【ROS】Ubuntu20.04+ROS Noetic 配置PX4-v-v1.12.2和Gazebo11联合仿真环境【教程】

写在前面，目前中文互联网上关于PX4飞控的学习资料较少，笔者查阅了大量的资料整理成这篇博客，贡献一些学习内容，码字不易，如果帮助到您，请您帮我点点赞。

0. 安装Ubuntu+ROS

安装Ubuntu可以查看这篇教程，安装ros可以查看这篇教程，这里就不再赘述了。

1. 安装依赖

● 在使用apt安装的过程中（包括之后ROS的安装），如果出现难以解决的依赖问题，可以使用aptitude install（没有aptitude的话，使用sudo apt install aptitude 安装），如sudo aptitude install ros-kinetic-desktop，它会依次推荐依赖解决方案，觉得可行就按y，不可行就按n。当然这个工具也不是万能的，如果它也解决不了依赖问题，还是需要靠自己分析解决。
● 有时候apt报错，提示“有几个软件包无法下载，要不运行 apt-get update 或者加上 --fix-missing 的选项再试试？”，这时按照提示进行操作即可。
● 注意仔细检查依赖都装成功没有，之前有些开发者遇到的编译过程中出现’pthread_create’未定义的引用，就是因为少装了依赖。

注意如果安装了Anaconda等虚拟环境管理器，要退出虚拟环境的激活，再进行依赖的安装，一下的安装过程我们默认退出了Anaconda的虚拟环境
比如我这里使用了anaconda包管理器，有一个虚拟环境base那么我需要推出这个虚拟环境再进行依赖的安装。

conda deactivate

然后进行依赖的安装

sudo apt install ninja-build exiftool ninja-build protobuf-compiler libeigen3-dev genromfs xmlstarlet libgstreamer1.0-dev libgstreamer-plugins-base1.0-dev python3-pip gawk

pip3 install pandas jinja2 pyserial cerberus pyulog==0.7.0 numpy toml pyquaternion empy pyyaml 
pip3 install packaging numpy empy toml pyyaml jinja2 pyargparse kconfiglib jsonschema future

pip install --upgrade setuptools
#若未报错不需要输入这两行命令
python -m pip install --upgrade pip

2. 安装QGC地面站

安装的教程参考于QGC安装教程

sudo usermod -a -G dialout $USER
sudo apt-get remove modemmanager -y
sudo apt install gstreamer1.0-plugins-bad gstreamer1.0-libav gstreamer1.0-gl -y
sudo apt install libqt5gui5 -y
sudo apt install libfuse2 -y

然后重启电脑，下载QGroundControl.AppImage
使用终端命令安装（并运行）：

chmod +x ./QGroundControl.AppImage
./QGroundControl.AppImage  (or double click)

3. 配置PX4-v1.12.2

3.1 安装PX4

在创建工作空间之前一定要deactivate anaconda的虚拟环境
参考PX4官网上的安装流程
1、下载PX4源码
可以直接git进行下载，由于ros noetic自带gazebo11，所以我们不需要再额外安装gazebo

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

如果下载比较慢，可以使用我已经打包好的源码，提取码hola。

2、安装PX4
然后，轻量安装（不安装 sim tool 和 nuttx)

bash ./PX4-Autopilot/Tools/setup/ubuntu.sh --no-sim-tools --no-nuttx

3、安装相关依赖
然后安装一些依赖

sudo apt-get install protobuf-compiler libeigen3-dev libopencv-dev -y

4、编译PX4固件

mv PX4-Autopilot PX4_Firmware  #先进行改名，方便使用
cd PX4_Firmware
make px4_sitl_default gazebo

如果编译成功则会出现

然后退出gazebo，修改 ~/.bashrc，在文件的末尾加入以下代码,

# >>> PX4 initialize >>>
source ~/PX4_Firmware/Tools/setup_gazebo.bash ~/PX4_Firmware/ ~/PX4_Firmware/build/px4_sitl_default
export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:~/PX4_Firmware
export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo
# <<< PX4 initialize <<<

然后再

source ~/.bashrc

3.2 测试PX4是否成功安装

首先启动QGC地面站，然后启动测试结点

roslaunch px4 mavros_posix_sitl.launch

如果在终端输入

commander takeoff # 起飞
commander land    # 降落

无人机将会起飞和降落，如下图所示

如果出现这种情况

这个错误表明ROS无法找到名为"gazebo_ros"的资源包。使用下面语句安装ros-noetic-gazebo-ros-pkgs

sudo apt-get install ros-noetic-gazebo-ros-pkgs  # noetic
sudo apt-get install ros-melodic-gazebo-ros-pkgs # melodic
sudo apt-get install ros-kinetic-gazebo-ros-pkgs # kinetic

然后再次使用

roslaunch px4 mavros_posix_sitl.launch

即可成功启动

注意如果我们没有deactivate anaconda的虚拟环境，那么在启动中会报如下的错误，并且无法加载无人机模型

正确启动是不会报错的，并且会出现无人机的模型，如下所示

4. 手动添加gazebo模型

手动添加gazebo模型文件，手动下载这个model.zip文件，提取码是hola

将该附件解压缩后放在~/.gazebo中，按住ctrl+h可以显示隐藏文件夹，此时在~/.gazebo/models/路径下可以看到很多模型。如果不做这一步，之后运行Gazebo仿真，可能会缺模型，这时会自动下载，Gazebo模型服务器在国外，自动下载会比较久。

在已经安装好Ubuntu 20.04和ROS Noetic的前提下，如果我们是安装的是ros-noetic-desktop-full版本，那么就已经帮我安装好了gazebo11，我们首先查看我们自带的gazebo版本，在终端中输入

gazebo --version

便可以查看gazebo的版本， 如下

sjh@R9000X:~$ gazebo --version
Gazebo multi-robot simulator, version 11.13.0
Copyright (C) 2012 Open Source Robotics Foundation.
Released under the Apache 2 License.

5. 配置Mavros

mavros的配置参考于Mavros官网配置教程

5.1 安装Mavros（二进制方法）不推荐

1、首先创建工作空间

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws
catkin init
wstool init src

如果报错wstool not found，则需要先安装

sudo apt-get install python-catkin-tools python-rosinstall-generator -y

如果是第一次使用wstool，则还需要

wstool init ~/catkin_ws/src

2、下载mavros源码

rosinstall_generator --rosdistro kinetic mavlink | tee /tmp/mavros.rosinstall
# We use the Kinetic reference for all ROS distros as it's not distro-specific and up to date
rosinstall_generator --upstream mavros | tee -a /tmp/mavros.rosinstall

这里使用了kinetic版本来指代了所有ros的版本，无需我们自己指定，然后进入工作空间开始构建

wstool merge -t src /tmp/mavros.rosinstall
wstool update -t src -j4
rosdep install --from-paths src --ignore-src -y

3、安装剩余依赖

./src/mavros/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh

4、编译

cd ~/catkin_ws
catkin build

如果出现下列信息则表明编译成功，我这里不是首次编译，所以编译很快，首次编译会比较慢。

成功之后打开.bashrc文件，在其中写入

# >>> Mavros pkg initialize >>>
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
# <<< Mavros pkg initialize <<<

注意，这个一定要放置在PX4之前，如下图所示

5.2 安装Mavros（源码装法）推荐

直接运行以下指令即可，参考自XTDrone教程

sudo apt install ros-melodic-mavros ros-melodic-mavros-extras
wget https://gitee.com/robin_shaun/XTDrone/raw/master/sitl_config/mavros/install_geographiclib_datasets.sh
sudo chmod a+x ./install_geographiclib_datasets.sh
sudo ./install_geographiclib_datasets.sh

5.3 测试mavros

在终端输入

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

来测试mavros是否安装成功，如果没有报错，那说明安装成功。如下所示

6. 测试mavros与sitl通信

接下来我们测试MAVROS与SITL通信是否正常，先打开QGC地面站，然后输入

roslaunch px4 mavros_posix_sitl.launch
rostopic echo /mavros/state

如果出现了connected: True，则表明通信成功，如下所示。

如果在终端输入

commander takeoff # 起飞
commander land    # 降落

无人机将会起飞和降落，并且mavros显示信息会发生变化。

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Reference

• Ubuntu安装教程
• ROS安装教程
• Gazebo安装教程
• QGC安装教程
• PX4官网配置教程
• Mavros官网配置教程