.. _tutorial_offboard_zh:

基于机载PC的在线控制
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**注意：本教程适用于所有Kerloud VTOL产品**

机载计算机使用户能够实现更复杂的任务，例如轨迹跟踪、路径规划、避障等，这些是通过offboard控制和自定义的mavros 网关实现的。

软件包信息
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客户受邀加入我们在 https://gitee.com/cloudkernel-tech/offboard_kerloudvtol 中的私有资源库，我们在其中维护一个offboard控制软件包。该软件包为用户提供了一个起始模板，用于可利用支持的API展开应用开发。

该资源库下存在几个分支：

* **dev_kerloudvtol**: 这是一个容易掌握的基础分支，它提供了解项目框架的初始视角，并实现Kerloud VTOL 的常规航点任务。

* **demo_fieldtest**: 这是一个具备常规航点任务完整配置的分支，可直接用于实际飞行中

* **demo_vtol_guidance**: 这是一个面向高级用户的分支，具备所有功能：位置控制、速度控制、消息记录等。该分支可在提供的SITL环境中进行测试以进一步理解，但不可直接用于飞行测试。

关键函数
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以下关键函数值得重点关注（参考demo_fieldtest分支）：

* **updatePositionSetpoint()**:该函数更新所有飞行模式（多旋翼、固定翼和过渡）的位置设定值。

* **updateTransBehaviorStatus()**: 该函数处理向前和向后转换的状态机，为转换过程生成位置和偏航设定值。

* **updateTransBehaviorStatus()**: 该函数请求并触发飞控的向前转换，且只能在多旋翼模式下调用。

* **requestForwardTransition()**: 该函数请求并触发飞控的向前转换，且只能在固定翼模式下调用。

* **constructLocalPosTargetForCustomizedGuidance()**:该函数为固定矢量位置引导模式构造一个原始目标位置（对应于主题mavros/setpoint_raw/local）。无人机将按照L1制导律飞行到目标位置，到达目标位置后固定航向。当构建新的位置目标时，固定矢量制导状态将被解除。

* **constructVelocityTargetForCustomizedGuidance()**:该函数为速度引导模式构造一个原始目标位置（对应于主题mavros/setpoint_raw/local）。无人机将追踪请求的前进速度、倾斜角、本地Z坐标及偏航设定点。请注意：默认情况下方向舵控制处于禁用状态。

基本代码讲解
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提供的off_mission软件包中的示例程序执行航点任务。航点定义在src/off_mission/launch/waypoints_xyzy.yaml路径下的yaml文件中，带有 ENU 坐标和相应的偏航值。该软件包支持 :ref:`tutorial_sitl_zh`，因此用户可在实际飞行前测试他们的程序。

为了清晰起见，我们按如下顺序讲解main()函数：

1. 订阅、发布及服务的声明

::

        // note: only part of program is shown here for simplicity
        /*subscriptions, publications and services*/
        ros::Subscriber state_sub = nh.subscribe<mavros_msgs::State>
                ("mavros/state", 5, state_cb);

        //subscription for vehicle VTOL state
        ros::Subscriber extended_state_sub = nh.subscribe<mavros_msgs::ExtendedState>
                ("mavros/extended_state", 2, extendedstate_cb);

        //subscription for local position
        ros::Subscriber local_pose_sub = nh.subscribe<geometry_msgs::PoseStamped>("mavros/local_position/pose", 5, local_pose_cb);

        ros::Subscriber rc_input_sub = nh.subscribe<mavros_msgs::RCIn>("mavros/rc/in", 5, rc_input_cb);

        //publication for local position setpoint (ENU position)
        ros::Publisher local_pos_sp_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PoseStamped>("mavros/setpoint_position/local", 5);

我们通常在main程序开始时声明ROS订阅、发布和服务，要想获取状态信息或发送命令，可以轻松利用mavros包中的各种主题或服务，详细信息请参见：http://wiki.ros.org/mavros。例如，要获取无人机的本地位置信息，需订阅mavros/setpoint_position/local主题。请注意，该坐标是在ENU（东-北-上）坐标系中定义的。

2. 加载航点数据

::

        // load yaml files
        XmlRpc::XmlRpcValue wp_list;
        private_nh.getParam("waypoints",wp_list);
        initTagetVector(wp_list);
        ROS_INFO("waypoint yaml loaded!");

航点数据由参数管理器加载，并被初始化为航点目标。

3. SITL仿真环境下解锁飞机

::

        if (simulation_flag == 1)
        {
            //set offboard mode, then arm the vehicle
            if( current_state.mode != "OFFBOARD" &&
                (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){
                if( set_mode_client.call(offb_set_mode) &&
                    offb_set_mode.response.mode_sent){
                    ROS_INFO("Offboard mode enabled");
                }
                last_request = ros::Time::now();
            } else {
                if( !current_state.armed &&
                    (ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){
                    if( arming_client.call(arm_cmd) &&
                        arm_cmd.response.success){
                        ROS_INFO("Vehicle armed");
                    }
                    last_request = ros::Time::now();
                }
            }
        }

实际飞行中，我们简单地解锁无人机、切换到OFFBOARD模式即可开始任务。而在SITL模式下，我们必须通过服务mavros/cmd/arming来解锁无人机。

4. 处理转换状态、更新目标位置和偏航设定点，以及航路点切换逻辑。该代码为转换行为提供了状态机，以确保安全。

::

        updateTransBehaviorStatus();

        updatePositionSetpoint();

        updateWaypointIndex();


如何使用
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机载电脑~/src/catkinws_vtol目录下提供了一个模板ROS工作区，由三个包组成：mavlink、mavros和offboardcontrol。mavlink和mavros是 :ref:`section_api_zh` 章节中描述的自定义版本。


仿真测试
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

典型的仿真测试流程如下：

1. 启动提供的SITL环境，如 :ref:`tutorial_sitl_zh` 章节中所述:

::

        cd <sitl-space directory> \
        && bash sitl_run.sh $PWD/bin/px4 none gazebo standard_vtol

2. 启动mavros节点：

::

        cd ~/src/catkinws_vtol \
        && source devel/setup.bash \
        && roslaunch mavros px4.launch fcu_url:=udp://:14540@localhost:14557


3. 加载包含仿真设置的offboard控制节点:

::

        cd ~/src/catkinws_vtol \
        && source devel/setup.bash \
        && roslaunch off_mission off_mission.launch simulation_flag:=1


实际飞行
^^^^^^^^^^^^^^^^^^

实际飞行场景比上面的模拟测试更加复杂，因为用户还须考虑必要的硬件因素。建议工作流程如下：

#. 为第一次飞行校准所有传感器，包括加速度计、陀螺仪、磁力计和空速。

#. 确保飞行区空旷且无电磁干扰。使用QGC检查GPS状况，确保可用卫星数至少在11颗以上，GPS质量足够。

#. 准备好遥控器，确保各杆量在初始位置，分配返航开关。

#. 手机设置wifi热点，按照 :ref:`tutorial_powerprog_zh` 章节中的说明远程登录机载电脑。

#. 切换到offboard控制包的目标分支，为您的任务正确编辑航路点定义文件。如有必要，可使用catkin_build命令重建工作区。

#. 与您的团队成员就任务和可能的故障进行沟通。飞手应随时待命，保证无人机的安全。

#. 通过命令远程启动节点：

::

        # terminal 1: launch the mavros node
        cd ~/src/catkinws_vtol \
        && source devel/setup.bash \
        && roslaunch mavros px4.launch fcu_url:=/dev/ttyPixhawk:921600

        # terminal 2: launch the offboard control node
        cd ~/src/catkinws_vtol \
        && source devel/setup.bash \
        && roslaunch off_mission off_mission.launch simulation_flag:=0

(8) 温馨提醒：注意安全，人身安全始终高于飞机。


.. caution::

    用户应在实际飞行前严格测试他们的代码！

演示
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下面的视频为一个仿真演示。无人机首先起飞并飞过几个航路点。offboard控制器将在第三个航点激活固定矢量引导模式。无人机到达第3个航点3秒后，offboard控制将激活速度引导模式。最后，offboard控制被QGC的返航指令打断，无人机最终飞回原位。请注意，模拟是使用我们软件包的demo_vtol_guidance分支进行的。

.. raw:: html

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