带仿真场景Gazebo的多车模拟

本主题介绍如何使用 Gazebo 和 SITL（仅限 Linux）模拟多个无人飞行器。在使用 ROS 和不使用 ROS 的情况下，会采用不同的模拟方法。

多车带仿真场景Gazebo（无 ROS）

要在 Gazebo 中模拟多个虹膜或平面飞行器，请在终端中使用以下命令（从根目录的 固件 树）：

Tools/gazebo_sitl_multiple_run.sh [-m <model>] [-n <number_of_vehicles>] [-w <world>] [-s <script>] [-t <target>] [-l <label>]。

• 型号:""""""""""""等字样。 载具类型/型号 例如 马兰花 (默认）、 飞机, standard_vtol, UGV无人车, r1_rover 台风_h480.

• <number_of_vehicles>；:要生成的载具数量。默认值为 3，最大值为 255。

• <世界>；:""""""""""""等字样。 世界 载具应在其中生成，例如：...........： 空的 （默认）

• <script>；:生成多辆不同类型的载具（覆盖 -m 和 -n).例如

  -s"iris:3,plane:2,standard_vtol:3"；
  

  • 支持的载具类型有 马兰花, 飞机, standard_vtol, UGV无人车, r1_rover 台风_h480.
  • 冒号后的数字表示要生成的（该类型）载具数量。
  • 最多可容纳 255 辆车。

• <目标>；：构建目标，例如 px4_sitl_default (默认）、 px4_sitl_rtps

• <标签>； : 型号的特定标签，例如 rtps

每个载具实例都有一个唯一的 MAVLink 系统 ID（1、2、3 等）。载具实例通过按顺序分配的 PX4 远程 UDP 端口进行访问： 14540 - 14548 (附加实例均使用相同的远程 UDP 端口访问）： 14549).

备注

之所以会出现 255 辆车的限制，是因为 mavlink MAV_SYS_ID 同一网络中仅支持 255 辆车 MAV_SYS_ID 和各种 UDP 端口分配在 SITL rcS 中： init.d-posix/rcS (打开新窗口）

视频：多旋翼飞行器（虹膜）

视频多平面

视频多重 VTOL

构建和测试（RTPS/DDS）

要在 Gazebo 中基于 RTPS/DDS 模拟多辆汽车，请使用 gazebo_sitl_multiple_run.sh 命令，并在终端中使用 -t px4_sitl_rtps 选项中的 PX4-自动驾驶仪 树（如上所述）。在这里，我们将使用 -t px4_sitl_rtps 选项，设置我们将使用 RTPS 而不是 MAVLink 模拟 API 与 PX4 通信。这将构建并运行 马兰花 模型和 默认情况下也会启动 microRTPS 客户端 (您可以使用 -m 参数）。

备注

您需要安装或 eProsima Fast DDS 或 ROS 2 Foxy 或更高版本以及 micrortps_agent 应在每辆车的不同终端中运行。更多信息，请参阅： RTPS/DDS 接口：PX4-Fast RTPS（DDS）桥接器关于如何与非 ROS2 DDS 参与者应用程序交互，或 ROS 2 用户指南（PX4-ROS 2 桥接器）用于连接 ROS2 节点。

要建立一个示例设置，请按照以下步骤操作：

1. 克隆 PX4/固件代码，然后构建 SITL 代码：

   CD 固件克隆
   Git 子模块更新 --init --recursive
   DONT_RUN=1 生产 PX4_SITL_RTPS 仿真场景Gazebo
   

2. 建立 micrortps_agent

   • 要在独立于 ROS 的 RTPS/DDS 应用程序中使用该代理，请遵循 点击此处查看安装说明
   • 要在 ROS 2 中使用该代理，请按照 此处的说明

3. 运行 gazebo_sitl_multiple_run.sh.例如，要生成 4 辆车，运行 ：

   ./Tools/gazebo_sitl_multiple_run.sh -t px4_sitl_rtps -m iris -n 4
   

   备注

   每个载具实例分配一个唯一的 MAVLink 系统 ID（1、2、3 等），可从唯一的远程 UDP 端口（2019、2021、2023 等）接收数据，并向 UDP 端口（2020、2022、2024 等）发送数据。

4. 运行 micrortps_agent.例如，要连接 4 辆车，运行 ：

   micrortps_agent -t UDP -r 2020 -s 2019 -n vhcl0 及样品；
   micrortps_agent -t UDP -r 2022 -s 2021 -n vhcl1 及样品；
   micrortps_agent -t UDP -r 2024 -s 2023 -n vhcl2 及样品；
   micrortps_agent -t UDP -r 2026 -s 2025 -n vhcl3 及样品；
   

   备注

   要使用 ROS2 与 PX4 的特定实例通信，必须使用 -n<命名空间>； 选项。例如，运行 micrortps_agent -t UDP -r 2020 -s 2019 -n vhcl0 将导致代理在发布其所有主题时使用名称空间前缀 /vhcl0 例如 综合传感器 数据来自 vhcl0 将就这一主题发表 /vhcl0/fmu/sensor_combined/out而如果要向同一载具发送命令，则必须向主题 /vhcl0/fmu/vehicle_command/in).然后，您就可以只订阅和发布该载具的主题。

配有 ROS 和仿真场景Gazebo的多辆汽车

本示例演示的设置是打开 Gazebo 客户端图形用户界面，显示空旷世界中的两辆 Iris 载具。然后您可以使用 QGroundControl 和 MAVROS 的管理方式类似。

需要

• 当前 PX4 ROS/Gazebo 开发环境

  备注

  在撰写本文档时，该系统使用的是 Ubuntu 18.04 和 ROS Melodic/Gazebo 9。另请参见 仿真场景Gazebo模拟.

• 马弗罗斯一揽子计划 (打开新窗口）

• 克隆 PX4/PX4-自动驾驶仪 (打开新窗口）

构建和测试

要建立一个示例设置，请按照以下步骤操作：

1. 克隆 PX4/PX4-Autopilot 代码，然后构建 SITL 代码

   cd Firmware_clone git submodule update --init --recursive DONT_RUN=1 make px4_sitl_default gazebo
   

2. 从环境中寻找灵感：

   源 Tools/setup_gazebo.bash $(pwd) $(pwd)/build/px4_sitl_default export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:$(pwd):$(pwd)/Tools/sitl_gazebo
   

3. 运行启动文件：

   roslaunch px4 multi_uav_mavros_sitl.launch
   

   备注

   您可以指定 gui:=false 在上述 玫瑰发射 来启动无用户界面的 Gazebo。

教程示例打开 Gazebo 客户端图形用户界面，显示空旷世界中的两辆 Iris 载具。

您可以通过 QGroundControl 或 MAVROS 的管理方式与管理单一载具的方式类似：

• QGroundControl 将有一个下拉菜单，用于选择重点关注的载具；
• MAVROS 要求在主题/服务路径前包含适当的命名空间（例如，对于 <group ns="uav1">； 您将使用 /uav1/mavros/mission/push).

发生了什么？

每辆模拟载具都需要以下信息：

• 仿真场景Gazebo模型:其定义为 xacro 文件中的 PX4-Autopilot/Tools/sitl_gazebo/models/rotors_description/urdf/<model>_base.xacro 看看 这里 (打开新窗口）.目前，该模型 xacro 文件假定以 base.xacro.该模型应该有一个名为 mavlink_udp_port 定义了 gazebo 与 PX4 节点通信的 UDP 端口。模型的 xacro 文件将用于生成一个 urdf 该模型包含您选择的 UDP 端口。要定义 UDP 端口，请设置 mavlink_udp_port 在每辆车的发射文件中，请参见 这里 (打开新窗口） 为例。

  备注

  如果您使用的是同一车型，则不需要单独的 xacro 每辆车的文件。相同的 xacro 文件就足够了。

• PX4 节点:这是 SITL PX4 应用程序。它通过 Gazebo 载具模型中定义的相同 UDP 端口与模拟器 Gazebo 通信，即 mavlink_udp_port.要在 PX4 SITL 应用程序端设置 UDP 端口，需要设置 SITL_UDP_PRT 参数与启动文件中的 mavlink_udp_port 前文已讨论过，见 这里 (打开新窗口）.启动文件中的启动文件路径是根据 汽车 和 身份证 论点，见 这里 (打开新窗口）.......。 MAV_SYS_ID 启动文件中的每辆车，请参见 这里 (打开新窗口）应与 身份证 发射文件中该飞行器的 这里 (打开新窗口）.这将有助于确保启动文件和启动文件的配置保持一致。

• 马弗罗斯节点 (可选）：可在启动文件中运行一个单独的 MAVROS 节点，参见 这里 (打开新窗口）如果您想通过 ROS 控制载具，您需要在启动文件中的特定端口集上启动 MAVLink 流，以便连接到 PX4 SITL 应用程序。您需要在启动文件中的一组独特端口上启动 MAVLink 流，请参见 这里 (打开新窗口）.这些唯一的端口必须与 MAVROS 节点启动文件中的端口一致，请参见 这里 (打开新窗口）.

启动文件 multi_uav_mavros_sitl.launch有以下作用、

• 在仿真场景Gazebo中装载一个世界、

    <!-- Gazebo 模拟 --> <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"> <arg name="gui" value="$(arg gui)"/> <arg name="world_name" value="$(arg world)"/> <arg name="debug"；value="$(arg debug)"/> <arg name="verbose" value="$(arg verbose)"/> <arg name="paused" value="$(arg paused)"/> </include>；
  

• 每辆车、

  • 从 xacro 创建 urdf 模型，加载 gazebo 模型并运行 PX4 SITL 应用程序实例

      <!-- PX4 SITL 和载具产卵 --> <include file="$(find px4)/launch/single_vehicle_spawn.launch"> <arg name="x" value="0"/> <arg name="y" value="0"/> <arg name="z" value="0"；/> <arg name="R" value="0"/> <arg name="P" value="0"/> <arg name="Y" value="0"/> <；arg name="vehicle" value="$(arg vehicle)"/> <arg name="rcS" value="$(find px4)/posix-configs/SITL/init/$(arg est)/$(arg vehicle)_$(arg ID)"；/> <arg name="mavlink_tcp_port" value="4560"/> <arg name="ID" value="$(arg ID)"/> </include>；
    

  • 运行一个 mavros 节点

      <!-- MAVROS --> <include file="$(find mavros)/launch/px4.launch"> <arg name="fcu_url" value="$(arg fcu_url)"/> <arg name="gcs_url" value=""/> <；arg name="tgt_system" value="$(arg ID)"/> <arg name="tgt_component" value="1"/> </include>；
    

  备注

  每辆车的完整区块都包含在一组 组>； 标记来分隔载具的 ROS 命名空间。

要在模拟中添加第三个虹膜，需要考虑两个主要部分：

• 增加 UAV3 至 multi_uav_mavros_sitl.launch
  • 复制现有载具组 (UAV1 或 UAV2)
  • 递增 身份证 将 3
  • 为 mavlink_udp_port 与 Gazebo 通信的 arg
  • 中的两个端口号，为 MAVROS 通信选择端口。 fcu_url 雅格
• 创建一个启动文件，并对该文件进行如下修改：

  • 复制现有的 iris rcS 启动文件 (iris_1 或 虹膜_2) 并将其重命名为 iris_3

  • MAV_SYS_ID 值为 3

  • SITL_UDP_PRT 的值相匹配 mavlink_udp_port 启动文件

  • 其一 启动 端口和 mavlink 流 将端口值改为相同的值，用于 QGC 通信

  • 其二 启动 端口必须与启动文件中使用的端口一致 fcu_url 雅格

    备注

    注意哪个端口是 来源 和 数据终端 为不同的终点。

使用 SDF 模型的多辆汽车

本节将介绍开发人员如何使用 Gazebo SDF 文件中定义的载具模型（而不是使用 ROS Xacro 文件中定义的模型，如本主题其余部分所述）来模拟多辆载具。

步骤如下

1. 安装 xmlstarlet 从你的 Linux 终端：

   sudo apt install xmlstarlet
   

2. 使用 玫瑰发射 与 multi_uav_mavros_sitl_sdf.launch 启动文件：

   roslaunch multi_uav_mavros_sitl_sdf.launch vehicle:=<model_file_name> ```` :::note 注意载具模型文件名参数是可选的 (`vehicle:=<model_file_name>`)；如果省略，将默认使用 [plane model](https://github.com/PX4/sitl_gazebo/tree/master/models/plane)。 :::：
   
   

该方法与使用 xacro 相似，但 SITL/Gazebo 端口号会由 xmstarlet 不需要在 SDF 文件中指定。

要添加新的载具，您需要确保可以找到模型（以便在 Gazebo 中生成），并且 PX4 需要有相应的启动脚本。

1. 您可以选择

   • 修改 single_vehicle_spawn_sdf.launch 将下面的一行改为指向模型的位置：

     $(find px4)/Tools/sitl_gazebo/models/$(arg vehicle)/$(arg vehicle).sdf
     

     备注

     确保您设置了 汽车 参数，即使您对模型的路径进行了硬编码。

   • 将模型复制到上述文件夹中（遵循相同的路径约定）。

2. 汽车 参数用于设置 PX4_SIM_MODEL 环境变量，默认的 rcS（启动脚本）会使用该变量为模型查找相应的启动设置文件。在 PX4 中，这些启动文件可以在 PX4-Autopilot/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/ 目录。例如，这里是飞机模型的 启动脚本 (打开新窗口）.要实现这一功能，启动文件中的 PX4 节点需要通过参数来指定 rcS 文件 (etc/init.d/rcS）和 rootfs 等目录的位置 ($(find px4)/build_px4_sitl_default/etc).为简单起见，建议将模型的启动文件与 PX4 的启动文件一起放在 PX4-Autopilot/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/.

其他资源

• 参见 模拟 的 UDP 端口配置说明。
• 参见 仿真场景Gazebo中的 URDF (打开新窗口） 以获取更多关于使用 xacro 生成模型的信息。
• 参见 转子 (打开新窗口） 了解更多 xacro 型号。