Автономный полет
Модуль simple_offboard предназначен для упрощенного программирования автономного полета дрона (режим OFFBOARD). Он позволяет устанавливать желаемые полетные задачи и автоматически трансформирует систему координат.
simple_offboard является высокоуровневым способом взаимодействия с полетным контроллером. Для более низкоуровневой работы см. mavros.
Основные сервисы – get_telemetry (получение телеметрии), navigate (полет в заданную точку по прямой), navigate_global (полет в глобальную точку по прямой), land (переход в режим посадки).
Использование из языка Python
Для использования сервисов, необходимо создать объекты-прокси к ним. Используйте этот шаблон для вашей программы:
import rospy
from drone import srv
from std_srvs.srv import Trigger
rospy.init_node('flight')
get_telemetry = rospy.ServiceProxy('get_telemetry', srv.GetTelemetry)
navigate = rospy.ServiceProxy('navigate', srv.Navigate)
navigate_global = rospy.ServiceProxy('navigate_global', srv.NavigateGlobal)
set_altitude = rospy.ServiceProxy('set_altitude', srv.SetAltitude)
set_yaw = rospy.ServiceProxy('set_yaw', srv.SetYaw)
set_yaw_rate = rospy.ServiceProxy('set_yaw_rate', srv.SetYawRate)
set_position = rospy.ServiceProxy('set_position', srv.SetPosition)
set_velocity = rospy.ServiceProxy('set_velocity', srv.SetVelocity)
set_attitude = rospy.ServiceProxy('set_attitude', srv.SetAttitude)
set_rates = rospy.ServiceProxy('set_rates', srv.SetRates)
land = rospy.ServiceProxy('land', Trigger)
Неиспользуемые функции-прокси можно удалить из кода.
Описание API
Незаполненные числовые параметры устанавливаются в значение 0.
get_telemetry
Получить полную телеметрию коптера.
Параметры:
frame_id– система координат для значенийx,y,z,vx,vy,vz. Пример:map,body,aruco_map. Значение по умолчанию:map.
Формат ответа:
frame_id– система координат;connected– есть ли подключение к FCU;armed– состояниеarmedпропеллеров (пропеллеры включены, если true);mode– текущий полетный режим;x, y, z– локальная позиция коптера (м);lat, lon– широта, долгота (градусы), необходимо наличие GPS;alt– высота в глобальной системе координат (стандарт WGS-84, не AMSL!), необходимо наличие GPS;vx, vy, vz– скорость коптера (м/с);roll– угол по крену (радианы);pitch– угол по тангажу (радианы);yaw– угол по рысканью (радианы);roll_rate– угловая скорость по крену (рад/с);pitch_rate– угловая скорость по тангажу (рад/с);yaw_rate– угловая скорость по рысканью (рад/с);voltage– общее напряжение аккумулятора (В);cell_voltage– напряжение аккумулятора на ячейку (В).
Недоступные по каким-то причинам поля будут содержать в себе значения
NaN.
Вывод координат x, y и z коптера в локальной системе координат:
telemetry = get_telemetry()
print(telemetry.x, telemetry.y, telemetry.z)
Вывод высоты коптера относительно карты ArUco-меток:
telemetry = get_telemetry(frame_id='aruco_map')
print(telemetry.z)
Проверка доступности глобальной позиции:
import math
if not math.isnan(get_telemetry().lat):
print('Global position is available')
else:
print('No global position')
Вывод текущей телеметрии (командная строка):
rosservice call /get_telemetry "{frame_id: ''}"
navigate
Прилететь в обозначенную точку по прямой.
Параметры:
x,y,z– координаты (м);yaw– угол по рысканью (радианы);speed– скорость полета (скорость движения setpoint) (м/с);auto_arm– перевести коптер вOFFBOARDи заармить автоматически (коптер взлетит);frame_id– система координат, в которой заданыx,y,zиyaw(по умолчанию:map).
Для полета без изменения угла по рысканью достаточно установить
yawвNaN(значение угловой скорости по умолчанию – 0).
Взлет на высоту 1.5 м со скоростью взлета 0.5 м/с:
navigate(x=0, y=0, z=1.5, speed=0.5, frame_id='body', auto_arm=True)
Полет по прямой в точку 5:0 (высота 2) в локальной системе координат со скоростью 0.8 м/с (рысканье установится в 0):
navigate(x=5, y=0, z=3, speed=0.8)
Полет в точку 5:0 без изменения угла по рысканью:
navigate(x=5, y=0, z=3, speed=0.8, yaw=float('nan'))
Полет вправо относительно коптера на 3 м:
navigate(x=0, y=-3, z=0, speed=1, frame_id='body')
Полет влево на 2 м относительно последней целевой точки полета дрона:
navigate(x=0, y=2, z=0, speed=1, frame_id='navigate_target')
Повернуться на 90 градусов по часовой:
navigate(yaw=math.radians(-90), frame_id='body')
Полет в точку 3:2 (высота 2) в системе координат маркерного поля со скоростью 1 м/с:
navigate(x=3, y=2, z=2, speed=1, frame_id='aruco_map')
Взлет на высоту 2 м (командная строка):
rosservice call /navigate "{x: 0.0, y: 0.0, z: 2, yaw: 0.0, speed: 0.5, frame_id: 'body', auto_arm: true}"
При программировании миссии дрона в терминах "вперед-назад-влево-вправо" рекомендуется использовать систему координат
navigate_targetвместоbody, чтобы не учитывать неточность прилета дрона в предыдущую целевую точку при вычислении следующей.
navigate_global
Полет по прямой в точку в глобальной системе координат (широта/долгота).
Параметры:
lat,lon– широта и долгота (градусы);z– высота (м);yaw– угол по рысканью (радианы);speed– скорость полета (скорость движения setpoint) (м/с);auto_arm– перевести коптер вOFFBOARDи заармить автоматически (коптер взлетит);frame_id– система координат, в которой заданыzиyaw(по умолчанию:map).
Для полета без изменения угла по рысканью достаточно установить
yawвNaN.
Полет в глобальную точку со скоростью 5 м/с, оставаясь на текущей высоте (yaw установится в 0, коптер сориентируется передом на восток):
navigate_global(lat=55.707033, lon=37.725010, z=0, speed=5, frame_id='body')
Полет в глобальную точку без изменения угла по рысканью:
navigate_global(lat=55.707033, lon=37.725010, z=0, speed=5, yaw=float('nan'), frame_id='body')
Полет в глобальную точку (командная строка):
rosservice call /navigate_global "{lat: 55.707033, lon: 37.725010, z: 0.0, yaw: 0.0, speed: 5.0, frame_id: 'body', auto_arm: false}"
set_altitude
Изменить целевую высоту полета. Сервис используется для независимой установки высоты (и системы координат для расчета высота) в режимах полета navigate и set_position.
Параметры:
z– высота полета (м);frame_id– система координат для расчета высоты полета.
Установить высоту полета в 2 м относительно пола:
set_altitude(z=2, frame_id='terrain')
Установить высоту полета в 1 м относительно маркерного поля:
set_altitude(z=1, frame_id='aruco_map')
set_yaw
Изменить целевой угол по рысканью (и систему координат для его расчета), оставив предыдущую команду в силе.
Параметры:
- yaw – угол по рысканью (радианы);
- frame_id – система координат для расчета угла по рысканью.
Повернуться на 90 градусов по часовой (продолжая выполнять предыдущую команду):
set_yaw(yaw=math.radians(-90), frame_id='body')
Установить угол по рысканью в ноль в системе координат маркерного поля:
set_yaw(yaw=0, frame_id='aruco_map')
Остановить вращение по рысканью (при использовании set_yaw_rate):
set_yaw(yaw=float('nan'))
set_yaw_rate
Изменить целевую угловую скорость по рысканью, оставив предыдущую команду в силе.
Параметры:
- yaw_rate – угловая скорость по рысканью (рад/с).
Положительное направление вращения (при виде сверху) – против часовой.
Начать вращение на месте со скоростью 0.5 рад/c против часовой (продолжая выполнять предыдущую команду):
set_yaw_rate(yaw_rate=0.5)
set_position
Установить цель по позиции и рысканью. Данный сервис следует использовать при необходимости задания продолжающегося потока целевых точек, например, для полета по сложным траекториям (круговой, дугообразной и т. д.).
Для полета на точку по прямой или взлета используйте более высокоуровневый сервис
navigate.
Параметры:
x,y,z– координаты точки (м);yaw– угол по рысканью (радианы);auto_arm– перевести коптер вOFFBOARDи заармить автоматически (коптер взлетит);frame_id– система координат, в которой заданыx,y,zиyaw(по умолчанию:map).
Зависнуть на месте:
set_position(frame_id='body')
Назначить целевую точку на 3 м выше текущей позиции:
set_position(x=0, y=0, z=3, frame_id='body')
Назначить целевую точку на 1 м впереди текущей позиции:
set_position(x=1, y=0, z=0, frame_id='body')
set_velocity
Установить скорости и рысканье.
vx,vy,vz– требуемая скорость полета (м/с);yaw– угол по рысканью (радианы);auto_arm– перевести коптер вOFFBOARDи заармить автоматически (коптер взлетит);frame_id– система координат, в которой заданыvx,vy,vzиyaw(по умолчанию:map).
Параметр
frame_idопределяет только ориентацию результирующего вектора скорости, но не его длину.
Полет вперед (относительно коптера) со скоростью 1 м/с:
set_velocity(vx=1, vy=0.0, vz=0, frame_id='body')
set_attitude
Установить тангаж, крен, рысканье и уровень газа (примерный аналог управления в режиме STABILIZED). Данный сервис может быть использован для более низкоуровневого контроля поведения коптера либо для управления коптером при отсутствии источника достоверных данных о его позиции.
Параметры:
roll,pitch,yaw– необходимый угол по тангажу, крену и рысканью (радианы);thrust– уровень газа от 0 (нет газа, пропеллеры остановлены) до 1 (полный газ);auto_arm– перевести коптер вOFFBOARDи заармить автоматически (коптер взлетит);frame_id– система координат, в которой заданyaw(по умолчанию:map).
set_rates
Установить угловые скорости по тангажу, крену и рысканью и уровень газа (примерный аналог управления в режиме ACRO). Это самый низкий уровень управления коптером (исключая непосредственный контроль оборотов моторов). Данный сервис может быть использован для автоматического выполнения акробатических трюков (например, флипа).
Параметры:
roll_rate,pitch_rate,yaw_rate– угловая скорость по тангажу, крену и рыканью (рад/с);thrust– уровень газа от 0 (нет газа, пропеллеры остановлены) до 1 (полный газ).auto_arm– перевести коптер вOFFBOARDи заармить автоматически (коптер взлетит);
Положительное направление вращения yaw_rate (при виде сверху) – против часовой, pitch_rate – вперед, roll_rate – влево.
land
Перевести коптер в режим посадки (AUTO.LAND или аналогичный).
Посадка коптера:
res = land()
if res.success:
print('Copter is landing')
Посадка коптера (командная строка):
rosservice call /land "{}"
release
В случае необходимости приостановки отправки setpoint-сообщений, используйте сервис simple_offboard/release:
release = rospy.ServiceProxy('simple_offboard/release', Trigger)
release()