airsim_ros_pkgs

AirSim C++ 客户端库的 ROS 包装器。

设置

以下步骤适用于 Linux。如果您在 Windows 上运行 AirSim，可以使用 Windows 子系统 Linux (WSL) 来运行 ROS 包装器，详见 下面的说明。如果由于某些问题无法或不愿在主机 Linux 上安装 ROS 和相关工具，您也可以尝试使用 Docker，详见 使用 Docker 进行 ROS 包装器 中的步骤。

• 如果您的默认 GCC 版本低于 8（使用 gcc --version 检查）

  • 安装 gcc >= 8.0.0: sudo apt-get install gcc-8 g++-8
  • 通过 gcc-8 --version 验证安装

• Ubuntu 16.04

  • 安装 ROS kinetic
  • 安装 tf2 sensor 和 mavros 包： sudo apt-get install ros-kinetic-tf2-sensor-msgs ros-kinetic-tf2-geometry-msgs ros-kinetic-mavros*

• Ubuntu 18.04

  • 安装 ROS melodic
  • 安装 tf2 sensor 和 mavros 包： sudo apt-get install ros-melodic-tf2-sensor-msgs ros-melodic-tf2-geometry-msgs ros-melodic-mavros*

• Ubuntu 20.04

  • 安装 ROS noetic
  • 安装 tf2 sensor 和 mavros 包： sudo apt-get install ros-noetic-tf2-sensor-msgs ros-noetic-tf2-geometry-msgs ros-noetic-mavros*

• 安装 catkin_tools sudo apt-get install python-catkin-tools 或 pip install catkin_tools。如果使用 Ubuntu 20.04，请使用 pip install "git+https://github.com/catkin/catkin_tools.git#egg=catkin_tools"

构建

• 构建 AirSim

git clone https://github.com/Microsoft/AirSim.git;
cd AirSim;
./setup.sh;
./build.sh;

• 确保您已按照上述安装页面的说明设置了 ROS 的环境变量。为了方便，可以将 source 命令添加到您的 .bashrc 中（将 melodic 替换为特定版本名称）-

echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

• 构建 ROS 包

cd ros;
catkin build; # 或 catkin_make

如果您的默认 GCC 版本低于 8（使用 gcc --version 检查），则编译将失败。在这种情况下，请明确使用 gcc-8，如下所示-

catkin build -DCMAKE_C_COMPILER=gcc-8 -DCMAKE_CXX_COMPILER=g++-8

运行

source devel/setup.bash;
roslaunch airsim_ros_pkgs airsim_node.launch;
roslaunch airsim_ros_pkgs rviz.launch;

注意: 如果运行 roslaunch airsim_ros_pkgs airsim_node.launch 时出现错误，请运行 catkin clean 然后再试。

使用 AirSim ROS 包装器

ROS 包装器由两个 ROS 节点组成 - 第一个是 AirSim 的多旋翼 C++ 客户端库的包装器，第二个是一个简单的 PD 位置控制器。让我们来看一下两个节点的 ROS API：

AirSim ROS 包装器节点

发布者：

• /airsim_node/origin_geo_point airsim_ros_pkgs/GPSYaw GPS 坐标对应于全球 NED 坐标系。此设置在 AirSim 的 settings.json 文件中的 OriginGeopoint 键下。

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/global_gps sensor_msgs/NavSatFix 当前无人机在 AirSim 中的 GPS 坐标。

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/odom_local_ned nav_msgs/Odometry 相对于起飞点的 NED 坐标系下的里程计（默认名称：odom_local_ned，启动名称和帧类型可配置）。

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/CAMERA_NAME/IMAGE_TYPE/camera_info sensor_msgs/CameraInfo

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/CAMERA_NAME/IMAGE_TYPE sensor_msgs/Image 根据 settings.json 中请求的图像类型返回 RGB 或浮点图像。

• /tf tf2_msgs/TFMessage

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/altimeter/SENSOR_NAME airsim_ros_pkgs/Altimeter 当前高度、压力和 QNH 的高度计读数。

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/imu/SENSOR_NAME sensor_msgs::Imu IMU 传感器数据。

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/magnetometer/SENSOR_NAME sensor_msgs::MagneticField 磁场矢量/指南针的测量值。

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/distance/SENSOR_NAME sensor_msgs::Range 活动探测器（如红外或 IR）的距离测量。

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/lidar/SENSOR_NAME sensor_msgs::PointCloud2 LIDAR 点云。

订阅者：

• /airsim_node/vel_cmd_body_frame airsim_ros_pkgs/VelCmd 忽略 vehicle_name 字段，留空。我们将在未来对多个无人机使用 vehicle_name。

• /airsim_node/vel_cmd_world_frame airsim_ros_pkgs/VelCmd 忽略 vehicle_name 字段，留空。我们将在未来对多个无人机使用 vehicle_name。

• /gimbal_angle_euler_cmd airsim_ros_pkgs/GimbalAngleEulerCmd Euler 角度下的云台设定点。

• /gimbal_angle_quat_cmd airsim_ros_pkgs/GimbalAngleQuatCmd 四元数下的云台设定点。

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/car_cmd airsim_ros_pkgs/CarControls 用于控制的油门、刹车、转向和档位选择。支持自动和手动变速控制，详见 car_joy.py 脚本。

服务：

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/land airsim_ros_pkgs/Takeoff

• /airsim_node/takeoff airsim_ros_pkgs/Takeoff

• /airsim_node/reset airsim_ros_pkgs/Reset 重置 所有 无人机。

参数：

• /airsim_node/world_frame_id [string] 设置在: $(airsim_ros_pkgs)/launch/airsim_node.launch 默认: world_ned 设置为 "world_enu" 可以自动切换到 ENU 坐标系。

• /airsim_node/odom_frame_id [string] 设置在: $(airsim_ros_pkgs)/launch/airsim_node.launch 默认: odom_local_ned 如果将 world_frame_id 设置为 "world_enu"，默认的 odom 名称将改为 "odom_local_enu"。

• /airsim_node/coordinate_system_enu [boolean] 设置在: $(airsim_ros_pkgs)/launch/airsim_node.launch 默认: false 如果将 world_frame_id 设置为 "world_enu"，此设置将默认改为 true。

• /airsim_node/update_airsim_control_every_n_sec [double] 设置在: $(airsim_ros_pkgs)/launch/airsim_node.launch 默认: 0.01 秒。 更新无人机里程计和状态及发送控制命令的计时器回调频率。 目前 RPClib 接口与虚幻引擎的最大频率为 50 Hz。 ROS 中的计时器回调以可能的最大速率运行，因此最好不要更改此参数。

• /airsim_node/update_airsim_img_response_every_n_sec [double] 设置在: $(airsim_ros_pkgs)/launch/airsim_node.launch 默认: 0.01 秒。 从 AirSim 中所有摄像头接收图像的计时器回调频率。 速度取决于请求的图像数量及其分辨率。 ROS 中的计时器回调以可能的最大速率运行，因此最好不要更改此参数。

• /airsim_node/publish_clock [double] 设置在: $(airsim_ros_pkgs)/launch/airsim_node.launch 默认: false 如果设置为 true，将发布 ROS /clock 主题。

简单 PID 位置控制器节点

参数：

• PD 控制器参数：

• /pd_position_node/kd_x [double], /pd_position_node/kp_y [double], /pd_position_node/kp_z [double], /pd_position_node/kp_yaw [double] 比例增益。

• /pd_position_node/kd_x [double], /pd_position_node/kd_y [double], /pd_position_node/kd_z [double], /pd_position_node/kd_yaw [double] 微分增益。

• /pd_position_node/reached_thresh_xyz [double] 从当前位置到设定位置的欧拉距离阈值（米）。

• /pd_position_node/reached_yaw_degrees [double] 从当前位置到设定位置的偏航距离阈值（度）。

• /pd_position_node/update_control_every_n_sec [double] 默认: 0.01 秒。

服务：

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/gps_goal [请求： srv/SetGPSPosition] 目标 GPS 位置 + 偏航。 在 绝对 高度下。

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/local_position_goal [请求： srv/SetLocalPosition] 目标本地位置 + 偏航，在全球 NED 坐标系中。

订阅者：

• /airsim_node/origin_geo_point airsim_ros_pkgs/GPSYaw 监听由 airsim_node 发布的家里地理坐标。

• /airsim_node/VEHICLE_NAME/odom_local_ned nav_msgs/Odometry 监听由 airsim_node 发布的里程计。

发布者：

• /vel_cmd_world_frame airsim_ros_pkgs/VelCmd 向 airsim_node 发送速度命令。

全局参数

• 动态约束。这些可以在 dynamic_constraints.launch 中更改：

  • /max_vel_horz_abs [double] 无人机的最大水平速度（米/秒）。

  • /max_vel_vert_abs [double] 无人机的最大垂直速度（米/秒）。

  • /max_yaw_rate_degree [double] 最大偏航速率（度/秒）。

其他

在 Windows10 上使用 WSL1 或 WSL2 设置构建环境

这些设置说明描述了如何在 Windows 上设置 "Bash on Ubuntu"（即 "Windows 子系统 Linux"）。

它涉及到在 Windows10 中启用内置的 Windows Linux 环境 (WSL)、安装兼容的 Linux 操作系统镜像，最后安装构建环境，方式与普通 Linux 系统相同。

完成后，您将能够像在本地 Linux 机器上一样构建和运行 ROS 包装器。

WSL1 与 WSL2

WSL2 是 Windows10 的最新版本子系统 Linux。它比 WSL1 快很多倍（如果您使用 /home/... 中的本地文件系统，而不是 /mnt/... 下的 Windows 挂载文件夹），因此在构建代码时速度更快，推荐使用。

安装后，您可以根据需要在 WSL1 或 WSL2 版本之间切换。

WSL 设置步骤

1. 按照 这里 的说明进行操作。检查您要使用的 ROS 版本是否受到您要安装的 Ubuntu 版本的支持。

2. 恭喜您，现在在 Windows 下已成功设置工作 Ubuntu 子系统，您可以继续阅读 Ubuntu 16 / 18 说明，然后 如何在 Windows 上运行 Airsim 和 WSL 上的 ROS 包装器！

Note

您可以通过在 Windows 上安装 VcXsrv 来运行 XWindows 应用程序（包括 SITL）。 为了使用它，查找并运行 Windows 开始菜单中的 XLaunch。 在第一个弹出窗口中选择 Multiple Windows，在第二个弹出窗口中选择 Start no client，在第三个弹出窗口中仅选择 Clipboard。不要选择 Native Opengl（如果您无法连接，请选择 Disable access control）。 您需要设置 DISPLAY 变量以指向您的显示器：在 WSL 中为 127.0.0.1:0，在 WSL2 中为计算机网络端口的 IP 地址，可以通过以下代码设置。此外，在 WSL2 中，您可能需要为公共网络禁用防火墙，或创建例外，以便 VcXsrv 能与 WSL2 通信：

export DISPLAY=$(cat /etc/resolv.conf | grep nameserver | awk '{print $2}'):0

Tip

• 如果将此行添加到您的 ~/.bashrc 文件中，则无需再次运行此命令。
• 对于代码编辑，您可以在 WSL 中安装 VSCode。
• Windows 10 包含 "Windows Defender" 病毒扫描器。它会显著降低 WSL 的速度。禁用它可以大大提高磁盘性能，但会增加病毒风险，因此请自行决定是否禁用。以下是许多资源/视频之一，展示了如何禁用它：如何在 Windows 10 上禁用或启用 Windows Defender

WSL 和 Windows10 之间的文件系统访问

在 WSL 内，Windows 驱动器在 /mnt 目录中引用。例如，要列出您 () 文档文件夹中的文档：

`ls /mnt/c/'Documents and Settings'/<username>/Documents`
或
`ls /mnt/c/Users/<username>/Documents`

在 Windows 内，WSL 发行版的文件位于（在 Windows 资源管理器地址栏中输入）：

\\wsl$\<distribution name> 例如： \\wsl$\Ubuntu-18.04

如何在 Windows 和 WSL 上运行 Airsim 及其 ROS 包装器

对于 WSL 1 执行： export WSL_HOST_IP=127.0.0.1 对于 WSL 2： export WSL_HOST_IP=$(cat /etc/resolv.conf | grep nameserver | awk '{print $2}') 现在，按 Linux 运行部分 中的步骤执行：

source devel/setup.bash
roslaunch airsim_ros_pkgs airsim_node.launch output:=screen host:=$WSL_HOST_IP
roslaunch airsim_ros_pkgs rviz.launch

使用 Docker 进行 ROS

在 tools 目录中有一个 Dockerfile。要构建 airsim-ros 镜像 -

cd tools
docker build -t airsim-ros -f Dockerfile-ROS .

要运行，请替换下面 AirSim 文件夹的路径 -

docker run --rm -it --net=host -v <your-AirSim-folder-path>:/home/testuser/AirSim airsim-ros:latest bash

上述命令将 AirSim 目录挂载到容器内的主目录中。您在主机上的源文件中所做的任何更改都将在容器内部可见，这对开发和测试是有益的。现在按照 构建 中的步骤编译并运行 ROS 包装器。