yi11122 / IntelligentUAVChampionshipBase

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

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

   ---

   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

   ---

   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

6. ros数据交互

   

   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。