/IntelligentUAVChampionshipBase

This is the basic ros development environment for the intelligent UAV championshop competition, including a docker container.

Primary LanguageC++OtherNOASSERTION

release note:

20230926：更新 airsim_ros 包中的数据类型以适配模拟器v1.0, 更改点为，为所有自定义数据类型增加了时间戳

20230909: FIX：airsim_ros/srv/Reset.srv

20230908: 更新README

自主无人机竞速基本开发教程

  1. 启动模拟器

    参考 自主无人机竞速模拟器使用说明 配置好模拟器并启动

  2. 安装Nvidia-Docker

    确保已安装了 Nvidia 驱动

    安装docker

    • sudo apt-get install ca-certificates gnupg lsb-release
    • sudo mkdir -p /etc/apt/keyrings
    • curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/docker.gpg
    • echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null
    • sudo apt-get update
    • sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin

    安装nvidia-container-toolkit

    • distribution=$(. /etc/os-release;echo $ID$VERSION_ID)
    • curl -s -L https://nvidia.github.io/nvidia-docker/gpgkey | sudo apt-key add -
    • curl -s -L https://nvidia.github.io/nvidia-docker/$distribution/nvidia-docker.list | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/nvidia-docker.list
    • sudo apt-get update && sudo apt-get install -y nvidia-container-toolkit
    • sudo systemctl restart docker

    设置用户组，消除 sudo 限制

    • sudo groupadd docker
    • sudo gpasswd -a $USER docker
    • 注销账户并重新登录使新的用户组生效
    • sudo service docker restart

  3. 安装ROS-Noetic

    • sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
    • sudo apt install curl
    • curl -s https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add -
    • sudo apt update
    • sudo apt install ros-noetic-desktop-full
    • sudo apt install python3-catkin-tools

  4. 基于docker镜像的控制程序开发流程

    本次比赛中的模拟器使用 ROS 进行通讯，选手需要编写含有控制程序的ros功能包操控无人机完成目标,该ros功能包需要封装在docker镜像中进行提交。建议先在主机下开发完相应程序后在进行程序的docker封装，流程如下

    进入文件目录
    cd /path/to/IntelligentUAVChampionshipBase/basic_dev
    开发案例完成功能设计与程序开发并根据需要修改 Dockerfile 后，构建镜像
    docker build -t basic_dev .
    导出镜像
    docker image save [镜像：TAG] > test.tar
    在主机工作目录下会出现 test.tar 文件，该文件即为可提交镜像

    注意:

    1. 服务器会在外部随机分配ip给容器，不能在镜像中的启动文件中提供 ROS_IP 和 ROS_MASTER_URI 这两个环境变量，否则服务器与容器将无法连接
    2. 镜像中的程序应在镜像启动后自动开启
    3. 镜像程序不允许使用GUI(X11等)功能，程序案例中的GUI程序仅供调试使用

  5. 程序案例

    基础开发环境(basic_dev)

    简介

    该镜像包含有ros-noetic-desktop-focal以及相关的必要ros组件。程序中展示了如何模拟器进行数据交互

    使用说明

    进入文件目录
    cd /path/to/IntelligentUAVChampionshipBase/basic_dev
    构建镜像
    docker build -t basic_dev .
    启动docker镜像
    ./run_basic_dev.sh
    当看到如下图，说明容器启动成功，程序可接受到模拟器传出的数据 pic

    位置控制固定路线巡航(pos_ctrl)

    简介

    该镜像实现了基于速度控制接口的PD控制器。程序会控制无人机沿着一个固定椭圆路径飞行

    使用说明

    进入文件目录
    cd /path/to/IntelligentUAVChampionshipBase/pos_ctrl
    构建镜像
    docker build -t pos_ctrl .
    启动docker镜像
    ./run_posctrl.sh
    当看到如下图，说明容器启动成功，front_left窗口展示无人机的左相机视角，终端中展示无人机的实时位姿，目标位姿与实时速度指令 pic pic

    键盘控制(kb_ctrl)

    简介

    用X11协议获取键盘事件，并基于pd控制器构建的模拟无人机遥控器，实现了无人机的前后左右上下移动以及左右旋转。

    键位说明

    q/e:            左/右旋转
    w/s:            前/后移动
    a/d:            左/右移动
    space/f:   上/下移动
    esc:            退出键盘控制

    使用说明

    进入文件目录
    cd /path/to/IntelligentUAVChampionshipBase/kb_ctrl
    构建镜像
    docker build -t kb_ctrl .
    启动docker镜像
    ./run_kbctrl.sh
    当看到如下图，说明容器启动成功，front_left窗口展示无人机的左相机视角，终端中输出键位说明。此时键盘的被占用，仅能够用于控制无人机。当按下esc后键盘被释放 pic pic

  6. ros数据交互

    pic

    用于获取数据的可订阅的主题

    • 下视相机
      /airsim_node/drone_1/bottom_center/Scene
    • 双目左rgb图
      /airsim_node/drone_1/front_left/Scene
    • 双目右rgb图
      /airsim_node/drone_1/front_right/Scene
    • imu数据
      /airsim_node/drone_1/imu/imu
    • 无人机状态真值
      /airsim_node/drone_1/debug/pose_gt
    • gps数据
      /airsim_node/drone_1/pose
    • 障碍圈位姿真值
      /airsim_node/drone_1/debug/circle_poses_gt
    • 障碍圈参考位姿
      /airsim_node/drone_1/circle_poses
    • 赛道中生成的树的真实位置
      /airsim_node/drone_1/debug/tree_poses_gt
    • 电机输入PWM信号(0:右前, 1:左后, 2:左前, 3:右后)
      /airsim_node/drone_1/rotor_pwm

    用于发送指令的主题

    • 姿态控制
      /airsim_node/drone_1/pose_cmd_body_frame
    • 速度控制
      /airsim_node/drone_1/vel_cmd_body_frame
    • 角速度推力控制
      /airsim_node/drone_1/angle_rate_throttle_frame

    可用服务

    • 起飞
      /airsim_node/drone_1/takeoff
    • 降落
      /airsim_node/drone_1/land
    • 重置
      /airsim_node/reset

    注意:

    服务器仅开放 下视相机, 双目左rgb图, 双目右rgb图, gps数据, 障碍圈参考位姿, imu数据， 规则手册中未提及的话题(无人机状态真值, 障碍圈位姿真值, 赛道中生成的树的真实位置, 电机输入PWM信号)仅供调试程序使用。

Q&A

编译失败，显示缺失 airsim_ros 相关包

每个案例都包含有 airsim_ros 包， 当使用 _catkin_make_时， 由于是多线程编译， airsim_ros 还没编译完成导致案例包找不到，此时再次使用 catkin_make 进行编译即可解决问题。 pic