Simulação e Controle de Drone com PX4, MAVROS, e ROS 2

Este projeto utiliza PX4, MAVROS, e ROS 2 para simular e controlar um drone em um ambiente virtual com a possibilidade de navegação manual via teclado.

Pré-requisitos

Certifique-se de ter instalados os seguintes componentes antes de iniciar:

• PX4 Autopilot
• MAVROS
• ROS 2 (necessário para executar os comandos)
• Gazebo (Simulador)
• Micro XRCE-DDS
• QGroundControl (para monitoramento e controle do drone)

Passo a Passo

Dependencias

sudo apt install -y python3-vcstool python3-rosinstall-generator python3-osrf-pycommon python3-ament-package geographiclib-tools libasio-dev

Dentro da workspace, execute:

rosinstall_generator --format repos mavlink | tee /tmp/mavlink.repos

rosinstall_generator --format repos --upstream mavros | tee -a /tmp/mavros.repos

vcs import src < /tmp/mavlink.repos

vcs import src < /tmp/mavros.repos

rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y

cd src && git clone  --recursive -b foxy-humble-v3.8.2 src/https://github.com/stereolabs/zed-ros2-wrapper.git

rosdep update

rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y 

colcon build --symlink-install --cmake-args=-DCMAKE_BUILD_TYPE=Release --parallel-workers $(nproc)

1. Executar o Micro XRCE-DDS Agent (Para o Simulador)

1.1 Instruções de Instalação do Micro XRCE-DDS Agent, onde será executado somente para fim de simulação.

Guia Completo.

Este comando iremos clonar o repositorio do agente XRCE-DDS.

  git clone https://github.com/eProsima/Micro-XRCE-DDS-Agent.git

Entraremos no repositorio para poder fazer a compilação do agente XRCE-DDS.

    cd Micro-XRCE-DDS-Agent

Criaremos a pasta build do agent e entraremos na mesma para poder efetuar a compilação utilizado cmake.

    mkdir build && cd build

Executaremos o cmake.

    cmake ..

Efetuaremos o make se caso for a compilação local na pasta

    make

Ou podemos executar o sudo make install para deixar instalado no sistema e sempre ser reconhecido.

    sudo make install

    sudo ldconfig /usr/local/lib/

[!WARNING]
Para ambiente simulado, é necessario ter o QGroundControl aberto e em execução na maquina.

Inicializando o serviço...

MicroXRCEAgent udp4 -p 8888

Este comando inicia o agente Micro XRCE-DDS na porta 8888 utilizando o protocolo UDP4. O agente é necessário para a comunicação entre o cliente XRCE-DDS (executado no drone) e os outros sistemas como MAVROS e PX4. Ele estabelece uma ponte de comunicação eficiente para troca de dados entre o ROS 2 e os sistemas embarcados.

2. Compilar e iniciar a simulação PX4 no Gazebo

2.1 Configurando simulador.

Este comando faz o clone deste repositorio. Deve ser executado em uma pasta separada, pois ele será o nosso simulador.

 git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive

Após isso, Este comando estaremos setando as configuração para o nosso simulador utilizando o ubuntu.

 bash ./PX4-Autopilot/Tools/setup/ubuntu.sh

Esse comando compila e inicia a simulação do PX4 (firmware de piloto automático) no simulador Gazebo, utilizando o modelo de drone x500. A simulação SITL ("Software In The Loop") permite testar o software do drone sem a necessidade de hardware físico. O modelo gz_x500 é usado para representar o drone no ambiente simulado.

make px4_sitl gz_x500

3. Iniciar o MAVROS com ROS 2

Este comando lança o MAVROS, que atua como uma ponte entre o PX4 e o ROS 2. O arquivo px4.launch configura todos os nós e parâmetros necessários para MAVROS se comunicar com o PX4, permitindo a troca de comandos de controle e informações de telemetria do drone.

  ros2 launch mavros px4.launch fcu_url:=/dev/ttyUSB0:921600

Para ambiete simulado

  ros2 launch mavros px4.launch fcu_url:=udp://:14540@127.0.0.1:14557

4. Iniciar o Nó de Interface

Este comando executa o nó interface_node, que faz parte do pacote interface_package. Ele serve como interface entre o sistema de controle ROS 2 e outros pacotes ou sistemas, gerenciando a interação com o drone ou os módulos de controle de navegação.

ros2 run interface_package interface_node

5. Controlar o Drone Usando o Teclado (Opcional)

O teleop_node permite o controle manual do drone via teclado. Ele captura as entradas do teclado e converte-as em comandos de controle que são enviados ao drone por meio do MAVROS.

ros2 run teleop_package teleop_node

Navegação Manual

• Para navegar manualmente pelo drone na simulação, use o comando do teleop_node mencionado acima.
• A simulação pode ser controlada via comandos de teclado, permitindo controlar a movimentação do drone durante os testes.

Conclusão

Seguindo esses passos, você terá o sistema de simulação do drone em pleno funcionamento, pronto para ser controlado manualmente ou automaticamente por meio de comandos do ROS 2.

Este README.md contém uma explicação clara e bem formatada dos comandos e seus propósitos para a simulação e controle do drone.