无人机仿真之搭建仿真平台-SITL、gazebo、ROS

zhoulinchun01

无人机仿真之仿真平台搭建

前言

很早之前看到了宾夕法尼亚大学的多无人机协同作业视频，很赶兴趣，就想做一做无人机相关的实验，很多原因综合起来就没能开展（其实就是没钱买无人机?）

现在有一些好东西，让我这个穷逼也能玩玩无人机相关的一些实验，就是SITL和gazebo以及ROS，内容很多，具体细节参考?

主要的开源飞控有两个，APM和PX4，下面介绍两种飞控的仿真平台的安装步骤安装出现错误很正常，多查查资料错误就解决了。

ardupilot-SITL—APM飞控

安装

我是在Ubuntu16.04上安装的，可以参考安步骤参考链接:

https://ardupilot.org/dev/docs/building-setup-linux.html

也可以看下面的安装步骤，做了一下简单的翻译。其他平台（Windows和OSX）的安装步骤在上面的网址中也可以找到

首先下载项目源码（项目是开源的，前面讲到过）

最后一步需要的时间较长，耐心等待即可

然后是安装需要的依赖

到这里无人机的仿真就可以做到了，下一步安装3D环境的仿真软件gazebo

然后就可以利用这个平台向真实的飞控写入需要的固件，当然淘宝买飞控的时候可能店家就会帮助写好飞控。当自己需要修改飞控固件的时候可以参考这个链接

不过这里做仿真还用不到向飞控写入固件，等以后买得起无人机再说吧

启动仿真

简单仿真

启动仿真的方式为执行一个Python脚本，加入参数，具体有哪些参数可在脚本后加-h参数获取,例如做一个简单的四旋翼无人机的仿真



这时候就会看到启动了一个控制终端，一个地图界面，类似下图这样，如果报错找不到文件，是装依赖环境的时候出错了，一般执行脚本安装依赖不会出错，如果一步一步安装依赖可能会出现这种情况，这时候将这个文件的目录加入到环境变量里即可



结合gazebo仿真软件的3D环境仿真

环境安装

也可以结合一些其他的仿真平台实现更好的视觉效果，比如连接gazebo仿真器实现3D环境下的无人机仿真

当然，前提是安装好了gazebo仿真软件，gazebo的安装步骤在下文中也有，可以参考

然后是安装插件，项目开发文档上讲的插件安装方式在物理Ubuntu主机上可能不会报错，我使用Ubuntu虚拟机安装总会报错，最后关闭了虚拟机的硬件加速后安装成功，相关命令如下:



然后就可以正常安装gazebo插件了（PS 如果使用物理主机，可以忽略上面步骤直接进行安装，如果出错再执行上面的步骤）

gazebo现在可用的有7、8、9三个版本，推荐使用7或8版本



然后是安装插件



安装完成后，将gazebo的相关文件加入环境变量中（后面会用到模型和环境文件）



打开终端配置文件后，将下面内容添加到文件末尾



到这里gazebo和插件就安装完成了，下面给出几个示例

示例

1.车辆仿真



2.四旋翼无人机仿真



3.飞机仿真



这是也可以使用地面站软件连接仿真平台，具体地面站软件很多，大家自行学习使用

多无人机仿真

多无人机仿真需要启动三次仿真脚本sim_vehicle.py，修改部分参数，如下：



并且需要修改gazebo加载的word(word简单来说就是一个场景，具体是什么含义可以参考gazebo的博文)

还有一个提示是这样说的，因为这部分我没有运行成功（其实当在gazebo中起飞无人机几秒后就会出现GPS故障而坠落，出错原因还未找到，博文最后介绍了禁用GPS的方法，没成功）



终端操作无人机的部分指令

在终端窗口可以输入指令控制无人机的飞行，如下：



当无人机处于guided模式下，在地图上点击右键可以出来菜单，在菜单里可以进行一些操作（设置飞到位置，高度，也可以绘制任务路线）



安装PX4框架–PX4飞控

首先是安装依赖，可以参考链接:

https://docs.px4.io/main/en/dev_setup/dev_env_linux_ubuntu

也可以看下面的步骤

第一步，使用户成为“拨出”组的成员：

注销并再次登录（仅在新登录后进行更改）

然后按下面的步骤进行

这个脚本会安装带有gazebo的PX4环境

最好可以翻墙安装，一些文件不翻墙下载会非常非常慢

安装完之后下载PX4项目源码

仿真平台搭建完成后，可以试着跑一下

单个无人机模拟

参考jMAVSim模拟:

https://docs.px4.io/main/en/simulation/gazebo.html

参考gazebo模拟:

https://docs.px4.io/main/en/simulation/gazebo.html

使用JMAVSim进行多车辆仿真

参考链接:

https://docs.px4.io/main/en/simulation/multi_vehicle_jmavsim.html

使用jMAVSim进行多车辆仿真，它易于设置，可用于测试您的车辆是否可以起飞，飞行，降落并适应各种故障条件（例如GPS故障）。个人理解这只是用来测试地面站平台是否支持多无人机。

这是模拟运行PX4的多辆车辆的最简单方法。它适用于在QGroundControl（或Dronecode SDK等）中测试多车辆支持。带有Gazebo的多车模拟应该用于许多车辆的群体模拟，或用于测试仅由Gazebo支持的计算机视觉等功能。

带凉亭的多车模拟-需要安装ROS

参考链接:

https://docs.px4.io/main/en/simulation/multi-vehicle-simulation.html

mode文件的路径为（提示自己，可忽略）



给无人机添加摄像头-使用iris_fpv_cam模型-参考

修改模型文件

因为默认构建模型用的是模型文件-.xacro结尾的文件

首先选择使用sdf文件进行模型构建

然后将launch文件中的vehicle参数修改为想要使用的无人机模型，无人机的所有

模型的sdf文件在下面目录中

运行roslaunch，通常会报错—px4无法找到iris_fpv_cam模型



安装ROS

参考链接:

https://huangwang.github.io/2019/05/10/Ubuntu16-04%E5%AE%89%E8%A3%85MAVROS/

这里安装ros最好安装全版本的，如果之前就安装了gazebo，先卸载掉，安装ROS自带的gazebo，网上有人说ROS自带的gazebo有错误，暂时使用正常，没发现有什么问题，读者发现了欢迎评论区交流

安装gazebo

Gazebo是一款3D动态模拟器，能够在复杂的室内和室外环境中准确有效地模拟机器人群。与游戏引擎提供高保真度的视觉模拟类似，Gazebo提供高保真度的物理模拟，其提供一整套传感器模型，以及对用户和程序非常友好的交互方式。

如果已经安装了完整版的ROS平台，就已经安装gazebo了

如果没有也可以直接使用命令安装

进行安装

上面的安装完成后，将gazebo的相关文件加入环境变量中（后面会用到模型和环境文件）

打开终端配置文件后，将下面内容添加到文件末尾



修改参数-出现GPS故障时可参考

APM下GPS出现故障时，可参考以下操作,进行以下设置，更改飞控使用的卡曼滤波器：



重启后，再进行以下设置



在APM平台下禁用GPS在引导模式下无法通过自检。





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