mavlink協定_【2020-8-9】APM,PX4,GAZEBO,MAVLINK,MAVROS,ROS之間的關系以及科研裝置選型

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0.概述

無人機自主飛行平台可以分為四個部分：動力平台，飛行控制器，機載電腦和模拟平台。

• 動力平台：負責執行飛行任務，包括螺旋槳、電機、機架等，用于科研的一般都是F380和F450的機架。
• 飛行控制器：無人機使用的控制器取決于采用的固件：apm和pixhawk。用來調整無人機在空間中的位姿，給各個螺旋槳發送指令。
• 機載電腦：作為上位機，通過MAVROS或者mavlink協定跟飛控通訊。可以搭載更多的機載裝置諸如相機，各類傳感器，通過機載電腦感覺周圍環境，做出更多智能化的工作。常見的機載電腦有x86平台的upboard，樹莓派，英偉達的jetson。我們自己的實驗平台機載電腦使用的是樹莓派3b+，飛控是pixhawk，搭在了intel的realsense攝像頭，深度攝像頭，超音波和雷射傳感器。
• 模拟平台：無人機作為航空裝置，操作複雜，危險性高，就算是成熟的商業産品諸如大疆，也存在很多的炸雞事故。是以，在進行實際飛行之前，一定要進行模拟操作，将程式修改好之後，才可以進行實機測試。

1.APM和PX4：飛行控制器和

APM和PX4是自動駕駛和無人機領域最出名的兩個固件。而因為曆史原因，國内在兩個固件的叫法上一直巨大的混淆。 淘寶上比較常見的無人機飛控固件大體分為三類：APM，pixhawk2.4.8和pixhawk4。其中apm價格最便宜，px4價格最便宜。一般的無人機玩家，從預算考慮會購買apm，稍微預算充足的會購買pixhawk2.4.8的硬體。雖然從硬體配置和性能上，apm的硬體是遠遠不如pixhawk2.4.8的。 但是一般使用者購買的pixhawk産品，商家會提供一些pix_3.*.*之類的固件，這些固件實際上是樂迪公司修改過的apm的固件，商家提供的地面站也是apm公司mp地面站，而且是版本較老，漢化不全地面站。 如果僅僅把無人機當做航拍裝置，或者就是自己遙控玩一玩，這種刷着樂迪修改版固件的飛機是足夠穩定的，還可以搭配樂迪自己的光流傳感器和超音波避障子產品，足夠穩定，不管是室内還是室外。 但是，如果需要用機載電腦進行自主要制，這一套就玩不轉。 如果需要使用px4的固件，則需要通路下面的位址，下載下傳QGC地面站，刷pixhawk官方的固件。px4的固件最新的版本号也隻有1.10.0。

APM網站：https://ardupilot.org/dev/index.html PX4網站：https://docs.px4.io/master/en/index.html

2.地面站：MissionPlan(MP)和QGroundControl(QGC)

2.1 APM

MP是APM公司推出的地面站軟體，用來進行apm飛控的固件刷寫，更新和監控飛行器狀态，定點飛行的規劃。國内常見的是不知道哪個大佬漢化的版本，漢化不全，版本很老，刷的固件也是樂迪公司修改過的固件。最新版的MP地面站和固件，可以通過通路上面的網站擷取。

2.2 PX4

QGroundControl（QGC）是px4官方出的地面站，用來進行px4固件的刷寫，調參，監控飛行狀态，定點飛行規劃。一般國内玩家使用的較少，然而刷了PX4固件的機器，是沒法跟APM地面站進行資料通信的，是以如果需要使用PX4的平台，就必須使用QGC，國内也有漢化版可以下載下傳。

2.MAVLINK和MAVROS：通信協定

MAV協定是上位機和飛控通信的通信協定，MAVROS是基于ROS系統的MAV協定，可以和ROS系統相結合。

3.GAZEBO仿真軟體

Gazebo是ROS系統自帶的仿真平台，可以通過mavros通信協定，将飛控的操作資料回報到仿真平台。進行無人機的仿真操作。

4.ROS：機器人作業系統

國際最通用的機器人作業系統，将不同硬體的操作進行封裝，通過簡單的話題釋出和訂閱，可以讓算法開發者不必考慮不同的硬體平台，以及各種硬體之間的配合，僅需要用自己的熟悉的Python或者C++語言編寫算法，ROS負責聯通算法實施和硬體驅動和模拟仿真。

5.自主無人飛行平台選型

目前無人機是無人系統領域中的熱點之一，與無人車不同，無人機涉及到智能體在三維空間的定位和導航問題，本身比無人車就多一個次元，加上無人機保持穩定需要螺旋槳提供源源不斷的動力，具有極大的危險性。是以在科研選型之初，就要明白自己實驗室關注的重點在哪裡，是偏重于底層的飛控實作，還是用于姿态穩定的多傳感器融合，還是偏向于算法的SLAM。而不同的研究重點，所需要的關注的前置技能點和購買的飛行平台均不相同，買錯了走錯了方向，就很浪費很多時間和精力。本文所介紹的這些，均是為了算法設計服務，盡可能的和底層控制解耦，讓算法開發者不必關系底層飛行器的實作。

PX4官方出了整套解決方案px4-vision價格大概在16000元，國内有阿木實驗室在做整機銷售，樹莓派版本也在12000多左右。我們自己做的性能相近或者超越的整機平台價格在6000以下。有需要的也可以聯系我們。