无人机指南

无人机指南

首先安装一个双系统，详细安装请看，这里面自动配好了ros2和ubuntu

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无人机的环境配置

一：在 Gazebo 搭建 PX4 无人机仿真环境 需要经过以下步骤：

模块	作用
PX4（SITL）	飞控程序运行环境（源码编译后作为核心控制器）
Gazebo	仿真平台（提供世界、物理模拟、传感器模拟）
QGroundControl	图形界面管理飞控（切模式、监控飞行状态）
ROS2	运行你的算法（导航/目标检测/规划等）
MAVLink	PX4 与 ROS/QGC 等通信协议
MAVROS	ROS <-> MAVLink 的桥梁，提供话题与服务
RViz2	可视化 ROS 信息（轨迹、传感器数据、地图等）

px4联动总览图

              [ QGroundControl ]↑│ MAVLink over UDP↓[ ROS2 / MAVROS ] ←→ PX4 (SITL) ←→ Gazebo11 (世界 + 传感器 + 动力学)↑│ MAVLink↓控制命令源（Python/Cpp/ROS2节点写控制逻辑）

eg：

你写了一个 ROS 2 节点控制无人机飞一个正方形轨迹：

1. 你发布位置目标 → ROS 2 topic（比如 /mavros/setpoint_position/local）；
2. DDS 把消息传给 MAVROS；
3. MAVROS 转为 MAVLink 消息发给 PX4；
4. PX4 的 MAVLink 接口接收指令，发布到 uORB；
5. 控制器读取目标 → 计算姿态输出 → 通过 mixer → PWM 输出；
6. 电调控制电机旋转；
7. 飞机移动，同时 IMU/GPS 回传状态 → PX4 → MAVLink → MAVROS → ROS 2。

安装px4:

mkdir -p ~/px4_ws/src && cd ~/px4_ws #创建工作空间
cd ~/px4_ws/src
git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive

cd PX4-Autopilot
bash ./Tools/setup/ubuntu.sh #这个脚本会自动帮你下载好ROS 2（可选），Gazebo仿真环境，MAVLink，FastRTPS，PX4依赖的Python模块

检查是否安装完成：

make px4_sitl_default

如果能出现一个gazebo页面就说明安装成功。

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建模部分：

用solidworks构建stl文件，打造物体,等建模好了之后，如果是用本机的solidworks生成的stl文件，如果要导入到虚拟机，要提前在设置中开启共享文件夹.要在gazebo.models下创建一个存放仿真环境的文件，比如fly_environment,然后创建meshes，模型文件（SDF） 和 配置文件（Config） 来定义和加载模型

meshes/ 目录主要用于存放 模型的 3D 网格文件（如 .STL、.DAE、.OBJ 等），这些网格文件用于定义模型的 视觉外观（Visual） 和 碰撞检测（Collision）。

model.config 作用

• 作用：定义 模型的基本信息，让 Gazebo 识别该模型。
• 主要包含：
  • 模型名称
  • SDF 版本
  • 作者信息
  • 描述
  • 模型资源

model.config 示例

文件位置：fly_environment/model.config

<?xml version="1.0" ?>
<model><name>fly_environment</name>  <!-- 模型名称 --><version>1.0</version>  <!-- 版本 --><sdf version="1.7">model.sdf</sdf>  <!-- 指定模型的 SDF 文件 --><author><name>Feng</name></author><description>This is a custom flying environment with obstacles.</description>
</model>

model.sdf 作用

• 作用：定义 模型的几何形状、物理属性、视觉效果，让 Gazebo 正确加载和模拟该模型。
• 主要包含：
  • 模型名称
  • STL 网格文件
  • 物理属性（如碰撞、质量等）
  • 视觉属性
  • 坐标位置

``model.sdf 示例

文件位置：fly_environment/model.sdf

<?xml version="1.0"?>
<sdf version="1.10"><model name="fly_environment"><static>true</static>  <!-- 设置为true，表示该模型不会移动 --><!-- 地面 --><link name="ground"><visual name="ground_visual"><geometry><mesh><uri>model://fly_environment/meshes/ground1.STL</uri></mesh></geometry></visual></link></model>
</sdf>

简介版的讲解如下：

如何打开stl文件加载出模型：首先导出dae文件，然后在终端nano model.config,nano model.sdf，分别编写这两个文件，注意的是，scale是指缩放比例（适用于自己建的模型），size是直接定义物体的尺寸（适用于gazebo自带的）

your_model/
│── model.config
│── model.sdf
│── meshes/
│   └── your_model.dae
│── textures/  (可选，存放纹理文件)

所有零件准备就绪后，开始盖房子，打造世界文件。

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主控板px4学习:

• 基础配置：

  • 烧录固件，可以多选择几个固件版本，观察哪个固件版本的效果最好，因为有些固件版本可能不适配导致一些奇奇怪怪的问题出现，比如电机无法正常驱动等，注意，烧录固件之后要重启

  • 选择机架：选择符合自己机型的机架，然后重启

  • 校准传感器：校准罗盘，加速度传感器，地平线等，注意校准之后要重启

  • 校准遥控器：要注意遥控器的传输协议，有些老版本的飞控支持ppm协议，不支持pwm遥控器，要修改遥控器的配置，如果支持pwm遥控器的话正常连接就行了，跟随地面站的指示进行校准遥控器

  • 飞行模式的选择：根据需要来就行了，如果不知道有哪些飞行模式可以选择，这是连接，但是要注意每种遥控器的设置会有所不同，下面是我的配置，大家需要注意遥控器的设置，以免踩坑。对了提一嘴遥控器的校准，打开遥控器，然后用镊子戳遥控器接收器的一个小按钮，等到遥控器的光不闪烁，常亮之后就行了。

  

  • 校准电源：（注意这个时候不要装桨！！！），下图是我的配置，按自己的实际情况写好电池芯数，空点电压（一般是3.6），满电电压（一般是4.2），然后用万用表测试电池的电压写入电压分压器，然后重启飞控，然后用电流计测量实际电流，写入安培，然后重启飞控。

  

  • 校准电调：本来主包也想省钱不买电流计的，后面发现不行，所以还是买了电流计，不然根本没办法校准电调，校准电调后，基本所有的前提条件都已经满足了。

  • 在所有前提条件都测试完毕后，接上电源，地面站会显示就绪状态，如下图：

    

    然后就可以将油门摇杆往右下方解锁无人机，调整油门控制无人机电机转速了。

• 无人机PID参数调试：

  

  可能出现的问题及解决办法：

  

然后调pid的时候，一次只调一个轴向，控制变量要做好

快捷办法：其实也不一定需要调参，直接在地面站规划好航线，上传任务，然后让无人机自动起飞，一般都可以飞的很稳，不需要再继续调参了。

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硬件组装

材料:

• 电调：通过飞控板给定的pwm波对电机进行调速，并且还具有给电机供电的作用，电陶的最大电流一定要保证高于电机的最大电流，不然会烧。

• 电机：电机上标的类似2205的数字，讲的就是直径22mm，高5mm，电机的kv值越高说明转速越快，如果求速度选择高kv值的，如果求稳定的选kv值低的像980kv。

• 桨叶： 如果追求高效率、长续航、高速 → 二叶桨（适合竞速无人机、巡航无人机）。

  ​ 如果追求稳定性、低噪音、载重 → 三叶桨（适合摄影无人机、物流无人机）。

  ​ 出于稳定性的考虑，在此处选择三叶桨

• 飞控：无人机的控制系统，相当于无人机的大脑。

• 分压板：电池与其他需电设备的桥梁，可以实现降压。

• 机架：使用solidworks 3D建模，然后打印出碳板

• 电池:一般用的是锂聚合电池，先解释一下参数的意思，s的意思是串联（意思是多个电池，电池的电流不变，但是电压可以积累），p的意思是并联，5300mA/h的意思是电池每小时放电5300mA，

  常见的 S 数（电芯数）及对应电压：

  1S = 3.7V（小型微型无人机）

  2S= 7.4V（微型/入门级无人机）

  3S= 11.1V（普通航拍机、竞速无人机）

  4S= 14.8V（竞速无人机）

  6S = 22.2V（高性能竞速/工业无人机）

  12S = 44.4V（大型工业级无人机）

C是放电倍率，表示电池放电的最大电流能力，最大放电电流=C值×电池容量(Ah)，比如4S 1500mAh 75C 电池 的最大电流就是：75C×(1500mAh/1000)=112.5A

• 小电脑：此处使用rdk×5，用于视觉方面的算法计算
• 深度相机：inter realsense t265
• 舵机：MG90s

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无人机注意事项还有故障解决：

• 在上电前最好检查电池的容量，防止低压，然后充电的话要用专业充电器，一般采用普通模式充电，用低压模式保养。

• 在上电的时候，每个电机都是会定时转动一下的，这个是正常的，但是如果这个时候出现了电机无法正常转动的话，可以从一下几个地方排错：

  电调供电虚焊（高概率）：用万用表查看焊点的电压

  **该通道 PWM 信号未输出（软件配置或排线问题）：**打开qgc地面站，

  电调本身损坏（小概率）

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PX4的使用：

一：px4和其他软件的联动使用：控制逻辑（Python/C++）→ 发布 ROS 话题 → MAVROS → MAVLink → PX4飞控 → Gazebo模型运动

• 启动仿真：

  cd ~/PX4-Autopilot
  make px4_sitl_default gazebo_iris__your_world
  

• 连接mavros：ROS2 节点能通过 MAVROS 接收/发送无人机数据

source /opt/ros/humble/setup.bash
source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 launch mavros px4.launch.py fcu_url:=udp://:14540@localhost:14557

• 启动qgroundcontrol：这个要用用线连接电脑端还有px4.
• 设置模式，既可以在qgroundcontrol中切换模式（不推荐），也可以在终端中使用命令

ros2 service call /mavros/set_mode mavros_msgs/srv/SetMode "{custom_mode: 'OFFBOARD'}"#注意这个要建立一个ros2_ws的新终端

• 解锁电机：

• 控制飞行，发布话题

#发送位置
ros2 topic pub /mavros/setpoint_position/local geometry_msgs/msg/PoseStamped ...#发送速度
ros2 topic pub /mavros/setpoint_velocity/cmd_vel geometry_msgs/msg/TwistStamped ...

或者也可以自己写一个文件实现无人机的自动起飞降落。

eg:

# offboard_square_flight.pyimport rclpy
from rclpy.node import Node
from geometry_msgs.msg import PoseStamped
from mavros_msgs.srv import CommandBool, SetMode
from mavros_msgs.msg import State
import timeclass SquareFlightNode(Node):def __init__(self):super().__init__('square_flight_node')# 当前状态变量self.state = State()self.current_pose = PoseStamped()# 发布位置指令self.local_pos_pub = self.create_publisher(PoseStamped, '/mavros/setpoint_position/local', 10)self.state_sub = self.create_subscription(State, '/mavros/state', self.state_cb, 10)self.pose_sub = self.create_subscription(PoseStamped, '/mavros/local_position/pose', self.pose_cb, 10)# 服务客户端：切换模式 / 解锁self.arming_client = self.create_client(CommandBool, '/mavros/cmd/arming')self.set_mode_client = self.create_client(SetMode, '/mavros/set_mode')# 等待服务可用while not self.arming_client.wait_for_service(timeout_sec=1.0):self.get_logger().info('等待 /cmd/arming 服务...')while not self.set_mode_client.wait_for_service(timeout_sec=1.0):self.get_logger().info('等待 /set_mode 服务...')# 飞行目标点（相对坐标系 NED）self.waypoints = [(0.0, 0.0, 2.0),(2.0, 0.0, 2.0),(2.0, 2.0, 2.0),(0.0, 2.0, 2.0),(0.0, 0.0, 2.0),]self.waypoint_index = 0self.reached = False# 定时器 10Hz 发布 setpointself.timer = self.create_timer(0.1, self.timer_callback)def state_cb(self, msg):self.state = msgdef pose_cb(self, msg):self.current_pose = msgdef timer_callback(self):# 初始化前先发一段 setpointif not self.state.armed:self.publish_setpoint(*self.waypoints[0])self.arm_and_set_mode()return# 计算是否到达目标点（误差阈值）target = self.waypoints[self.waypoint_index]pos = self.current_pose.pose.positiondist = ((pos.x - target[0]) ** 2 + (pos.y - target[1]) ** 2 + (pos.z - target[2]) ** 2) ** 0.5if dist < 0.3 and not self.reached:self.get_logger().info(f'到达航点 {self.waypoint_index + 1}')self.reached = Truetime.sleep(2.0)  # 悬停 2 秒self.waypoint_index += 1if self.waypoint_index >= len(self.waypoints):self.get_logger().info('任务完成，保持悬停')returnelif dist >= 0.3:self.reached = False# 继续发布 setpointif self.waypoint_index < len(self.waypoints):self.publish_setpoint(*self.waypoints[self.waypoint_index])def publish_setpoint(self, x, y, z):pose = PoseStamped()pose.header.stamp = self.get_clock().now().to_msg()pose.pose.position.x = xpose.pose.position.y = ypose.pose.position.z = zself.local_pos_pub.publish(pose)def arm_and_set_mode(self):# 切换到 OFFBOARDif self.state.mode != "OFFBOARD":req = SetMode.Request()req.custom_mode = "OFFBOARD"self.set_mode_client.call_async(req)self.get_logger().info('尝试切换到 OFFBOARD 模式')# 解锁if not self.state.armed:req = CommandBool.Request()req.value = Trueself.arming_client.call_async(req)self.get_logger().info('尝试解锁无人机')def main(args=None):rclpy.init(args=args)node = SquareFlightNode()rclpy.spin(node)node.destroy_node()rclpy.shutdown()if __name__ == '__main__':main()

• 可视化rviz2：

  ros2 run rviz2 rviz2
  

• ：二：飞行模式：从代码结构上分析，分为基本模式、自定义模式和自定义子模式

  • 自定义模式分为，手动模式、高度控制模式、位置控制模式、自动模式、特技模式、自稳模式和外部模式。
    手动模式----manual
    高度控制模式----altctl
    位置控制模式----posctl
    自动模式----auto，在所有自定义模式中，只有auto模式有子模式，分别为 自动悬停、自动航点、自动返航、自动起飞、自动降落和自动跟随。
    特技----acro
    自稳模式----stabilized
    外部模式----offboard：这是最主要的模式，无人机自动驾驶使用的就是这个方法，解锁飞控之后，用遥控器切换到offboard模式，向上位机发送节点，上位机就会把命令传输给px4，然后就会按照代码程序进行飞行 操作，关于这个过程中的通信问题

上位机（此处使用的是rdk×5）的使用

• 官方手册：手册

• 简单的一个流程就是烧录镜像（系统默认是烧录的ubuntu22.04+ros2humble），装配各种驱动，缺啥装啥，比如深度相机（t265）的sdk还有源码，都需要下载好并且编译，microxrcedds-agent的下载及编译，tros的安装。

• 将深度相机连接在上位机上，注意：

  • 不要热插拔，然后在通电的时候不要随意的插拔接口
  • 如果要连显示屏的话，要先连接好hdml线，然后再通电），我一般使用的时ssh远程登陆，具体操作手册里面有，
  • 要注意的是要保证供电正常，rdk的红灯和绿灯都要正常闪烁，然后要联网才可以连上ssh，如果连不上还有串口登陆等多种方式供选择
  • 主包选择用vscode进行上位机的开发，下载一个叫做remote-ssh的插件，就可以用ssh远程登陆上位机了
  • 如果rdk的板子坏了，可以选择抽出sd卡，将sd卡接入另一块好的rdk上，就可以正常使用了

• 深度相机的使用：在开始装驱动的时候，遇到了很多问题，最头疼的就是兼容性问题，t265的sdk最高支持版本是2.53，但是ros2控制深度相机源码的要求的最低sdk版本是2.56，所以就需要解决兼容性问题，不然colcon build会一直报错，主包的解决办法是修改realsense2_camera里的cmakelist.txt,搜索2.56，将2.56改成自己下载的版本，建议下载的是2.53版本，保存。然后

• 舵机的控制：用串口连接px4和rdk，然后就可以实现上位机与下位机的通信了。然后运行自己写的投放代码，就能实现物块投放功能了。

总体实机部署：

用ssh远程连接上位机，然后用串口将px4和上位机连接起来，用遥控器解锁无人机，将无人机模式切换到offboard，然后在终端启动程序，无人机就会按照代码的指令进行飞行，