Kumanote LLC.

2020/11/13

[Ubuntu20.04]Gazebo simulator上のDroneをMAVROSを使って動かす

cpprosdronecodepx4ubuntumavlink

本業のプロジェクトがまあまあ忙しくて、Droneに時間が作れないのが悩みですが、コツコツ進めています。

今回は、MAVROS Offboard Example · PX4 Developer Guide
こちらの記事で紹介されているソースコードを実行してみました。

  • PX4 AutopilotをGazeboというSimulator上で動作させました
  • 動作にはMAVROSというMAVLINKをROSでも使えるライブラリを使いました
  • Simulator上のDrone（PX4）に指令を送るROS Nodeを作成して、コンパイル＆実行しました
  • OSはUbuntu20.04を使っています。

セットアップ

まずは、ROS等必要なものをインストールしていきます。

ROS · PX4 Developer Guideのinstallationを見ると
https://raw.githubusercontent.com/PX4/Devguide/master/build_scripts/ubuntu_sim_ros_melodic.shをローカルにダウンロードしてきて
bashで実行する感じでインストールしていたが、このscriptがUbuntu18.04向けっぽいので、scriptの中身をみながら、20.04で各種softwareのinstallを手動で実行していきます。

以下実行していきます。

modemmanagerの消去

「シリアルデバイスの接続を監視し、接続されているモデムを調べるためにポーリングをしているようです。この応答にTeensy側のコードが反応したり、意図しない通信が行われ、タイムアウトなどでキャンセルされるまで、他のプロセスが正しくデバイスを使用できない状態になるようです。」

どうやらシリアル通信で干渉起こしちゃうみたいなので、消しておきます。

apt show modemmanager
sudo apt-get remove modemmanager -y

dialoutグループに自身を追加

ログインユーザーをdialoutグループに追加して、シリアルポートのフルアクセス権限を付与します。

getent group dialout
# 自分自身が含まれていない場合は、以下を実行してdialoutグループに追加する
sudo usermod -a -G dialout $USER

install common dependencies

以下は調べたらもうinstall済でしたが、以下でinstallできます。

sudo apt-get update -y
# sudo apt-get install git zip cmake build-essential genromfs ninja-build exiftool astyle -y
sudo apt-get install git zip cmake build-essential genromfs ninja-build libimage-exiftool-perl astyle -y

pythonのinstall

$ sudo apt-get -y install python3 \
  python3-dev \
  python3-pip \
  python3-setuptools \
  python3-wheel
$ wget https://raw.githubusercontent.com/PX4/Firmware/master/Tools/setup/requirements.txt
$ python3 -m pip install --user -r requirements.txt

jdkのインストール

$ java --version
openjdk 14.0.1 2020-04-14

# もしinstallされていない場合は以下でインストール
$ sudo apt-get -y install \
  ant \
  openjdk-14-jre \
  openjdk-14-jdk \
  libvecmath-java;

ROSのインストール

$ sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
$ sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
$ sudo apt update
$ sudo apt install ros-noetic-desktop-full
$ echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

Initialize rosdep

$ sudo apt install -y python3-rosdep
$ sudo rosdep init
$ rosdep update

Install Catkin Tools and init workspace

「ROS ではコンパイルを行う catkin_make という独自ツールが用意されています．CMake というソフト開発でとてもよく使われるコンパイルようツールを拡張したもので，沢山のソフトウェアパッケージを一気にコンパイルする必要も往々にして発生するロボティクスにおいて便利なツールです．一方で，遅い！だとか，コンパイル実行の度にいちいちフォルダ移動めんどい！等課題も多く指摘されており，非公式ではありますが改良版の catkin-tools というのがあります．先に述べたような根本的な問題から，痒い所に手が届く的なウレシイ機能までよく出来たツールで，人気を集めています．」

$ sudo apt install python3-osrf-pycommon python3-catkin-tools

その他ツールのインストール

$ sudo apt install python3-wstool python3-rosinstall-generator python3-rosinstall

## Create catkin workspace
$ mkdir -p ~/catkin_ws/src
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin init
$ wstool init src

まだ詳しく理解できてないですが・・wstoolと言うのがいわゆるパッケージマネージャー的なもので、rosinstallファイルと言うのが各パッケージのソースコードのダウンロード先などを指定するもののようです。

# /tmp/mavros.rosinstall と言うファイルに mavlink と mavros のinstall方法を書き出します
$ rosinstall_generator --rosdistro kinetic mavlink | tee /tmp/mavros.rosinstall
$ rosinstall_generator --upstream mavros | tee -a /tmp/mavros.rosinstall

# 作成したrosinstallファイルをwstoolを使って、現在のworkspaceに追加します
$ wstool merge -t src /tmp/mavros.rosinstall
$ cat src/.rosinstall
# THIS IS AN AUTOGENERATED FILE, LAST GENERATED USING wstool ON 2020-11-10
- git:
	local-name: mavlink
	uri: https://github.com/mavlink/mavlink-gbp-release.git
	version: release/kinetic/mavlink/2020.10.11-1
- git:
	local-name: mavros
	uri: https://github.com/mavlink/mavros.git
	version: 1.4.0
# download mavlink & mavros repository
$ wstool update -t src -j4

# rosdepを使って、実際に追加したパッケージ（今回の場合はmavlinkとmavros）をインストールします
$ rosdep install --from-paths src --ignore-src -y

# GeographicLibをインストールします。（多分simulationに必要）
# see https://geographiclib.sourceforge.io/
$ sudo ./src/mavros/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh
$ catkin build
echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
exec "$SHELL"

Simulatorを動かす

Launch ROS/Simulation

MAVROS – MAVLink extendable communication node for ROS with proxy for Ground Control Station.

$ roslaunch mavros px4.launch fcu_url:="udp://:[email protected]:14557"

Launch Gazebo with ROS Wrappers

$ mkdir -p ~/src
$ git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive && cd PX4-Autopilot
$ DONT_RUN=1 make px4_sitl_default gazebo
$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash    # (optional)
$ source Tools/setup_gazebo.bash $(pwd) $(pwd)/build/px4_sitl_default
$ export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:$(pwd)
$ export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:$(pwd)/Tools/sitl_gazebo
$ roslaunch px4 posix_sitl.launch

MAVROS Offboard control exampleを動かす

ROSパッケージの作成

$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_create_pkg mavros_offboard_control_example geometry_msgs mavros_msgs roscpp

ソースコードの作成

$ roscd mavros_offboard_control_example
$ cat <<EOF > src/offb_node.cpp
/**
 * @file offb_node.cpp
 * @brief Offboard control example node, written with MAVROS version 0.19.x, PX4 Pro 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");
    ros::NodeHandle nh;

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

    //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 = 0;
    pose.pose.position.y = 0;
    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();
    }

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

    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.mode_sent){
                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;
}
EOF

$ cat << EOF > CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)
project(mavros_offboard_control_example)

## Find catkin macros and libraries
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  geometry_msgs
  mavros_msgs
  roscpp
)

###################################
## catkin specific configuration ##
###################################
catkin_package(
  CATKIN_DEPENDS geometry_msgs mavros_msgs roscpp
)

###########
## Build ##
###########

include_directories(
  include
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

add_executable(${PROJECT_NAME}_offb_node src/offb_node.cpp)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_offb_node ${catkin_LIBRARIES})
EOF

Buildして実行

$ cd ~/catkin_ws
$ catkin build
$ rosrun mavros_offboard_control_example mavros_offboard_control_example_offb_node
[ INFO] [1605190344.010748305, 50.352000000]: Offboard enabled
[ INFO] [1605190349.075704903, 55.408000000]: Vehicle armed

コードの通りに、ホバリングをしました。

gazebo-min.png

最後にCtrl+Cで終了すると、droneが着陸することが確認できました。

以上です。

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