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This project forked from toppers/hakoniwa-px4sim

0.0 1.0 0.0 6.25 MB

箱庭ドローンのシミュレータコード

Shell 0.84% C++ 22.19% Python 0.59% CMake 0.72% Dockerfile 0.23% Jupyter Notebook 75.44%

hakoniwa-px4sim's Introduction

hakoniwa-px4sim

環境

  • サポートOS
    • Arm系Mac (M1Mac, M2Mac)
    • Windows 10/11
  • 利用する環境
    • Arm系Macの場合
      • Docker Desktop
        • 本環境のインストールを実施する場合は、事前に、Docker Desktop を起動してください。
      • Python 3.10
        • pyenvでインストールされたものを推奨
        • Jinja2 (pip install -U jinja2)
    • Windowsの場合
  • 利用するドローン

事前準備

２つのリポジトリをクローンします。

git clone --recursive https://github.com/toppers/hakoniwa-px4sim.git

git clone -b px4 --recursive https://github.com/toppers/hakoniwa-unity-drone-model.git

hakoniwa-unity-drone-model のインストール手順は、以下を参照ください。

https://github.com/toppers/hakoniwa-unity-drone-model/tree/px4

hakoniwa-px4sim のインストール手順

px4 の準備

cd hakoniwa-px4sim/px4

Mac版の場合

docker イメージを作成します。

bash docker/create-image.bash

Windows版の場合

docker イメージを作成することもできますが、すでに docker hub にアップ済みのものがありますので、以下のコマンドで pull したほうが早いです。

bash docker/pull-image.bash

確認

イメージが出来上がると、以下のように、docker imagesコマンドで、docker イメージを確認できます。

$ docker images
REPOSITORY                            TAG       IMAGE ID       CREATED        SIZE
toppersjp/hakoniwa-px4-runner         v1.0.0    bca5febae6f5   3 weeks ago    3.7GB

箱庭の準備

cd hakoniwa-px4sim/hakoniwa

Windows版の場合の下準備

Windowsの場合は、docker コンテナ内での作業になります。

以下のコマンドで docker イメージを pull してください。

bash docker/pull-image.bash

成功した場合は、以下のようにtoppersjp/hakoniwa-px4simが作成されます。

$ docker images
REPOSITORY                                TAG       IMAGE ID       CREATED         SIZE
toppersjp/hakoniwa-px4sim                 v1.0.0    6bd3f5c27966   15 hours ago    4.1GB

なお、イメージは一度作成できればWindows内に残り続けますので、一度だけ実行すればOKです。

次に、以下のコマンドで docker コンテナに入ってください。

bash docker/run.bash

箱庭のコンフィグファイルの編集

config.hppを開いて、以下のように変更してください。

変更前：

//#define DRONE_PX4_ENABLE

変更後：

#define DRONE_PX4_ENABLE

上記のように変更すると、PX4との連携が可能になります。

なお、この変更をしない場合は、PX4を起動せずに、箱庭側だけでのシミュレーションとなります。

箱庭のビルド

箱庭環境をビルドします。

bash build.bash

成功すると、 cmake-build/src/hako-px4sim というファイルが作成されます。

シミュレーション実行手順

端末を２つ用意してください。

  • 端末A：PX4のシミュレータ実行用
  • 端末B：箱庭実行用

端末A

cd hakoniwa-px4sim/px4

PX4 on SITL を起動するための docker コンテナを起動します。

bash docker/run.bash

成功すると、こうなります。

% bash docker/run.bash 
arm64
Darwin
root@97fa2a50d6df:~/workspace/px4/PX4-Autopilot#

次に、箱庭用の制御アプリを組み込むために、ビルドを実行します。 このオペレーションは、docker コンテナを起動するたびに行う必要があります。

bash /root/workspace/sim/build.bash

ビルド終了後に、以下のコマンドで PX4 on SITL を起動します。

bash /root/workspace/sim/simstart.bash

成功すると、以下のように、TCPポートのコネクション待ちになります。

root@97fa2a50d6df:~/workspace/px4/PX4-Autopilot# bash /root/workspace/sim/build.bash 
[0/1] Re-running CMake...
-- PX4 version: v1.14.0-rc2 (1.14.0)
-- PX4 config file: /root/workspace/px4/PX4-Autopilot/boards/px4/sitl/default.px4board
-- PLATFORM posix
-- ROMFSROOT px4fmu_common
-- ROOTFSDIR .
-- TESTING y
-- ETHERNET y
-- PX4 config: px4_sitl_default
-- PX4 platform: posix
-- PX4 lockstep: enabled
-- cmake build type: RelWithDebInfo
-- Could NOT find gz-transport (missing: gz-transport_DIR)
-- Could NOT find Java (missing: Java_JAVA_EXECUTABLE Java_JAR_EXECUTABLE Java_JAVAC_EXECUTABLE Java_JAVAH_EXECUTABLE Java_JAVADOC_EXECUTABLE) 
-- ROMFS: ROMFS/px4fmu_common
Architecture:  arm64
==> CPACK_INSTALL_PREFIX = @DEB_INSTALL_PREFIX@
-- Configuring done
-- Generating done
-- Build files have been written to: /root/workspace/px4/PX4-Autopilot/build/px4_sitl_default
[824/824] Linking CXX shared library s...s/dyn_hello/examples__dyn_hello.px4mod
root@97fa2a50d6df:~/workspace/px4/PX4-Autopilot# bash /root/workspace/sim/simstart.bash 
[0/1] launching px4 none_iris (SYS_AUTOSTART=10016)

______  __   __    ___ 
| ___ \ \ \ / /   /   |
| |_/ /  \ V /   / /| |
|  __/   /   \  / /_| |
| |     / /^\ \ \___  |
\_|     \/   \/     |_/

px4 starting.

INFO  [px4] startup script: /bin/sh etc/init.d-posix/rcS 0
env SYS_AUTOSTART: 10016
INFO  [param] selected parameter default file parameters.bson
INFO  [param] selected parameter backup file parameters_backup.bson
  SYS_AUTOCONFIG: curr: 0 -> new: 1
  SYS_AUTOSTART: curr: 0 -> new: 10016
  CAL_ACC0_ID: curr: 0 -> new: 1310988
  CAL_GYRO0_ID: curr: 0 -> new: 1310988
  CAL_ACC1_ID: curr: 0 -> new: 1310996
  CAL_GYRO1_ID: curr: 0 -> new: 1310996
  CAL_ACC2_ID: curr: 0 -> new: 1311004
  CAL_GYRO2_ID: curr: 0 -> new: 1311004
  CAL_MAG0_ID: curr: 0 -> new: 197388
  CAL_MAG0_PRIO: curr: -1 -> new: 50
  CAL_MAG1_ID: curr: 0 -> new: 197644
  CAL_MAG1_PRIO: curr: -1 -> new: 50
* SENS_BOARD_X_OFF: curr: 0.0000 -> new: 0.0000
* SENS_DPRES_OFF: curr: 0.0000 -> new: 0.0010
INFO  [dataman] data manager file './dataman' size is 7866640 bytes
etc/init.d-posix/rcS: 39: [: Illegal number: 
INFO  [init] PX4_SIM_HOSTNAME: 192.168.65.254
INFO  [simulator_mavlink] using TCP on remote host 192.168.65.254 port 4560
WARN  [simulator_mavlink] Please ensure port 4560 is not blocked by a firewall.
INFO  [simulator_mavlink] Waiting for simulator to accept connection on TCP port 4560

ここから先は、端末Bです。

端末B

cd hakoniwa-px4sim/hakoniwa

Windows版の場合の下準備

Windowsの場合は、docker コンテナ内での作業になりますので、最初に以下のコマンドで docker コンテナに入ってください。

bash docker/run.bash

箱庭の起動

箱庭を起動するためのスクリプトを実行します。

bash run.bash

成功すると、こうなります。

bash run.bash 
INFO: shmget() key=255 size=1129352 
INFO: hako_master_init() success
Robot: DroneAvator, PduWriter: DroneAvator_drone_motor
channel_id: 0 pdu_size: 88
INFO: DroneAvator create_lchannel: logical_id=0 real_id=0 size=88
Robot: DroneAvator, PduWriter: DroneAvator_drone_pos
channel_id: 1 pdu_size: 48
INFO: DroneAvator create_lchannel: logical_id=1 real_id=1 size=48
WAIT START

この際、端末A側で、以下のように poll timeout のメッセージが出ますが、特に問題ないです。

ERROR [simulator_mavlink] poll timeout 0, 111
ERROR [simulator_mavlink] poll timeout 0, 111
ERROR [simulator_mavlink] poll timeout 0, 111

Unity

この状態で、Unityのシミュレーションを開始してください。

スクリーンショット 2023-11-11 14 40 27

そして、START ボタンを押下すると、シミュレーションが動き出します。

端末B

この時、端末Bでは以下のように、準備状態になります。

INFO  [lockstep_scheduler] setting initial absolute time to 1699681315573127 us
INFO  [commander] LED: open /dev/led0 failed (22)
WARN  [health_and_arming_checks] Preflight Fail: ekf2 missing data
INFO  [mavlink] mode: Normal, data rate: 4000000 B/s on udp port 18570 remote port 14550
INFO  [mavlink] mode: Onboard, data rate: 4000000 B/s on udp port 14580 remote port 14540
INFO  [mavlink] mode: Onboard, data rate: 4000 B/s on udp port 14280 remote port 14030
INFO  [mavlink] mode: Gimbal, data rate: 400000 B/s on udp port 13030 remote port 13280
INFO  [logger] logger started (mode=all)
INFO  [logger] Start file log (type: full)
INFO  [logger] [logger] ./log/2023-11-11/05_41_55.ulg	
INFO  [logger] Opened full log file: ./log/2023-11-11/05_41_55.ulg
INFO  [mavlink] MAVLink only on localhost (set param MAV_{i}_BROADCAST = 1 to enable network)
INFO  [mavlink] MAVLink only on localhost (set param MAV_{i}_BROADCAST = 1 to enable network)
INFO  [px4] Startup script returned successfully
pxh> INFO  [tone_alarm] home set
INFO  [tone_alarm] notify negative
INFO  [commander] Ready for takeoff!

ここで、端末Bで以下のコマンドを実行してください。

commander takeoff

成功すると、Unity上のドローンがホバリングしてくれます。

スクリーンショット 2023-11-11 14 46 36

シミュレーション停止方法

シミュレーションを停止するには、以下の順番で停止してください。

  1. Unityのシミュレーションを止める
  2. PX4のシミュレーションを　CTRL＋Cで止める
  3. 箱庭のシミュレーションを CTRL+C で止める

MAVLINK仕様データ

MAVLINK仕様データは、以下を参照すること。

https://mavlink.io/en/messages/common.html

ただし、座標系が曖昧なものがあるので、ここで定義する。

(現状、仮説であるため、適宜変更対応予定)

HIL_STATE_QUATERNION

名前 座標系 備考
time_usec - -
rollspeed 航空 機体座標系
pitchspeed 航空 機体座標系
yawspeed 航空 機体座標系
vx 航空 地上座標系、Ground X Speed (Latitude)
vy 航空 地上座標系、Ground Y Speed (Longitude)
vz 航空 地上座標系、Ground Z Speed (Longitude)
xacc 航空 地上座標系
yacc 航空 地上座標系
zacc 航空 地上座標系、重力は含めない
attitude_quaternion 航空 -
lat 航空 -
lon 航空 -
alt 航空 -
ind_airspeed - -
true_airspeed - -

HIL_SENSOR

名前 座標系 備考
time_usec - -
xacc 航空 機体座標系
yacc 航空 機体座標系
zacc 航空 機体座標系、重力を含む
xgyro 航空 機体座標系
ygyro 航空 機体座標系
zgyro 航空 機体座標系
xmag - -
ymag - -
zmag - -
abs_pressure - -
diff_pressure - -
pressure_alt - -
temperature - -
fields_updated - -
id - -

HIL_GPS

名前 座標系 備考
time_usec - -
fix_type -
lat 航空 -
lon 航空 -
alt ROS -
eph - -
epv - -
vel - -
vn 航空 GPS velocity in north direction in earth-fixed NED frame
ve 航空 GPS velocity in east direction in earth-fixed NED frame
vd 航空 GPS velocity in down direction in earth-fixed NED frame
cog - -
satelites_visible - -
id - -
yaw - -

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