自主无人机竞速基本开发教程

更新说明

参考案例由无人机键盘控制更改为了针对赛道一（seed值为1）的基本PD路径控制

修改了镜像启动方式，提交镜像需要在启动文件中添加相应的启动命令，细节参考 4. ## 基于docker镜像的控制程序开发流程

数据交互中新增加 角速度推力控制

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

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   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

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   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

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   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. 开发环境基础镜像案例的使用

   进入文件目录
   cd /pat/to/IntelligentUAVChampionshipBase

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   下载并导入镜像

   • wget https://stg-robomasters-hz-q0o2.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/student_image/student_basic_dev_0825.tar

   • docker load < student_basic_dev_0825.tar

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   启动docker镜像
   docker run --rm -i -t -e ROS_IP='172.17.0.2' -e ROS_MASTER_URI='http://172.17.0.1:11311' stage1_pdcontrol

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   当看到如下图，说明容器启动成功，样例程序启动

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   样例提供了提供了基本的PD控制，可完成急速穿圈赛项（seed值为1时）

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

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   在LINUX端中基于开发案例完成功能设计与程序开发后，编译程序

   • source /opt/ros/noetic/setup.bash
   • rm -rf devel build
   • catkin build
     出现 airsim_ros_pkgs 缺失的错误只需要重新编译一次即可

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   在LINUX端验证程序

   • 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
   • cd /path/to/IntelligentUAVChampionshipBase
   • source devel/setup.bash
   • roslaunch go go.launch

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   在LINUX端将程序封装入镜像中

   • 完成第3步中的镜像导入后，使用如下指令打开一个容器，-v 指令会将主机中的 IntelligentUAVChampionshipBase 文件夹挂载到容器中的 /home/tmp 中，使得容器可以访问主机文件夹的文件
     docker run -it -v /path/to/IntelligentUAVChampionshipBase/:/home/tmp student_basic_dev_0825
   • 在容器终端中进入 /home 目录
     cd /home
   • 在容器终端中用 /home/tmp 中的src文件夹覆盖 /home/student_basic_dev 的src文件夹
     rm -r ./student_basic_dev/*
cp -r ./tmp/src ./student_basic_dev/
   • 在容器终端中删除已编译的内容后重新编译
     cd student_basic_dev/
rm -r devel/ build/ logs/
source /opt/ros/noetic/setup.bash
catkin build
     出现 airsim_ros_pkgs 缺失的错误只需要重新编译一次即可
   • 在容器终端中添加自动启动命令
     sudo apt install vim
vim /etc/bash.bashrc
     按 i 建进入编辑模式， 在最下面添加程序启动命令，例如：
     source /home/student_basic_dev/devel/setup.bash
roslaunch go go.launch
     按 esc 退出编辑模式后，输入 :wq 退出编辑器
   • 在主机中打开另一个终端，查看容器号并导出新镜像
     docker ps -aq
docker commit [OPTIONS] CONTAINER [REPOSITORY[:TAG]]
     其中 [OPTIONS] 是可选项， CONTAINER 输入上一步中获得的容器ID, [REPOSITORY:TAG] 是导出的镜像名称及版本号，可随意填写， 例如： docker commit 694861df819c myimages:v0.1

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   在主机中测试镜像

   • 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
   • 将如下指令中的 [镜像：TAG] 换成自己的对应名称即可启动测试
     docker run --rm -i -t -e ROS_IP='172.17.0.2' -e ROS_MASTER_URI='http://172.17.0.1:11311' [镜像：TAG]

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   当容器启动后，模拟器运作正常时，一个完整的可提交的镜像制作完成,导出镜像即可
   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. 服务器限制控制命令发布频率为200hz以内，高于200hz的命令会被丢弃;

5. ros数据交互

   ros可交互数据可以在启动模拟器后，通过rosrun rqt_topic rqt_topic指令查看，如图所示，具体的数据结构也可以查询
   
   
   

   用于获取数据的可订阅的主题

   • 下视相机（仅赛项一, 二可用）
     /airsim_node/drone_1/bottom_center/Scene
   • 深度相机的深度数据（在赛项一，赛项二中，与双目二选一）
     /airsim_node/drone_1/front_center/DepthPlanar
   • 深度相机的rgb图（在赛项一，赛项二中，与双目二选一; 在赛项三中作为单目相机可用）
     /airsim_node/drone_1/front_center/Scene
   • 双目左rgb图（在赛项一，赛项二中，与RGBD二选一）
     /airsim_node/drone_1/front_left/Scene
   • 双目右rgb图（在赛项一，赛项二中，与RGBD二选一）
     /airsim_node/drone_1/front_right/Scene
   • imu数据（所有赛项可用）
     /airsim_node/drone_1/imu/imu
   • 无人机状态真值（仅赛项一可用）
     /airsim_node/drone_1/odom_local_ned

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   用于发送指令的主题

   • 姿态控制（所有赛项可用）
     /airsim_node/drone_1/pose_cmd_body_frame
   • 速度控制（所有赛项可用）
     /airsim_node/drone_1/vel_cmd_body_frame
   • 角速度推力控制（所有赛项可用）
     /airsim_node/drone_1/angle_rate_throttle_frame

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   可用服务

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