Ubuntu 18 + ROS Melodic 配置 XTDrone/Gazebo 无人机仿真及 Mid360 模型集成

若提示 livox_ros_driver 找不到，需将 livox_laser_simulation 的 src、include 以及 CMakeLists.txt 中的 driver 引用全部改为 driver2，直到工作空间编译通过。

catkin_make

报错：anaconda 环境下的 protoc 导致了冲突

Anaconda 环境下的 protobuf 可能与系统库冲突。即使注释了 conda 环境变量，仍可能残留影响。

echo $PATH | grep conda
echo $LD_LIBRARY_PATH | grep conda

强制使用系统的 protoc（注意不要直接 export CMAKE_PREFIX_PATH=/usr，这会丢失 ROS 环境）：

export Protobuf_INCLUDE_DIR=/usr/include
export Protobuf_LIBRARY=/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libprotobuf.so

又出现报错：genmsg-extras.cmake 找不到指定

这是因为只加载了基础环境 /usr，找不到 ROS 等其他的依赖。

解决方案：

1. 开一个干净的 shell（避免 conda / ros 混乱）：bash --noprofile --norc
2. 加载 ROS 环境：source /opt/ros/melodic/setup.bash
3. 进入 workspace：cd ~/proj/livox_ws
4. 删除之前损坏的 build / devel：rm -rf build devel
5. 再次编译：catkin_make

关键步骤：

1. 禁用 CONDA：执行 conda deactivate，移除环境变量中可能存在的 conda 路径。
2. 正确加载 ROS Melodic：确保 CMAKE_PREFIX_PATH 包含 /opt/ros/melodic。
3. 设置系统 protobuf：仅设置 Protobuf_INCLUDE_DIR 和 Protobuf_LIBRARY，不要动 CMAKE_PREFIX_PATH。
4. 清理编译缓存：必须删除 build 和 devel 文件夹才能进行下一步。

取得效果：编译通过

对于 Ubuntu 18，核心是解决 protoc 路径冲突，通过指定运行库解决。同时确保删除干净原来的编译 build、devel 再重装即可。

修改 mid360 模型至无人机

逻辑是通过 roslaunch px4 indoor1.launch 生成地图，该 launch 文件通过参数 sdf 选择无人机模型，无人机的 sdf 文件引入 Mid360 模型，最终搭配 mid360 的无人机同地图一起在 gazebo 中生成。

创建无人机模型

无人机模型和传感器模型都在 PX4 里，路径如下：

/home/user/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo/models

复制一个无人机模型的文件夹（如 iris_3d_lidar），重命名为 iris_3d_lidar_360。

修改 iris_3d_lidar_360.sdf，在 sdf 中加入如下代码来引入 mid360，并屏蔽掉原始的雷达：

<!-- 添加雷达 -->
<include>
  <uri>model://Mid360</uri>
  <pose>0 0 0.05 0 0 0</pose>
</include>
<joint name="lidar_joint" type="fixed">
  <child>Mid360::livox_base</child>
  <parent>base_link</parent>
  <axis>
    <xyz>0 0 1</xyz>
    <limit>
      <upper>0</upper>
      <lower>0</lower>
    </limit>
  </axis>
</joint>
<!-- For Velodyne Lidar Payload (注释原始雷达) -->
<!-- <include> ... </include> -->

创建激光雷达模型

在 models 路径下添加文件夹 Mid360。将 Mid360 模型文件夹复制到 ~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo/models。

注意处理子文件夹冲突，确保 mesh 文件路径正确。修改 Mid360.sdf 中 <collision>、<visual> 标签所引用的文件路径，以及 <csv_file_name> 路径。

最后在 indoor1.launch 中将 vehicle 和 sdf 名称改对：

<arg name="vehicle" value="iris"/>
<arg name="sdf" value="iris_3d_lidar_360"/>

启动命令：

source /home/user/proj/xtdrone_ws/devel/setup.bash
source /home/user/proj/PX4_Firmware/Tools/setup_gazebo.bash
~/PX4_Firmware/
~/PX4_Firmware/build/px4_sitl_default
roslaunch px4 indoor1.launch

报错：无人机不显示雷达

常见错误包括 Unknown model 或 URI 格式错误。

关键点 1：launch 文件中的无人机名称 PX4 只关心机型名（launch 里 <arg name="vehicle" value="..."/> 去掉前缀数字后的字符串）。Gazebo 只关心 SDF 文件名（launch 里 <arg name="sdf" value="..."/>）。

关键点 2：sdf 文件中的路径格式 URI 格式应为 model://model_name，而非绝对路径。错误示例：Invalid uri[model:/home/...]。应修正为 model://Mid360。

控制无人机与显示激光雷达扫描效果

对于多旋翼飞行器，Offboard 控制起飞很容易，给一个大于 0.3m/s 的期望 z 向速度即可。

不断按 i 把期望 z 向速度加到 0.3m/s 以上，然后按 b 切到 offboard 模式，再按 t 解锁即可起飞，飞到合适的高度后，按 s 即可实现悬停。

激光雷达仿真适配

若虚拟激光雷达不能输出点云和 imu 数据，大概率需要重新编译插件并确保路径正确。

重新编译

export Protobuf_INCLUDE_DIR=/usr/include
export Protobuf_LIBRARY=/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libprotobuf.so
catkin_make

注意每次编译前清理 build 目录。

修改环境变量和启动的方式

在 ~/.bashrc 中添加必要的 source 路径，确保 Gazebo 能找到插件。

source /home/user/proj/xtdrone_ws/devel/setup.bash
source /home/user/proj/PX4_Firmware/Tools/setup_gazebo.bash
export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:/home/user/proj/PX4_Firmware
export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:/home/user/proj/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo

插件路径问题： Gazebo 查找插件 .so 文件的顺序：

1. GAZEBO_PLUGIN_PATH
2. Gazebo 默认插件目录
3. 当前 source 的 catkin_ws 下 devel/lib/

解决方案： 方案 1：把插件复制到 xtdrone_ws 下。 方案 2：设置 GAZEBO_PLUGIN_PATH。

export GAZEBO_PLUGIN_PATH=$GAZEBO_PLUGIN_PATH:/home/user/proj/livox_ws/devel/lib

实际运行效果

配置完成后，可通过可视化和键盘控制实现无人机的飞行定位建图。

环境中使用无人机进行飞行仿真

fastlio 联合仿真使用

配置传感器驱动文件

mid360s.yaml:

common:
  lid_topic: "/scan"
  imu_topic: "/iris_0/imu_gazebo"
  time_sync_en: false
  time_offset_lidar_to_imu: 0.0
preprocess:
  lidar_type: 1
  scan_line: 4
  blind: 0.5
mapping:
  acc_cov: 0.1
  gyr_cov: 0.1
  extrinsic_T: [ -0.011, -0.02329, 0.04412 ]
  extrinsic_R: [ 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1]
publish:
  scan_publish_en: true
  dense_publish_en: true

启动方式

conda deactivate
roslaunch px4 indoor1.launch

在另一终端运行通信脚本：

conda deactivate
cd /home/user/proj/XTDrone/communication/
python multirotor_communication.py iris 0

在另一终端运行控制脚本：

conda deactivate
cd /home/user/proj/XTDrone/control/keyboard
python multirotor_keyboard_control.py iris 1 vel

gazebo 基于代码的控制运行

XTDrone 支持多旋翼、固定翼等机型。本教程介绍多旋翼配置。

飞行模式解析

PX4 支持多种飞行模式，XTDrone 主要利用 Offboard 模式。飞行器起飞前需解锁，着陆后需上锁。

推荐起飞流程：按 i 把向上速度加到 0.3 以上，再按 b 切 offboard 模式，最后按 t 解锁。

姿态控制示例

姿态控制指令发送给 mavros/setpoint_raw/attitude。该话题有两种控制方式：①角度 + 油门；②角速度 + 油门。

使用位姿真值

Gazebo 提供了无人机位姿姿态的真实值，可用于分析 SLAM 算法精度。

启动通信脚本获取真值：

cd ~/XTDrone/communication
python multirotor_communication.py iris 0

启动获取位姿真值的脚本：

cd ~/XTDrone/sensing/pose_ground_truth/
python get_local_pose.py iris 1

发布速度指令控制飞行

确定 gazebo、xtdrone 接收的控制信号形式。MAVROS 节点负责转换 MAVLink 消息与 ROS 消息。

常用话题：

• /xtdrone/iris_0/cmd
• /xtdrone/iris_0/cmd_vel_flu

键盘控制说明：

• t: 解锁起飞
• r: 回到起飞点
• b: 进入姿态控制
• l: 自主降落
• q: 退出程序

ego_planner 控制指令解析

ego_planner 需要输入深度图 + 相机位姿或是点云。相关话题包括 /xtdrone/iris_0/planning/bspline 等。

定点飞行思路： 将 ego_planner 一条轨迹拆成多个轨迹，编写脚本分段执行任务。

旋转脚本示例：

#!/usr/bin/env python
import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist

def main():
    rospy.init_node('command_publisher')
    pub = rospy.Publisher('/xtdrone/iris_0/cmd_vel_flu', Twist, queue_size=10)
    cmd_vel = Twist()
    cmd_vel.angular.z = 1.57
    rate = rospy.Rate(220)
    count = 0
    while not rospy.is_shutdown() and count < 240:
        pub.publish(cmd_vel)
        rate.sleep()
        count += 1

if __name__ == '__main__':
    try:
        main()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

执行任务脚本：

tmux new -d -s ego_planner
tmux send-keys -t ego_planner "roslaunch ego_planner single_uav.launch" ENTER
sleep 22
tmux send-keys -t ego_planner "C-c" ENTER
sleep 2
tmux send-keys -t ego_planner "python xuanzhuan.py" ENTER

注意脚本执行和仿真运行不是串联的，需预留足够睡眠时间以完成动作。