PX4 文档教程

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外观

机外模式（通用/所有帧） ​

飞行器服从由飞行算法池外部来源（如配套计算机）提供的位置、速度、加速度、姿态、姿态速率或推力/扭矩设定点。这些设定点可通过 MAVLink（或 MAVLink API，例如 MAVSDK)或 ROS 2.

PX4 要求外部控制器通过流式传输任何受支持的 MAVLink 设定点信息或 ROS 2，提供连续的 2Hz "寿命证明"信号。 机外控制模式 信息。PX4 只有在收到信号超过一秒后才会启用车外控制，如果信号停止，则会重新获得控制权。

信息

  • 这种模式需要位置或姿态/姿态信息，如 GPS、光流、视觉惯性里程测量、mocap 等。
  • 除更改模式外，遥控控制被禁用（通过设置参数 COM_RC_IN_MODE 至 4：棒输入禁用）。
  • 载具必须已经接收到 MAVLink 设定点信息流或 ROS 2。 机外控制模式 在离机模式下上膛或飞行时切换到离机模式之前，请先查看信息。
  • 如果 MAVLink 设定点信息或 机外控制模式 的速率接收。
  • 并非所有设定点信息和载具都支持 MAVLink 允许的所有坐标框架和字段值。请阅读以下章节 好好 以确保只使用支持的值。

说明 ​

机外模式用于通过设置位置、速度、加速度、姿态、姿态速率或推力/扭矩设定点来控制飞行器的运动和姿态。

PX4 必须接收 MAVLink 设定点信息流或 ROS 2。 机外控制模式 频率为 2 Hz，以证明外部控制器是健康的。数据流必须发送至少一秒钟，PX4 才会在离板模式下上膛，或在飞行时切换到离板模式。在外部控制下，如果速率低于 2Hz，PX4 将在超时 (COM_OF_LOSS_T），并尝试着陆或执行其他故障安全操作。该操作取决于是否可以使用遥控，并在参数 COM_OBL_RC_ACT.

在使用 MAVLink 时，设定点信息既可传递信号以表明外部信号源还活着，也可传递设定点值本身。在这种情况下，为了保持位置，载具必须接收当前位置的设定值流。

在使用 ROS 2 时，外部源还活着的证明由以下数据流提供 机外控制模式 信息，而实际设定点则通过发布到设定点 uORB 主题之一来提供，例如 轨迹设置点.在这种情况下，为了保持位置，载具必须接收到一股 机外控制模式 但只需要 轨迹设置点 一次

请注意，离机模式仅支持非常有限的一组 MAVLink 命令和信息。起飞、着陆、返回发射等操作最好使用相应的模式。上传、下载任务等操作可在任何模式下执行。

ROS 2 消息 ​

指定帧允许使用以下 ROS 2 消息及其特定字段和字段值。除了提供心跳功能外、 机外控制模式 还有两个主要目的：

  1. 控制 PX4 控制结构 必须注入离线设定点，并禁用旁路控制器。
  2. 确定需要哪些有效估计值（位置或速度），以及应使用哪些设定点信息。

机外控制模式 信息的定义如图所示。

吁
# 机外控制模式

uint64 时戳		# 系统启动后的时间（微秒）

bool 位置
bool 速度
bool 加速度
bool 态度
bool 身体速率
bool 推力和扭矩
bool 直接促动器

字段按优先级排序，即 位置 优先于 速度 及以后的领域、 速度 优先于 加速度等等。第一个非零值字段（从上到下）定义了使用离板模式所需的有效估计值，以及可以使用的设定点信息。例如，如果 加速度 字段是第一个非零值，则 PX4 需要一个有效的 速度估计设置点必须使用 轨迹设置点 留言

所需的控制量位置场速度场加速度场态度领域body_rate 字段推力和扭矩场direct_actuator 字段所需估计数必填信息
定位（POSITION）（NED）✓------位置轨迹设置点
速度（荷兰）✗✓-----速度轨迹设置点
加速度（荷兰）✗✗✓----速度轨迹设置点
态度（FRD）✗✗✗✓---无载具高度设定点
身体速率（FRD）✗✗✗✗✓--无载具速率设定点
推力和扭矩（FRD）✗✗✗✗✗✓-无载具推力设定点 和 载具扭矩设定点
直接电机和伺服电机✗✗✗✗✗✗✓无致动器电机 和 传动器伺服器

其中，✓ 表示位已设置，✗ 表示位未设置，而 - 表示该位的值无关紧要。

信息

在使用 ROS 2 的离板模式之前，请花几分钟时间了解不同的 框架公约 PX4 和 ROS 2 使用的。

直升机 ​

  • px4_msgs::msg::TrajectorySetpoint

    • 支持以下输入组合

      • 位置设定点 (位置 异于 无).非无 速度值和加速度值作为内环控制器的前馈项。
      • 速度设定点 (速度 异于 无 和 位置 设为 无).非无 加速度值作为内环控制器的前馈项。
      • 加速度设定点 (加速度 异于 无 和 位置 和 速度 设为 无)

    • 所有数值均以 NED（北、东、下）坐标系解释，位置、速度和加速度的单位分别为[m]、[m/s]和[m/s^2]。

  • px4_msgs::msg::VehicleAttitudeSetpoint

    • 支持以下输入组合

      • 四元数 q_d + 推力设定值 推力.非无 的值 偏航运动速率 作为前馈项，用地球帧和 [rad/s] 表示。

    • 四元数表示无人机机身 FRD（前、右、下）帧与 NED 帧之间的旋转。推力在无人机机身 FRD 框架内，以归一化 [-1, 1] 值表示。

  • px4_msgs::msg::VehicleRatesSetpoint

    • 支持以下输入组合

      • 滚动, 沥青, 打呵欠 和 推力.

    • 所有数值均以无人机机身 FRD 帧为单位。速率单位为[rad/s]，而推力_body 的归一化单位为[-1, 1]。

通用载具 ​

下列板外控制模式可绕过所有内部 PX4 控制回路，使用时应非常小心。

以下 MAVLink 报文及其特定字段和字段值允许用于指定的载具帧。

直升机/VTOL ​

  • 设置目标位置

    • 支持以下输入组合

      • 位置设定点（仅 x, y, z)
      • 速度设定点（仅 vx, vy, vz)
      • 加速度设定点（仅 afx, 安提, afz)
      • 位置设定点 和 速度设定点（速度设定点用作前馈；它与位置控制器的输出相加，结果用作速度控制器的输入）。
      • 位置设定点 和 速度设定点 和 加速度（速度和加速度设定点用作前馈；速度设定点与位置控制器的输出相加，其结果用作速度控制器的输入；加速度设定点与速度控制器的输出相加，其结果用于计算推力矢量）。

    • PX4 支持以下功能 坐标框架 值（仅）： mav_frame_local_ned 和 mav_frame_body_ned.

  • set_position_target_global_int

    • 支持以下输入组合

      • 位置设定点（仅 lat_int, lon_int, 选一)

      • 速度设定点（仅 vx, vy, vz)

      • 推力 设定点（仅 afx, 安提, afz)

        信息

        加速度设定点值被映射为标准化推力设定点（即不支持加速度设定点）。

      • 位置设定点 和 速度设定点（速度设定点用作前馈；它与位置控制器的输出相加，结果用作速度控制器的输入）。

    • PX4 支持以下功能 坐标框架 值（仅）： mav_frame_global.

  • 设置目标姿态

    • 支持以下输入组合
      • 态度/方向 (SET_ATTITUDE_TARGET.q）与推力设定点 (SET_ATTITUDE_TARGET.thrust).
      • 身体速率 (设置目标姿态 .body_roll_rate ,.body_pitch_rate, .body_yaw_rate）与推力设定点 (SET_ATTITUDE_TARGET.thrust).

固定翼飞机 ​

  • 设置目标位置

    • 支持以下输入组合（通过 类型掩码):

      • 位置设定点 (x, y, z 仅；速度和加速度设置点被忽略）。

        • 指定 类型 中设定点的 类型掩码 (如果未设置这些位，飞行器将以花朵状模式飞行）：

          信息

          部分 设定点类型 下面的值不属于 MAVLink 标准的一部分。 类型掩码 field.

          这些值是

          • 292:滑行设定点。该设置将 TECS 配置为优先考虑空速而非高度，以便在没有推力时使飞行器滑行（即通过控制俯仰来调节空速）。这相当于设置 类型掩码 作为 位置_目标类型掩码_z_忽略, position_target_typemask_vz_ignore, 位置目标类型掩码忽略.
          • 4096:起飞设定点
          • 8192：陆地设定点。
          • 12288： 负载设定点（以设定点为中心飞一圈）。
          • 16384：空转设定点（零节流、零滚转/俯仰）。

    • PX4 支持坐标框架 (坐标框架 字段）： mav_frame_local_ned 和 mav_frame_body_ned.

  • set_position_target_global_int

    • 支持以下输入组合（通过 类型掩码):

      • 位置设定点（仅 lat_int, lon_int, 选一)

        • 指定 类型 中设定点的 类型掩码 (如果未设置这些位，飞行器将以花朵状模式飞行）：

          信息

          设定点类型 下面的值不属于 MAVLink 标准的一部分。 类型掩码 field.

          这些值是

          • 4096:起飞设定点
          • 8192：陆地设定点。
          • 12288： 负载设定点（以设定点为中心飞一圈）。
          • 16384：空转设定点（零节流、零滚转/俯仰）。

    • PX4 支持以下功能 坐标框架 值（仅）： mav_frame_global.

  • 设置目标姿态

    • 支持以下输入组合
      • 态度/方向 (SET_ATTITUDE_TARGET.q）与推力设定点 (SET_ATTITUDE_TARGET.thrust).
      • 身体速率 (设置目标姿态 .body_roll_rate ,.body_pitch_rate, .body_yaw_rate）与推力设定点 (SET_ATTITUDE_TARGET.thrust).

UGV无人车 ​

  • 设置目标位置

    • 支持以下输入组合（以 类型掩码):

      • 位置设定点（仅 x, y, z)

        • 指定 类型 中设定点的 类型掩码:

          信息

          设定点类型 下面的值不属于 MAVLink 标准的一部分。 类型掩码 领域：

          这些值是

          • 12288： 装载设定点（载具在接近设定点时停止）。

      • 速度设定点（仅 vx, vy, vz)

    • PX4 支持坐标框架 (坐标框架 字段）： mav_frame_local_ned 和 mav_frame_body_ned.

  • set_position_target_global_int

    • 支持以下输入组合（以 类型掩码):

      • 位置设定点（仅 lat_int, lon_int, 选一)

    • 指定 类型 中设定点的 类型掩码 (不属于 MAVLink 标准）。这些值是

      • 未设置以下位，则行为正常。
      • 12288： 装载设定点（载具在接近设定点时停止）。

    • PX4 支持坐标框架 (坐标框架 字段）： mav_frame_global.

  • 设置目标姿态

    • 支持以下输入组合
      • 态度/方向 (SET_ATTITUDE_TARGET.q）与推力设定点 (SET_ATTITUDE_TARGET.thrust).

        信息

        实际使用/提取的只有偏航设置。

机外参数 ​

机外模式 受以下参数影响：

参数说明
COM_OF_LOSS_T当板载连接丢失时，在触发板载丢失故障安全（"板载连接丢失"）前等待的超时（秒） (COM_OBL_RC_ACT)
COM_OBL_RC_ACT如果失去机载控制，将切换到的飞行模式（数值为-）。 0: 定位（POSITION）, 1: 海拔高度, 2: 手册, 3:* 返回、 4:*土地*）。
com_rc_override控制在多旋翼飞行器（或 多旋翼 模式下的 VTOL）上移动摇杆是否会导致模式切换为 位置模式.默认情况下离线模式不启用此功能。
com_rc_stick_ov杆的移动量会导致过渡到 位置模式 （如果 com_rc_override 已启用）。
COM_RCL_EXCEPT指定忽略 RC 丢失和不触发故障安全动作的模式。设置位 2 以忽略离板模式下的 RC 丢失。

开发人员资源 ​

通常情况下，开发人员不会直接在 MAVLink 层工作，而是使用机器人应用程序接口，如 MAVSDK 或 ROS (提供开发人员友好的应用程序接口，并负责管理和维护连接、发送信息和监控响应--这些都是与 机外模式 和 MAVLink）。

以下资源可能对开发人员有用：