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发表于 2022-3-15 18:06:12 3152 浏览 0 回复

[杂言讨论] 技术分享 | 四旋翼丝滑“绕⼋”⾃主轨迹运动

在⽆⼈机空中过程中,会不会觉得简单的指点⻜⾏过于简单,⻜⾏轨迹过于直板,在本⽂中,尝试使⽤ mavros更多的接⼝让⽆⼈机的⻜⾏轨迹看起来⽐较丝滑,以绕⼋运动来体现此点。

话不多说,先看视频效果:

https://www.bilibili.com/video/BV1BL411N774?spm_id_from=333.999.0.0

技术分享 | 四旋翼丝滑“绕⼋”⾃主轨迹运动

qgc中的⻜机轨迹

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数据点绘制曲线图

如果⽐较感兴趣可以继续深⼊阅读,了解其实现过程及思路分析,让你在你⾃⼰的电脑上也能实现同样的demo。

⼀、绕⼋运动

说起绕⼋运动,会不会想起 伯努利双纽线

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伯努利双纽线的参数⽅程为:

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二、MAVROS接口下代码实现

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在mavros提供的接⼝中,有 mavros/setpoint_raw/local 话题,该话题就是对⽆⼈机的位置,速度,加 速度,航向⻆以及航向⻆速率控制的接⼝。

在px4 mavros offboard官⽅案例demo中提供的是简单的位置数据控制,多个位置点时候,⽆⼈机轨迹不够丝滑,在此我们要对这个 mavros/setpoint_raw/local 的所有数据进⾏控制

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为了让每⼀个数据都有体现出来,利⽤伯努利双纽线的参数⽅程计算出,

position.x;position.y;velocity.x;velocity.y;afx;afy;yaw

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在代码中的体现为

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整个过程我们的⾼度⽅向上⾯的⾼度为指定⾼度,速度和加速度均为零。

完整代码为figure_8_circle.cpp ,⻅⽂末。

三、数据保存并生成轨迹图

上⾯基本已经实现了,绕⼋的运动控制代码,为了在ROS中对⽆⼈机数据的精确处理,⽣成类似于MATLAB上的轨迹图,我们获取 mavros/local_position/pose 的话题数据,保存成tum格式的txt⽂档数据。

代码为 save_traj_as_tum.cpp

1、安装evo

我们使⽤快捷安装⽅式,直接安装最新的稳定发⾏版本:

pip install evo --upgrade --no-binary evo

注意:此安装过程中,⽹络不佳可导致安装报错

2、将轨迹保存为tum格式

tum的数据集格式为:timestamp tx ty tz qx qy qz qw(每⾏有8个元素,结尾没有空格,时间以秒为单位)

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我们使⽤ save_traj_as_tum.cpp 代码订阅 mavros/local_position/pose 话题,并保存⽂件为 /home/amov/test.txt 路径之下,完整代码⻅⽂末。

结果保存的 test.txt 实际数据效果如下:

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3、生成轨迹图

上⾯保存到的数据 test.txt 使⽤如下指令⽣成轨迹图

evo_traj tum test.txt -p

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四、总结

总体来说,实现的绕⼋运动不能100%能够达到伯努利双纽线那样丝滑,这⾥也是给出控制⽆⼈机中的另外⼀条思路,不要只考虑使⽤纯位置控制,或者纯速度控制,多考虑⼀些复合控制,这样⽆⼈机才能丝滑流畅。px4下的mavros中有很多插件,也有很多功能,能在⽆⼈机地面站QGC上实现的功能,在机载计算机中亦能实现,“阿⽊实验室,让机器研发更⾼效!” ,希望给看完⽂章的你起到启发的想法。

获取完整的源码,查看评论区~

五、参考链接

ROS轨迹保存为tum格式,并⽤evo轨迹绘制:

https://its301.com/article/just_do_it567/114672305

伯努利双纽线:

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BC%AF%E5%8A%AA%E5%88%A9%E5%8F%8C%E7%BA%BD%E7%BA%BF

数据类型:

http://docs.ros.org/en/api/mavros_msgs/html/msg/PositionTarget.html

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