要執(zhí)行遠程過程調(diào)用（即接收對請求的響應(yīng)）的節(jié)點應(yīng)該使用服務(wù)來代替。還有用于維護少量狀態(tài)的參數(shù)服務(wù)器。

主題類型

每個主題都由用于向其發(fā)布的 ROS消息類型強類型化，節(jié)點只能接收具有匹配類型的消息。Master不強制發(fā)布者之間的類型一致性，但訂閱者不會建立消息傳輸，除非類型匹配。此外，所有 ROS 客戶端都會檢查以確保從msg 文件計算的 MD5匹配。此檢查確保 ROS 節(jié)點是從一致的代碼庫編譯的。

主題傳輸

ROS 目前支持基于 TCP/IP 和 UDP 的消息傳輸。基于 TCP/IP 的傳輸稱為TCPROS，它通過持久的 TCP/IP 連接流式傳輸消息數(shù)據(jù)。TCPROS 是 ROS 中使用的默認傳輸，并且是客戶端庫需要支持的唯一傳輸?；?UDP 的傳輸，稱為UDPROS，目前僅在roscpp中支持，它將消息分離為 UDP 數(shù)據(jù)包。UDPROS 是一種低延遲、有損傳輸，因此最適合遠程操作等任務(wù)。
ROS 節(jié)點在運行時協(xié)商所需的傳輸。例如，如果一個節(jié)點更喜歡 UDPROS 傳輸，但另一個節(jié)點不支持它，它可以回退到 TCPROS 傳輸。隨著引人注目的用例的出現(xiàn)，這種協(xié)商模型可以隨著時間的推移添加新的傳輸。

rostopic list

關(guān)于現(xiàn)在的節(jié)點情況，你可以使用這個命令看。

實現(xiàn)就是這么的樸實無華，Python一擼到底

這個std_msgs是一個測試使用的東西

std_msgs 包含 ROS 原始類型的包裝器，這些包裝器記錄在msg 規(guī)范中。它還包含Empty類型，這對于發(fā)送空信號很有用。然而，這些類型并沒有傳達關(guān)于其內(nèi)容的語義含義：每條消息都只是有一個名為“數(shù)據(jù)”的字段。因此，雖然此包中的消息可用于快速原型設(shè)計，但它們不適合“長期”使用。為了便于記錄和協(xié)作，我們建議使用現(xiàn)有消息或創(chuàng)建新消息，以提供有意義的字段名稱。

先看一個bool

雖然不愛英語，但是現(xiàn)在習(xí)慣看英語了

你看這個一個bool的定義

但是它實現(xiàn)起來是個宏，我也看不大懂下面的內(nèi)容，參數(shù)倒是懂

大概就這樣。接下來看看服務(wù)是什么？

發(fā)布/訂閱模型是一種非常靈活的通信范式，但它的多對多單向傳輸不適用于分布式系統(tǒng)中經(jīng)常需要的 RPC 請求/回復(fù)交互。請求/回復(fù)是通過服務(wù)完成的，該服務(wù)由一對消息定義：一個用于請求，一個用于回復(fù)。提供 ROS節(jié)點以字符串name提供服務(wù)，客戶端通過發(fā)送請求消息并等待回復(fù)來調(diào)用服務(wù)?？蛻舳藥焱ǔ⑦@種交互呈現(xiàn)給程序員，就好像它是一個遠程過程調(diào)用一樣。
服務(wù)是使用srv文件定義的，這些文件由 ROS 客戶端庫編譯成源代碼。
客戶端可以與服務(wù)建立持久連接，從而以降低對服務(wù)提供者更改的魯棒性為代價實現(xiàn)更高的性能。

服務(wù)類型

與topic一樣，服務(wù)具有關(guān)聯(lián)的服務(wù)類型，即 .srv 文件的包資源名稱。與其他基于 ROS 文件系統(tǒng)的類型一樣，服務(wù)類型是包名稱 + .srv文件的名稱。例如，my_srvs/srv/PolledImage.srv具有服務(wù)類型my_srvs/PolledImage。
除了服務(wù)類型之外，服務(wù)還通過.srv文件的 MD5 和進行版本控制。只有當(dāng)服務(wù)類型和 MD5 和都匹配時，節(jié)點才能進行服務(wù)調(diào)用。這確保了客戶端和服務(wù)器代碼是從一致的代碼庫構(gòu)建的。

接下來是參數(shù)服務(wù)器：

參數(shù)服務(wù)器是一個共享的多變量字典，可通過網(wǎng)絡(luò) API 訪問。節(jié)點使用此服務(wù)器在運行時存儲和檢索參數(shù)。由于它不是為高性能而設(shè)計的，因此最好用于靜態(tài)、非二進制數(shù)據(jù)，例如配置參數(shù)。它旨在全局可見，以便工具可以輕松檢查系統(tǒng)的配置狀態(tài)并在必要時進行修改。
參數(shù)服務(wù)器使用 XMLRPC 實現(xiàn)并在 ROS Master內(nèi)部運行，這意味著它的 API 可以通過普通的 XMLRPC 庫訪問。

在rospy的目錄下有兩個測試

在 rospy 程序中執(zhí)行的第一個調(diào)用是對rospy.init_node()的調(diào)用，它為進程初始化 ROS 節(jié)點。rospy 進程中只能有一個節(jié)點，因此只能調(diào)用rospy.init_node()一次。

rospy.init_node('my_node_name')

rospy.init_node('my_node_name', 匿名=True)

?

在這里

在這里被定義

具體的以后有機會再看，繼續(xù)看tf2的庫的作用：

tf已經(jīng)被棄用，取而代之的是tf2。tf2是轉(zhuǎn)換庫的第二代，它允許用戶隨時間跟蹤多個坐標(biāo)幀。tf2在時間緩沖的樹結(jié)構(gòu)中維護坐標(biāo)幀之間的關(guān)系，并允許用戶在任何所需的時間點在任意兩個坐標(biāo)幀之間轉(zhuǎn)換點、向量等。

機器人系統(tǒng)通常具有許多隨時間變化的三維坐標(biāo)系，例如世界坐標(biāo)系、基礎(chǔ)坐標(biāo)系、夾具坐標(biāo)系、頭部坐標(biāo)系等。tf2隨時間跟蹤所有的這些坐標(biāo)系，并可以解答下列問題：

①在5秒之前，頭部坐標(biāo)系相對于世界坐標(biāo)系在哪；
②我抓手中的物體相對于我的底座的姿態(tài)是什么；
③地圖坐標(biāo)系中的基礎(chǔ)坐標(biāo)系當(dāng)前位姿是什么。

tf2 可以在分布式系統(tǒng)中運行。這意味著有關(guān)機器人坐標(biāo)系的所有信息都可用于系統(tǒng)中任何計算機上的所有 ROS 組件。?tf2 可以與包含所有轉(zhuǎn)換信息的中央服務(wù)器一起運行，或者您可以讓分布式系統(tǒng)中的每個組件構(gòu)建自己的轉(zhuǎn)換信息數(shù)據(jù)庫。

tf2_geometry_msgs

下面這些是各種的消息

這里是要check的參數(shù)

這里是寫明了一個從開機就執(zhí)行的視覺任務(wù)

這個是攝像頭的參數(shù)

from clover import srvfrom std_srvs.srv import Trigger

飛行之前要導(dǎo)入這些的消息。

這是一個基礎(chǔ)的遙感消息

get_telemetry = rospy.ServiceProxy('get_telemetry', srv.GetTelemetry)navigate = rospy.ServiceProxy('navigate', srv.Navigate)navigate_global = rospy.ServiceProxy('navigate_global', srv.NavigateGlobal)set_position = rospy.ServiceProxy('set_position', srv.SetPosition)set_velocity = rospy.ServiceProxy('set_velocity', srv.SetVelocity)set_attitude = rospy.ServiceProxy('set_attitude', srv.SetAttitude)set_rates = rospy.ServiceProxy('set_rates', srv.SetRates)land = rospy.ServiceProxy('land', Trigger)

打印起來很簡單

print('Take off and hover 1 m above the ground')navigate(x=0, y=0, z=1, frame_id='body', auto_arm=True)

控制飛行，就是這樣的輸入?yún)?shù)就行。

找到了實現(xiàn)的CPP函數(shù)

這是一些標(biāo)志位

如果是busy，那就觸發(fā)一個運行時的錯誤，接著把標(biāo)志位重置，檢查狀態(tài)

又檢查一個標(biāo)志位

寫了好多了，下篇繼續(xù)

cat /proc/device-tree/model

樹莓派的版本

打印一下內(nèi)核

可能最快樂的事情就是catkin的logo這么好看

https://github.com/CopterExpress/clever-show

https://github.com/CopterExpress/clover

https://github.com/ros/ros

https://github.com/ros/ros_comm

https://www.ros.org/

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編輯：黃飛

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