自主无人机竞速基本开发教程(初赛)

复赛内容已添加至分支 -RMUA2025-02

1. 启动模拟器

参考 https://github.com/RoboMaster/IntelligentUAVChampionshipSimulator 配置好模拟器并启动

2. 安装Nvidia-Docker

确保已安装了 Nvidia 驱动

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安装docker

• sudo apt-get install ca-certificates gnupg lsb-release
• sudo mkdir -p /etc/apt/keyrings
• curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/docker.gpg
• echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.gpg] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null
• sudo apt-get update
• sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin

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安装nvidia-container-toolkit

• distribution=$(. /etc/os-release;echo $ID$VERSION_ID)
• curl -s -L https://nvidia.github.io/nvidia-docker/gpgkey | sudo apt-key add -
• curl -s -L https://nvidia.github.io/nvidia-docker/$distribution/nvidia-docker.list | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/nvidia-docker.list
• sudo apt-get update && sudo apt-get install -y nvidia-container-toolkit
• sudo systemctl restart docker

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设置用户组，消除 sudo 限制

• sudo groupadd docker
• sudo gpasswd -a $USER docker
• 注销账户并重新登录使新的用户组生效
• sudo service docker restart

3. 安装ROS-Noetic

• sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
• sudo apt install curl
• curl -s https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add -
• sudo apt update
• sudo apt install ros-noetic-desktop-full
• sudo apt install python3-catkin-tools

4. 基于docker镜像的控制程序开发流程

本次比赛中的模拟器使用 ROS 进行通讯，选手需要编写含有控制程序的ros功能包操控无人机完成目标,该ros功能包需要封装在docker镜像中进行提交。建议先在主机下开发完相应程序后在进行程序的docker封装，流程如下

进入文件目录
cd /path/to/IntelligentUAVChampionshipBase/basic_dev
开发案例完成功能设计与程序开发并根据需要修改 Dockerfile 后，构建镜像
docker build -t basic_dev .
导出镜像
docker image save [镜像：TAG] > test.tar
在主机工作目录下会出现 test.tar 文件，该文件即为可提交镜像

注意:

1. 服务器会在外部随机分配ip给容器，不能在镜像中的启动文件中提供 ROS_IP 和 ROS_MASTER_URI 这两个环境变量，否则服务器与容器将无法连接
2. 镜像中的程序应在镜像启动后自动开启
3. 镜像程序不允许使用GUI(X11等)功能

5. 程序案例

基础开发环境(basic_dev)

简介

该镜像包含有ros-noetic-desktop-focal以及相关的必要ros组件。程序中展示了如何模拟器进行数据交互

使用说明

进入文件目录
cd /path/to/IntelligentUAVChampionshipBase/basic_dev
构建镜像
docker build -t basic_dev .
启动docker镜像
./run_basic_dev.sh
当看到如下图，说明容器启动成功，程序可接受到模拟器传出的数据

ros数据交互

用于获取数据的可订阅的主题

• 前视相机
  /airsim_node/drone_1/front_left/Scene
/airsim_node/drone_1/front_right/Scene
• 后视相机
  /airsim_node/drone_1/back_left/Scene
/airsim_node/drone_1/back_right/Scene
• imu数据
  /airsim_node/drone_1/imu/imu
• 雷达数据
  /airsim_node/drone_1/lidar
• 无人机状态真值
  /airsim_node/drone_1/debug/pose_gt
• gps数据(含带误差姿态)
  /airsim_node/drone_1/gps
• 电机输入PWM信号(0:右前, 1:左后, 2:左前, 3:右后)
  /airsim_node/drone_1/debug/rotor_pwm
• 起始位姿
  /airsim_node/initial_pose
• 终点位置
  /airsim_node/end_goal

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用于发送指令的主题

• 速度控制
  /airsim_node/drone_1/vel_cmd_body_frame
• PWM控制(0:右前, 1:左后, 2:左前, 3:右后)
  /airsim_node/drone_1/rotor_pwm_cmd

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可用服务

• 起飞
  /airsim_node/drone_1/takeoff
• 降落
  /airsim_node/drone_1/land
• 重置
  /airsim_node/reset

注意:

服务器仅开放规则手册中提及的话题,其余话题仅供调试程序使用。

系统相关参数

无人机系统参数

• 质量 0.9kg
• 轴距（电机至机体中心）0.18米
• 转动惯量 Ixx 0.0046890742, Iyy 0.0069312, Izz 0.010421166
• 电机升力系数 0.000367717
• 电机反扭力系数 4.888486266072161e-06
• 最大转速 11079.03 转每分钟

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标定板参数

• 行数（内点）8
• 列数（内点）11
• 方块边长 0.06 米