Ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(5) —— 仿真环境搭建(以Ubuntu 22.04,ROS2 Humble,Micro XRCE-DDS Agent为例)

目录

• 前言
• 1. 准备
  • 1.1 下载 PX4 源码
    • 方式一：
    • 方式二：
  • 1.2 安装仿真依赖
  • 1.3 安装 Gazebo
• 2. 安装 Micro XRCE-DDS Agent
• 3. 编译 PX4
• 4. 通信测试
• 5. 官方 offboard 程序
• 6. offboard 测试
• 参考

前言

本教程基于 ROS2 ，在搭建之前，需要把 ROS2、QGC 等基础环境安装配置完成。但是这块的资料相比较于 ROS1 下的少很多，不利于快速上手和后期开发，小白慎选！

小白必看：👇👇👇👇👇👇👇
本次安装是以 px4 v1.14.0 为例，不适用之前的 px4 版本。
我的配置如下：
虚拟机 Ubuntu 22.04 (运行内存 4G、硬盘内存 80G) 、ROS2 Humble 、QGC禁止无脑复制：首先大部分命令都有先后顺序，就是要上一个命令执行成下一个才能执行成功，对于不熟悉的命令可以直接复制问AI 这样还能顺带学习学习；其次在有些情况下多个命令一起执行会出现奇怪的错误，而且有些命令旁边有注释，有时候复制上去可能也会出现错误。建议使用虚拟机：虽然虚拟机得性能有限，但是对于新手入门阶段是完全够用了，后续大型仿真再用双系统也比较熟悉了。而且虚拟机有一个快照功能，可以保存当前虚拟机的状态 (相当于存档)，这样如果后面出了问题要重新搭建环境，可以用快照回到上一个状态，这样就不用重头开始（我一般是安装好 ROS 拍一个、安装好 mavros 拍一个…）。关于网络：由于一些懂得都得的原因，再加上每个人的网络环境不同，我们下载 GitHub上的资源、安装 Python 包、apt 安装包等会时快时慢，所以大家会换源，比如一开始的换 apt 软件安装源等。但是下载资源一定要耐心，如果是网络问题，可以尝试多执行几次命令，而且有些我也给了相应的解决方案。

基于 ROS2 的 PX4 仿真环境搭建系列： 👇👇👇
建议安装之前可以先看看这个 👉 ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(1) —— 概念介绍

Ubuntu安装ROS(2) —— 安装ROS2 humble(最新、超详细图文教程，包含配置rosdep)-ZEEKLOG博客

ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(1) —— 概念介绍_Tfly__的博客-ZEEKLOG博客

ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(3) —— ubuntu安装QGC地面站_Tfly__的博客-ZEEKLOG博客

ROS1 请看 👇👇👇

ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(4) —— 仿真环境搭建、基于ROS1-ZEEKLOG博客

如果想要自己编译 PX4 固件可以看 Ubuntu编译PX4固件 这篇教程

1. 准备

1.1 下载 PX4 源码

方式一：

从 Github 上下载，但是比较考验个人网速

sudoaptinstallgit

下载并切换版本：

git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git # 下载源码mv PX4-Autopilot PX4_Firmware # 更改目录名cd PX4_Firmware git checkout v1.14.0 # 切换版本

更新子模块：

git submodule update --init --recursive # 更新下载子模块

方式二：

从提供的网盘里下载，或者从QQ群(961297255)里下载

链接: https://pan.baidu.com/s/1MJWtK8XkLsdzvJKrpCMz6Q
提取码: rbrk

下载后解压，然后执行下面命令：

cd PX4_Firmware wget https://gitee.com/tyx6/mytools/raw/main/px4/set_executable.sh chmod +x set_executable.sh ./set_executable.sh 

1.2 安装仿真依赖

sudoaptinstall ros-dev-tools cd ~/PX4_Firmware/Tools/setup 

修改文件并备份 （就把 pip 安装源换成了清华源），这一步是可做可不做，如果觉得python 包下载太慢了，可以试试

chmod +x ubuntu.sh ./ubuntu.sh --no-nuttx --no-sim-tools # 这是官方提供的脚本 有两个可选参数# --no-sim-tools 不安装仿真环境# --no-nuttx 不安装交叉编译环境#（如果需要自己编译飞控固件，烧录到飞控中，那就需要交叉编译环境）# 脚本执行时间，跟个人网络有关，可能需要一段时间

安装完成后，重启 Ubuntu

1.3 安装 Gazebo

Gazebo是一款强大的3D仿真软件，主要用于机器人学的研究和开发。它提供了高度逼真的物理模拟环境，包括动力学、碰撞检测、传感器模型以及与真实世界相似的物理属性如重力、摩擦力等。Gazebo可以模拟各种类型的机器人，从移动机器人、无人机到机械臂，甚至可以模拟整个城市环境。

根据上图说明，Gazebo 官方做了更新将之前的 Gazebo Ignition 命名为 Gazebo，以前的 Gazebo 现在叫 Gazebo Classic ，而 Ubuntu 22.04 及以后的版本就支持 Gazebo (Gazebo Ignition) 。
因为几年前官方对 Gazebo 进行了重大架构变更，然后将变更后的版本叫 Gazebo Ignition，旧的仍叫 Gazebo。后面Gazebo Ignition 逐渐成熟并经过使用验证，所以他结束了旧的 Gazebo ( Gazebo 11 是 Gazebo Classic 的最后一个版本，支持到 2025 年 )，并重新对它们命了名。而且两个应该不能共存，安装一个会卸载另一个。

cd ~/PX4_Firmware/Tools/setup ./ubuntu.sh --no-nuttx # 这一步会安装仿真环境依赖，包括 gazebo# 脚本执行时间，跟个人网络有关

再运行一下 gazebo ：

gz sim 

成功后再重启 Ubuntu

2. 安装 Micro XRCE-DDS Agent

在 ROS2 中 PX4 使用 uXRCE-DDS 中间件来允许在配套计算机上发布和订阅 uORB 消息，就像它们是 ROS2 话题一样。这提供了 PX4 和 ROS2 之间快速可靠的集成，并使 ROS2 应用程序更容易获取车辆信息和发送命令，如上图所示。(来自官方文档说明)

这应该跟 ROS2 将中间件改为 DDS 有关，但是官方又说明了在 ROS2 中仍可以使用 MAVROS ，可能官方觉得在 ROS2 中 Micro XRCE-DDS Agent 更好用 😂，也可能是因为 MAVLink 是外部通信协议，uORB 是内部通信协议。

注：如果想用 Mavros 请参考这篇文章 👉 ubuntu搭建PX4无人机仿真环境(2) —— MAVROS安装(适用于ROS1、ROS2)-ZEEKLOG博客
使用方法跟 ROS1 类似，这里不做描述。

Micro XRCE-DDS Agent 与 MAVROS 的对比（来自豆包AI，仅供参考）
MAVROS 是 ROS（机器人操作系统）生态中连接 MAVLink 协议设备（如 PX4、ArduPilot 飞控）的主流工具，本质是 ROS 与 MAVLink 的桥梁。二者的核心差异体现在如下方面：

• 下载源码：

git clone -b v2.4.2 https://github.com/eProsima/Micro-XRCE-DDS-Agent.git 

• 编译：

cd Micro-XRCE-DDS-Agent mkdir build cd build cmake ..make# make 的时候还会额外下载代码，跟个人网速有有关，大概要10-20分钟

如果出现如下图错误：

build 目录下执行下面命令，改完后再重新 make：

sed -i 's/checkout 2\.12\.x --/checkout v2.12.1 --/' ./fastdds/tmp/fastdds-gitclone.cmake 

也可以用文本编辑器打开fastdds-gitclone.cmake 文件，将 2.12.x 改为 v2.12.1 就行。

• 安装：

sudomakeinstallsudo ldconfig /usr/local/lib/ # 更新动态链接器的缓存

3. 编译 PX4

cd ~/PX4_Firmware make px4_sitl gz_x500 # 这步可能有点慢

出现这个表示编译成功 😄

错误 1️⃣：如果在虚拟机中可能遇到下面错误，这是由于在虚拟机设置中开启了 3D 图形加速，导致系统的 OpenGL 版本降低。

参考这个 Issue 中的解决方法，降低仿真使用的渲染引擎的版本

打开文件，修改处大概在 73 行：

gedit ~/PX4_Firmware/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/px4-rc.simulator 

修改前：

if[ -z "${HEADLESS}"];then# HEADLESS not set, starting gui${gz_command}${gz_sub_command} -g &fi

修改后：

if[ -z "${HEADLESS}"];then# HEADLESS not set, starting gui${gz_command}${gz_sub_command} -g --render-engine ogre &fi

错误 2️⃣：如果编译过程中出现类似下面错误，应该是 gz_bridge 启动超时

INFO [gz_bridge] world: default, model name: x500_0, simulation model: x500 ERROR [gz_bridge] Service call timed out ERROR [gz_bridge] Task start failed (-1) ERROR [init] gz_bridge failed to start ERROR [px4] Startup script returned with return value: 256

参考下面链接中给出的解决方法 👇
make px4_sitl gz_x500出错 - 哔哩哔哩

然后，再重新编译

4. 通信测试

打开一个终端，启动 MicroXRCEAgent：

MicroXRCEAgent udp4 -p 8888

打开另一个终端，启动仿真：

cd ~/PX4_Firmware make px4_sitl gz_x500 

都启动后，可以看到通信成功

5. 官方 offboard 程序

• 创建工作空间：

mkdir -p ~/ros2_ws/src 

• 下载源码：

cd ~/ros2_ws/src # 1.14git clone https://github.com/PX4/px4_msgs.git -b release/1.14 git clone https://github.com/PX4/px4_ros_com.git -b release/v1.14 # 1.15# git clone https://github.com/PX4/px4_msgs.git -b release/1.15# git clone https://github.com/PX4/px4_ros_com.git -b release/1.15

• 编译：

cd ~/ros2_ws colcon build 

• 更新环境：

echo"source ~/ros2_ws/install/setup.bash">> ~/.bashrc source ~/.bashrc #使环境生效

6. offboard 测试

先启动 QGC，然后执行下面命令

• 终端一，启动 MicroXRCEAgent：

MicroXRCEAgent udp4 -p 8888

• 终端二，启动仿真：

cd ~/PX4_Firmware make px4_sitl gz_x500 

• 终端三，启动官方 offboard 案例（上升5米）：

ros2 run px4_ros_com offboard_control 

注：如果过了一段时间，无人机无法 offboard 起飞，程序都正常启动，这时可以尝试下面命令

然后重新编译

编译成功后，记得 source 一下，再重新offboard测试

到这 PX4 无人机基本仿真环境就搭建完成了，大家可以基于此来拓展自己的仿真。
建了个交流群QQ群(961297255)，方便大家交流学习，但是关于 ROS2 下的 PX4 仿真资料不多 😁

参考

ROS 2 用户指南 | PX4 Guide (main)
PX4 ROS 2 User Guide v1.14
PX4 documentation
uXRCE-DDS
Ubuntu Development Environment
a-new-era-for-gazebo

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