[Autonomous DRONE] ENV(환경) 구축

roscd offboard_py
mkdir launch
cd launch
touch start_offb.launch

Required

• Ubuntu 20.04
• ROS Noetic(ROS 1)
• GAZEBO 11(ROS 설치 시 기본 탑재)

자율주행 드론 제작에 앞서...

드론의 제어 메커니즘을 개발하기 위함이 아닌 자율주행을 가능토록 함에 있으므로 수년간 개발된 PX4를 기반으로 한다.

글쓴이도 드론이나 비행기를 제작할 때 PX4가 탑재된 Pixhawk4를 사용해왔으며 Manual Control이 아닌 자율주행을 구행하기 위해 Companion Computer를 추가적으로 설치하여 진행할 계획이다.

 

자율주행 드론을 제작하기에 앞서 가상환경에서 알고리즘을 분석하고 적용하는 과정을 선제적으로 진행하려 한다. 

 

[출처 : https://dev.px4.io/]

 

시뮬레이션 환경을 구성하기 위해서는

1. 비행 제어 시스템(PX4) - 판단/인지 후 명령 알고리즘

2. 시뮬레이션 환경

으로 크게 나누어 볼 수 있다.

 

알고리즘 제작에 앞서서 기본적인 환경을 구축하고자 한다.

 

PX4-Tool Chain 설치

앞에서 말한 바와 같이 비행에 대한 기본 제어 시스템은 PX4를 기반으로 한다. 그러므로 PX4에서 제공중인 Tool Chain을 이용하여 진행할 계획이다.

 

1. 작업 공간(catkin_ws) 생성

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd catkin_ws/src
catkin_init_workspace

 

2. GITHUB를 통해 PX4-Autopilot 받아오기

git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive
bash ./PX4-Autopilot/Tools/setup/ubuntu.sh

 

MAVROS 설치

앞에서 말한 바와 같이 통신 프로토콜은 MAVLink를 통해 이뤄진다. 이때 전달되는 형태는 MAVROS를 기반으로 하고 있다. 그러므로 해당 형태로 통신할 수 있도록 MAVROS를 설치한다.

sudo apt-get install ros-noetic-mavros ros-noetic-mavros-extras

wget https://raw.githubusercontent.com/mavlink/mavros/master/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh
sudo bash ./install_geographiclib_datasets.sh

cd ~/catkin_ws
source devel/setup.bash
catkin init
wstool init src


rosinstall_generator --upstream mavros | tee -a /tmp/mavros.rosinstall
rosinstall_generator --upstream-development mavros | tee -a /tmp/mavros.rosinstall

wstool merge -t src /tmp/mavros.rosinstall
wstool update -t src -j4
rosdep install --from-paths src --ignore-src -y


catkin build

 

기본 예제의 적용

기본적인 Offboard 예제 파일이 PX4 User Guide를 통해 제공된다.

cd catkin_ws/src
catkin_create_pkg offboard_py rospy

cd ..
catkin build
source devel/setup.bash

roscd offboard_py

mkdir scripts
cd scripts

 

Code

touch offb_node.py
chmod +x offb_node.py

 

offb_node.py 코드(python3를 이용하므로 python 버전 3으로 설정)

"""
 * File: offb_node.py
 * Stack and tested in Gazebo Classic 9 SITL
"""

#! /usr/bin/env python3

import rospy
from geometry_msgs.msg import PoseStamped
from mavros_msgs.msg import State
from mavros_msgs.srv import CommandBool, CommandBoolRequest, SetMode, SetModeRequest

current_state = State()

def state_cb(msg):
    global current_state
    current_state = msg


if __name__ == "__main__":
    rospy.init_node("offb_node_py")

    state_sub = rospy.Subscriber("mavros/state", State, callback = state_cb)

    local_pos_pub = rospy.Publisher("mavros/setpoint_position/local", PoseStamped, queue_size=10)

    rospy.wait_for_service("/mavros/cmd/arming")
    arming_client = rospy.ServiceProxy("mavros/cmd/arming", CommandBool)

    rospy.wait_for_service("/mavros/set_mode")
    set_mode_client = rospy.ServiceProxy("mavros/set_mode", SetMode)


    # Setpoint publishing MUST be faster than 2Hz
    rate = rospy.Rate(20)

    # Wait for Flight Controller connection
    while(not rospy.is_shutdown() and not current_state.connected):
        rate.sleep()

    pose = PoseStamped()

    pose.pose.position.x = 0
    pose.pose.position.y = 0
    pose.pose.position.z = 2

    # Send a few setpoints before starting
    for i in range(100):
        if(rospy.is_shutdown()):
            break

        local_pos_pub.publish(pose)
        rate.sleep()

    offb_set_mode = SetModeRequest()
    offb_set_mode.custom_mode = 'OFFBOARD'

    arm_cmd = CommandBoolRequest()
    arm_cmd.value = True

    last_req = rospy.Time.now()

    while(not rospy.is_shutdown()):
        if(current_state.mode != "OFFBOARD" and (rospy.Time.now() - last_req) > rospy.Duration(5.0)):
            if(set_mode_client.call(offb_set_mode).mode_sent == True):
                rospy.loginfo("OFFBOARD enabled")

            last_req = rospy.Time.now()
        else:
            if(not current_state.armed and (rospy.Time.now() - last_req) > rospy.Duration(5.0)):
                if(arming_client.call(arm_cmd).success == True):
                    rospy.loginfo("Vehicle armed")

                last_req = rospy.Time.now()

        local_pos_pub.publish(pose)

        rate.sleep()

 

launch file

roscd offboard_py
mkdir launch
cd launch
touch start_offb.launch

<?xml version="1.0"?>
<launch>
	<!-- Include the MAVROS node with SITL and Gazebo -->
	<include file="$(find px4)/launch/mavros_posix_sitl.launch">
	</include>

	<!-- Our node to control the drone -->
	<node pkg="offboard_py" type="offb_node.py" name="offb_node_py" required="true" output="screen" />
</launch>

 

roslaunch offboard_py start_offb.launch

 

bashrc에 별도로 설정을 하지 않았다면 다음과 같은 오류가 발생한다.

Resource not found: px4
ROS path [0]=/opt/ros/noetic/share/ros
ROS path [1]=/home/inhadrone/catkin_ws/src/mavros/libmavconn
ROS path [2]=/home/inhadrone/catkin_ws/src/mavros/mavros_msgs
ROS path [3]=/home/inhadrone/catkin_ws/src/mavros/mavros
ROS path [4]=/home/inhadrone/catkin_ws/src/mavros/mavros_extras
ROS path [5]=/home/inhadrone/catkin_ws/src/offboard_py
ROS path [6]=/home/inhadrone/catkin_ws/src/mavros/test_mavros
ROS path [7]=/opt/ros/noetic/share
The traceback for the exception was written to the log file

# 터미널에 입력하기
gedit ~/.bashrc

bashrc 파일 하단에 다음 문장을 복사하여 붙여넣자.

px4_dir=~/PX4-Autopilot
source $px4_dir/Tools/simulation/gazebo-classic/setup_gazebo.bash $px4_dir $px4_dir/build/px4_sitl_default
export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:$px4_dir
export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:$px4_dir/Tools/simulation/gazebo-classic/sitl_gazebo-classic