具有 Aruco 板检测功能的 ROS

具有ArduCopter，ROS和Aruco板检测功能的室内自主飞行¶

本维基页面描述了如何设置能够实现室内自主飞行的系统。 该系统基于带有Raspberry Pi 3和Raspberry Pi相机模块v2的四轴飞行器。来自相机的图像用于计算树莓派上的姿势估计，并将结果作为MAVLink消息发送到飞行控制器。 相机是向下看的，在地板上有一个Aruco板，如下所示：

系统使用 ROS 来完成它必须执行的所有任务。来自Raspberry Pi相机的图像由raspicam_node捕获，姿势估计由aruco_gridboard的修改版本计算，并使用mavros将相关消息发送到飞行控制器。所有这些ROS软件包以及我们稍后将看到的其他软件包都在Raspberry Pi 3上运行。

ROS节点raspicam_node发布相机/图像和相机/camera_info主题，节点aruco_gridboard订阅这些主题并向mavros/vision_pose/pose主题发布camera_pose消息，mavros将ROS消息翻译成MAVLink消息并发送到飞控。

在开始使用系统之前，SET_GPS_GLOBAL_ORIGIN消息和SET_HOME_POSITION随脚本一起发送。

四轴飞行器上的飞行控制器和Raspberry Pi 3通过串行端口连接，而Rapsberry Pi 3和台式PC通过WiFi连接。台式 PC 仅用于配置和可视化目的。来自 ROS 的 rviz 用于在 PC 上进行可视化。

系统组件¶

• 带有ArduCopter 160.3-dev的革命飞行控制器的小型四轴飞行器（7毫米）和以下相关参数：

AHRS_EKF_TYPE 2
BRD_RTC_TYPES 2
EKF2_ENABLE 1
EKF3_ENABLE 0
EK2_GPS_TYPE 3
EK2_POSNE_M_NSE 0.1
EK2_VELD_M_NSE 0.1
EK2_VELNE_M_NSE 0.1
EK2_EXTNAV_DELAY 80
GPS_TYPE 0
COMPASS_USE 0
COMPASS_USE2 0
COMPASS_USE3 0
SERIAL1_BAUD 921   (the serial port used to connect to Raspberry Pi)
SERIAL1_PROTOCOL 2
SYSID_MYGCS 1   (to accept control from mavros)
VISO_TYPE 0

• 在四轴飞行器上有一个树莓派3（通过串行端口连接到飞行控制器）和一个树莓派相机

• 在Raspberry Pi上，有带有raspicam_node，aruco_gridboard和mavros软件包的ROS Kinetic。

重现系统的说明¶

在四轴飞行器上的树莓派 3 上¶

• 使用 Ubiquity Robotics Raspberry Pi 映像安装 Ubuntu 16.04 和 ROS Kinetic

• 编辑 /boot/config.txt 以在 /dev/ttyAMA0 上具有更高的串行速度（以 921600 波特连接）

find the row with #init_uart_clock=3000000 and change it in this way:
init_uart_clock=16000000
at the end of the file comment all lines after # Allow UART and Bluetooth ...
add the line:
dtoverlay=pi3-disable-bt
save
reboot

• 将串行端口与飞控上的一个遥测端口连接

• 按照 Ubiquity Robotics 网站上的说明使用 WiFi 连接到 PC

• 编辑 mavros 配置文件 apm_config.yaml 以使用 MAVLink 的 SYSTEM_TIME 和 TIMESYNC 消息同步飞行控制器和配套计算机 （Raspberry Pi） 时钟，如本维基所示

• 按照本维基中的说明校准相机

• 在 ~/catkin_ws/src 中克隆这个aruco_gridboard分支

• 全部构建

cd ~/catkin_ws
catkin_make

在台式电脑上¶

• 在 Ubuntu 16.04 上安装 ROS Kinetic（也许较新版本的工作方式相同，但未经测试）

• 安装 ros-kinetic-joy-teleop （sudo apt install ros-kinetic-joy-teleop） 并为您的操纵杆进行配置 - 我们使用操纵杆而不是RC，因为使用2.4GHz RC会干扰WiFi视频流。在 mavros 中有一个罗技 F710 操纵杆的配置文件，在aruco_gridboard包中，我们为 Xbox one 操纵杆添加了配置文件。

• 安装 mavros （sudo apt install ros-kinetic-mavros*）

• 如果您不熟悉 ROS，请按照教程进行操作

• 编辑 ~/.bashrc 并附加以下行：

export ROS_MASTER_URI="http://ubiquityrobot.local:11311"

• 创建一个Catkin工作区（在Raspberry Pi上，这不是必需的，因为它已经在Ubiquity Robotics图像中）

cd $HOME
mkdir -p catkin_ws/src
cd catkin_ws
catkin_init_workspace

• 在 ~/catkin_ws/src 中克隆这个aruco_gridboard分支

• 全部构建

cd ~/catkin_ws
catkin_make

在PC上，您还必须运行您选择的GCS来配置四轴飞行器，查看遥测数据，查看MAVLink检查器，设置飞行模式并发出命令。所有这些事情也可以通过ROS消息和服务来完成，但这样可能会更容易。

启动所有 ROS 节点¶

现在要启动系统工作所需的所有节点，请在不同的术语上给出以下命令（或使用 CTRL+SHIFT+T 的选项卡） （在本例中，192.168.10.16 是 PC，192.168.10.10 是四轴飞行器上的树莓派）

选项卡1

ssh ubuntu@ubiquityrobot
(login)
ubuntu@ubiquityrobot:~/catkin_ws$ roslaunch aruco_gridboard detection_rpicam.launch

选项卡2

ssh ubuntu@ubiquityrobot
(login)
ubuntu@ubiquityrobot:~/catkin_ws$ roslaunch mavros apm.launch fcu_url:=/dev/ttyAMA0:921600 gcs_url:=tcp-l://192.168.10.10:2000

选项卡3

ssh ubuntu@ubiquityrobot
(login)
ubuntu@ubiquityrobot:~/catkin_ws$ rosrun aruco_gridboard set_origin.py (only after receiving EK2 ...)

选项卡4

andrea@galileo:~/catkin_ws$ rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure (for setting camera params then exit)
andrea@galileo:~/catkin_ws$ roslaunch mavros_extras teleop.launch

选项卡5

andrea@galileo:~/catkin_ws$ rosrun rviz rviz -d catkin_ws/src/aruco_gridboard/data/aruco_grid.rviz

此时应该可以看到 /mavros/vision_pose/pose 和 /mavros/local_position/pose，表示为 3 个轴，在 rviz 上，并将四轴飞行器与相机朝向 Aruco 板，您应该看到两个姿势彼此靠近。将GCS连接到四轴飞行器（tcp 192.168.10.10 2000），应该可以在地图上看到四轴飞行器，设置飞行模式并发出命令。

如果最后一点没问题，则可以在悬停模式下完成第一次测试，将四轴飞行器武装起来，起飞并使用操纵杆悬停在 Aruco 板上，然后降落。

最后一步（目前）是使用随附的脚本之一测试全自主飞行，为此打开另一个术语或选项卡

ssh ubuntu@ubiquityrobot
(login)
ubuntu@ubiquityrobot:~/catkin_ws$ rosrun aruco_gridboard mavros_control1.py

您应该看到四轴飞行器臂，起飞，沿着广场飞行并降落，如本页开头的视频所示。

一些有用的链接¶

• 博客文章 使用 ArduCopter、ROS 和 Aruco 板检测的室内自主飞行： 与此处描述的系统类似，但在四轴飞行器上有一个Raspberry Pi 0（而不是Raspberry Pi 3），由于计算资源有限，aruco_gridboard节点在台式PC上运行，相关数据（主要是图像和姿态估计）使用ROS消息与四轴飞行器交换。

• 博客文章使用SKYVIPER进行视觉定位实验： 这里描述了一个类似于前一个的系统，代替 DIY 四轴飞行器，使用了 Skyviper 一个，因此它应该更容易复制。