Ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(5) —— 仿真环境搭建(以Ubuntu 22.04,ROS2 Humble 为例)

目录

  • 前言
  • 1. 准备
    • 下载源码
      • 方式一：
      • 方式二：
    • 安装依赖
    • 安装 Gazebo
  • 2. 安装 Micro XRCE-DDS Agent
  • 3. 编译
  • 4. 通信
  • 5. offboard 测试
  • 参考

前言

本教程基于 ROS2 ，在搭建之前，需要把 ROS2、QGC 等基础环境安装配置完成。但是这块的资料相比较于 ROS1 下的少很多，不利于快速上手和后期开发，小白慎选！

小白必看：👇👇👇👇👇👇👇
本次安装是以 px4 v1.14.0 为例，不适用之前的 px4 版本。
我的配置如下：
虚拟机 Ubuntu 22.04 (运行内存 4G、硬盘内存 80G) 、ROS2 Humble 、QGC

  1. 禁止无脑复制：首先大部分命令都有先后顺序，就是要上一个命令执行成下一个才能执行成功，对于不熟悉的命令可以直接复制问AI 这样还能顺带学习学习；其次在有些情况下多个命令一起执行会出现奇怪的错误，而且有些命令旁边有注释，有时候复制上去可能也会出现错误。
  2. 建议使用虚拟机：虽然虚拟机得性能有限，但是对于新手入门阶段是完全够用了，后续大型仿真再用双系统也比较熟悉了。而且虚拟机有一个快照功能，可以保存当前虚拟机的状态 (相当于存档)，这样如果后面出了问题要重新搭建环境，可以用快照回到上一个状态，这样就不用重头开始（我一般是安装好 ROS 拍一个、安装好 mavros 拍一个…）。
  3. 关于网络：由于一些懂得都得的原因，再加上每个人的网络环境不同，我们下载 GitHub上的资源、安装 Python 包、apt 安装包等会时快时慢，所以大家会换源，比如一开始的换 apt 软件安装源等。但是下载资源一定要耐心，如果是网络问题，可以尝试多执行几次命令，而且有些我也给了相应的解决方案。

基于 ROS2 的 PX4 仿真环境搭建系列： 👇👇👇
建议安装之前可以先看看这个 👉 ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(1) —— 概念介绍

Ubuntu安装ROS(2) —— 安装ROS2 humble(最新、超详细图文教程，包含配置rosdep)-CSDN博客

ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(1) —— 概念介绍_Tfly__的博客-CSDN博客

ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(3) —— ubuntu安装QGC地面站_Tfly__的博客-CSDN博客

ROS1 请看 👇👇👇

ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(4) —— 仿真环境搭建、基于ROS1-CSDN博客

如果想要自己编译 PX4 固件可以看 Ubuntu编译PX4固件 这篇教程

1. 准备

下载源码

方式一：

从 Github 上下载，但是比较考验个人网速

sudo apt install git

下载并切换版本：

git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git # 下载源码
mv PX4-Autopilot PX4_Firmware  # 更改目录名
cd PX4_Firmware
git checkout v1.14.0  # 切换版本

更新子模块：

git submodule update --init --recursive   # 更新下载子模块

方式二：

从提供的网盘里下载，或者从QQ群(961297255)里下载

链接：https://pan.baidu.com/s/1OmXhfRaE_CsYG0F_4mYyzg
提取码：lq9a

下载后解压，然后执行下面命令：

cd PX4_Firmware
wget https://gitee.com/tyx6/mytools/raw/main/px4/set_executable.sh
chmod +x set_executable.sh
./set_executable.sh

在这里插入图片描述

安装依赖

sudo apt install ros-dev-tools
cd ~/PX4_Firmware/Tools/setup

修改文件并备份 （就把 pip 安装源换成了清华源），这一步是可做可不做，如果觉得python 包下载太慢了，可以试试

sed -i.bak 's|\/requirements.txt|\/requirements.txt -i https:\/\/pypi.tuna.tsinghua.edu.cn\/simple|' ./ubuntu.sh

chmod +x ubuntu.sh
./ubuntu.sh --no-nuttx --no-sim-tools
# 这是官方提供的脚本 有两个可选参数
# --no-sim-tools   不安装仿真环境
# --no-nuttx   不安装交叉编译环境
#（如果需要自己编译飞控固件，烧录到飞控中，那就需要交叉编译环境）
# 脚本执行时间，跟个人网络有关，可能需要一段时间

重启 Ubuntu

安装 Gazebo

Gazebo是一款强大的3D仿真软件，主要用于机器人学的研究和开发。它提供了高度逼真的物理模拟环境，包括动力学、碰撞检测、传感器模型以及与真实世界相似的物理属性如重力、摩擦力等。Gazebo可以模拟各种类型的机器人，从移动机器人、无人机到机械臂，甚至可以模拟整个城市环境。
在这里插入图片描述
根据上图说明，Gazebo 官方做了更新将之前的 Gazebo Ignition 命名为 Gazebo，以前的 Gazebo 现在叫 Gazebo Classic ，而 Ubuntu 22.04 及以后的版本就支持 Gazebo (Gazebo Ignition) 。
因为几年前官方对 Gazebo 进行了重大架构变更，然后将变更后的版本叫 Gazebo Ignition，旧的仍叫 Gazebo。后面Gazebo Ignition 逐渐成熟并经过使用验证，所以他结束了旧的 Gazebo ( Gazebo 11 是 Gazebo Classic 的最后一个版本，支持到 2025 年 )，并重新对它们命了名。而且两个应该不能共存，安装一个会卸载另一个。

cd ~/PX4_Firmware/Tools/setup
./ubuntu.sh --no-nuttx
# 这一步会安装仿真环境，包括 gazebo
# 脚本执行时间，跟个人网络有关，可能需要一段时间

再运行一下 gazebo ：

gz sim

在这里插入图片描述

重启 Ubuntu

2. 安装 Micro XRCE-DDS Agent

在这里插入图片描述

在 ROS2 中 PX4 使用 uXRCE-DDS 中间件来允许在配套计算机上发布和订阅 uORB 消息，就像它们是 ROS2 话题一样。这提供了 PX4 和 ROS2 之间快速可靠的集成，并使 ROS2 应用程序更容易获取车辆信息和发送命令，如上图所示。

这应该跟 ROS2 将中间件改为 DDS 有关，但是官方又说明了在 ROS2 中仍可以使用 MAVROS ，可能官方觉得在 ROS2 中 Micro XRCE-DDS Agent 更好用 😂，也可能是因为 MAVLink 是外部通信协议，uORB 是内部通信协议。

  • 下载源码：
git clone https://github.com/eProsima/Micro-XRCE-DDS-Agent.git
  • 编译：
cd Micro-XRCE-DDS-Agent
mkdir build
cd build
cmake ..
make  # make 的时候还会下载代码，跟个人网速有有关，大概要10-20分钟

在这里插入图片描述

  • 安装：
sudo make install
sudo ldconfig /usr/local/lib/ # 更新动态链接器的缓存

在这里插入图片描述

3. 编译

cd ~/PX4_Firmware
make px4_sitl gz_x500   # 这步可能有点慢

出现这个表示编译成功 😄
在这里插入图片描述
注：如果在虚拟机中可能遇到下面错误，这是由于在虚拟机设置中开启了 3D 图形加速，导致系统的 OpenGL 版本降低。
在这里插入图片描述

参考这个 Issue 中的解决方法，降低仿真使用的渲染引擎的版本

打开文件，修改处大概在 73 行：

gedit ~/PX4_Firmware/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/px4-rc.simulator

修改前：

if [ -z "${HEADLESS}" ]; then# HEADLESS not set, starting gui${gz_command} ${gz_sub_command} -g &
fi

修改后：

if [ -z "${HEADLESS}" ]; then# HEADLESS not set, starting gui${gz_command} ${gz_sub_command} -g --render-engine ogre &
fi

然后，再重新编译

4. 通信

打开一个终端，启动 MicroXRCEAgent：

MicroXRCEAgent udp4 -p 8888

打开另一个终端，启动仿真：

cd ~/PX4_Firmware
make px4_sitl gz_x500

都启动后，可以看到通信成功
在这里插入图片描述

5. offboard 测试

  • 创建工作空间：
mkdir -p ~/ros2_ws/src
  • 下载源码：
cd ~/ros2_ws/src
git clone https://github.com/PX4/px4_msgs.git -b release/1.14
git clone https://github.com/PX4/px4_ros_com.git -b release/v1.14
  • 编译：
cd ~/ros2_ws
colcon build

在这里插入图片描述

  • 更新环境：
echo "source ~/ros2_ws/install/setup.bash" >> ~/.bashrc 
source ~/.bashrc #使环境生效
  • 测试：

打开 QGC

  • 终端一，启动 MicroXRCEAgent：
MicroXRCEAgent udp4 -p 8888
  • 终端二，启动仿真：
cd ~/PX4_Firmware
make px4_sitl gz_x500
  • 终端三，启动官方 offboard 案例（上升5米）：
ros2 run px4_ros_com offboard_control

在这里插入图片描述

到这 PX4 无人机基本仿真环境就搭建完成了，大家可以基于此来拓展自己的仿真。
建了个交流群QQ群(961297255)，方便大家交流学习，但是关于 ROS2 下的 PX4 仿真资料不多 😁

参考

PX4 ROS 2 User Guide

PX4 documentation

uXRCE-DDS

Ubuntu Development Environment

a-new-era-for-gazebo

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Keep learning！

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