Gazebo 다중 차량 시뮬레이션

이 항목에서는 Gazebo와 SITL(Linux만 해당)을 사용하여 다중 UAV 차량 시뮬레이션 방법을 설명합니다. ROS 유무에 따라 시뮬레이션 접근 방식이 달라집니다.

다중 차량 Gazebo (ROS 없음)

Gazebo에서 다중 차량을 시뮬레이션하려면, 터미널에서 다음 명령어를 입력하십시오.(펌웨어 트리 루트에서).

Tools/gazebo_sitl_multiple_run.sh [-m <model>] [-n <number_of_vehicles>] [-w <world>] [-s <script>] [-t <target>] [-l <label>]

• <model>: The vehicle type/model to spawn, e.g.: iris (default), plane, standard_vtol, rover, r1_rover typhoon_h480.

• <number_of_vehicles>: 실행할 차량의 수입니다. 기본값은 3. 최대값은 255.

• <world>: 차량이 생성되어야 하는 세계, 예: empty (기본값)

• <script>: 여러 유형의 다중 차량을 생성합니다(-m 및 -n의 값 무시). 예:

  -s "iris:3,plane:2,standard_vtol:3"
  

  • Supported vehicle types are: iris, plane, standard_vtol, rover, r1_rover typhoon_h480.
  • 콜론 뒤의 숫자는 실행할 차량(해당 유형) 대수를 나타냅니다.
  • 최대 차량 대수는 255대입니다.

• <target>: 빌드 대상, 예: px4_sitl_default(기본값), px4_sitl_rtps

• <label> : 모델에 대한 특정 레이블, 예: rtps

각 차량 인스턴스에는 고유한 MAVLink 시스템 ID(1, 2, 3 등)가 할당됩니다. 차량 인스턴스는 순차적으로 할당된 PX4 원격 UDP 포트: 14540 - 14548에서 액세스됩니다(추가 인스턴스는 모두 동일한 원격 UDP 포트를 사용하여 액세스: 14549)

Note

255대의 차량 제한은 mavlink MAV_SYS_ID가 동일한 네트워크에서 255대의 차량만 지원하기 때문입니다. MAV_SYS_ID 및 다양한 UDP 포트는 SITL rcS: init.d-posix/rcS (opens new window)에 할당됩니다.

비디오: 다중 멀티콥터(Iris)

@유투브 (opens new window)

비디오: 다중 고정익

@유투브 (opens new window)

비디오: 다중 VTOL

@유투브 (opens new window)

빌드 및 테스트(RTPS/DDS)

Gazebo에서 RTPS/DDS를 기반으로 여러 차량을 시뮬레이션하려면 터미널에서 PX4-Autopilot 트리(위에 설명된 대로) 루트의 -t px4_sitl_rtps 옵션과 함께 gazebo_sitl_multiple_run.sh 명령을 사용합니다. 여기에서 -t px4_sitl_rtps 옵션을 사용합니다. 이 옵션은 MAVLink 시뮬레이션 API가 아닌 PX4와 통신하기 위해 RTPS를 사용하도록 설정합니다. 그러면 iris_rtps 모델(현재 RTPS와 함께 사용하기 위해 구현된 유일한 모델)이 빌드되고 실행됩니다.

Note

eProsima Fast DDS가 설치되어 있어야 하고, micrortps_agent가 각 차량의 다른 터미널에서 실행되어야 합니다. 자세한 내용은 RTPS/DDS 인터페이스: PX4-고속 RTPS(DDS) 브리지를 참고하십시오.

예제 설정을 빌드하려면 아래 단계를 따라 진행하십시오.

1. PX4/펌웨어 코드를 복제한 다음, SITL 코드를 빌드합니다.

   cd Firmware_clone
   git submodule update --init --recursive
   DONT_RUN=1 make px4_sitl_rtps gazebo
   

2. micrortps_agent를 빌드합니다.

   • ROS 독립적인 RTPS/DDS 애플리케이션에서 에이전트를 사용하려면 여기에 있는 설치 방법을 참고하십시오.
   • ROS 2에서 에이전트를 사용하려면, 이 설치 방법을 참고하십시오.

3. gazebo_sitl_multiple_run.sh를 실행합니다. 예를 들어 4대의 차량을 생성하려면, 다음을 명령어를 실행하십시오.

   ./Tools/gazebo_sitl_multiple_run.sh -t px4_sitl_rtps -m iris -l rtps -n 4
   

   Note

각 차량 인스턴스에는 고유한 MAVLink 시스템 ID(1, 2, 3 등)가 할당되고, 고유한 원격 UDP 포트(2019, 2021, 2023 등)에서 데이터를 수신하고, UDP 포트(2020, 2022, 2024 등)에서 데이터를 전송합니다.

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1. micrortps_agent를 실행합니다. 예를 들어 4대의 차량을 연결하려면, 다음을 명령어를 실행하십시오.

   micrortps_agent -t UDP -r 2020 -s 2019 &
   micrortps_agent -t UDP -r 2022 -s 2021 &
   micrortps_agent -t UDP -r 2024 -s 2023 &
   micrortps_agent -t UDP -r 2026 -s 2025 &
   

   ROS2를 사용하여 PX4의 특정 인스턴스와 통신하려면 `-n ` 옵션을 사용합니다. 예를 들어, `micrortps_agent -t UDP -r 2020 -s 2019 -n vhcl0`을 실행하면 에이전트가 네임스페이스 접두사 `/vhcl0`이 있는 모든 주제를 게시합니다. 그런 다음 해당 차량의 주제만 구독하고 게시할 수 있습니다.

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다중 차량 ROS 와 Gazebo

이 예제는 빈 세계에서 두 개의 Iris 차량을 출력하는 Gazebo 클라이언트 GUI를 여는 설정을 설명합니다. 그런 다음 단일 차량을 관리하는 것과 유사한 방식으로 QGroundControl 및 MAVROS를 사용하여 차량을 제어할 수 있습니다.

필수 사항

• 현 PX4 ROS/Gazebo 개발 환경

Note

작성 당시에는 ROS Melodic/Gazebo 9가 포함된 Ubuntu 18.04을 사용하였습니다. 가제보 시뮬레이션도 참고하십시오.

• MAVROS 패키지 (opens new window)
• 최신 PX4/PX4-Autopilot (opens new window) 저장소 복제

빌드 및 테스트

예제 설정을 빌드하려면 아래 단계를 따라 진행하십시오.

1. PX4/PX4-Autopilot 코드를 복제한 다음, SITL 코드를 빌드합니다.

   cd Firmware_clone
   git submodule update --init --recursive
   DONT_RUN=1 make px4_sitl_default gazebo
   

2. 환경 설정을 업데이트합니다.

   source Tools/setup_gazebo.bash $(pwd) $(pwd)/build/px4_sitl_default
   export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:$(pwd):$(pwd)/Tools/sitl_gazebo
   

3. 실행 파일을 실행합니다.

   roslaunch px4 multi_uav_mavros_sitl.launch
   

Note

위의 roslaunch에서 gui:=false를 지정하여 UI 없이 Gazebo를 시작할 수 있습니다.

튜토리얼 예제는 빈 세계에서 두 개의 Iris 차량을 출력하는 Gazebo 클라이언트 GUI를 오픈합니다.

단일 차량을 관리하는 것과 유사한 방식으로 QGroundControl 또는 MAVROS를 사용하여 차량을 제어할 수 있습니다.

• QGroundControl에는 "초점에 있는" 차량을 선택하는 드롭다운 메뉴가 있습니다.
• MAVROS에서는 주제/서비스 경로 앞에 적절한 네임스페이스를 포함하여야 합니다(예: <group ns="uav1">의 경우 /uav1/mavros/mission/push 사용).

무슨 일이 일어나고 있나요?

각 시뮬레이션 차량에 대하여, 다음 사항들이 필요합니다.

• Gazebo 모델: PX4-Autopilot/Tools/sitl_gazebo/models/rotors_description/urdf/<model>_base.xacro에서 xacro 파일로 정의됩니다. 여기 (opens new window)를 참고하십시오. 현재 모델 xacro 파일은 base.xacro로 끝나는 것으로 가정합니다. 이 모델에는 Gazebo가 PX4 노드와 통신할 UDP 포트를 정의하는 mavlink_udp_port라는 인수가 있어야 합니다. 모델의 xacro 파일은 선택한 UDP 포트가 포함된 urdf 모델을 생성하는 데 사용됩니다. UDP 포트를 정의하려면 각 차량의 실행 파일에서 mavlink_udp_port를 설정합니다. 예제는 여기 (opens new window)를 참고하십시오.

Note

동일한 차량 모델을 사용하는 경우에는, 각 차량에 대해 별도의 xacro 파일이 필요하지 않습니다. 동일한 xacro 파일이면 충분합니다.

• PX4 노드: SITL PX4 앱입니다. Gazebo 차량 모델에 정의된 것과 동일한 UDP 포트(예: mavlink_udp_port)로 시뮬레이터 Gazebo와 통신합니다. PX4 SITL 앱 측에서 UDP 포트를 설정하려면, 앞서 논의한 mavlink_udp_port와 일치하도록 시작 파일의 SITL_UDP_PRT 매개변수를 설정합니다. 여기 (opens new window)를 참고하십시오. 시작 파일의 시작 파일 경로는 차량 및 ID 인수를 기반으로 생성됩니다. 여기 (opens new window)를 참고하십시오. 시작 파일의 각 차량에 대한 MAV_SYS_ID(여기 (opens new window) 참고)는 여기 (opens new window)의 시작 파일에 있는 해당 차량의 ID와 일치하여야 합니다. 이렇게 하면 시작 파일과 시작 파일 간에 구성을 일관되게 유지할 수 있습니다.

• MAVROS 노드 (선택 사항): 실행 파일에서 별도의 MAVROS 노드를 실행할 수 있습니다. 원하는 경우 여기 (opens new window)를 참고하여 PX4 SITL 앱에 연결하세요. ROS를 통해 차량을 제어합니다. 시작 파일의 고유한 포트 집합에서 MAVLink 스트림을 시작하여야 합니다. 여기 (opens new window)를 참고하십시오. 이러한 고유한 포트 세트는 MAVROS 노드의 시작 파일에 있는 포트 세트와 일치하여야 합니다(여기 (opens new window) 참고).

시작 파일 multi_uav_mavros_sitl.launch는 다음의 내용을 실행합니다.

• Gazebo에 세계를 로드합니다.

    <!-- Gazebo sim -->
    <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
        <arg name="gui" value="$(arg gui)"/>
        <arg name="world_name" value="$(arg world)"/>
        <arg name="debug" value="$(arg debug)"/>
        <arg name="verbose" value="$(arg verbose)"/>
        <arg name="paused" value="$(arg paused)"/>
    </include>
  

• 각 차량에 대하여

  • xacro에서 urdf 모델을 생성하고, 가제보 모델을 로드하고, PX4 SITL 앱 인스턴스를 실행합니다.

      <!-- PX4 SITL and vehicle spawn -->
      <include file="$(find px4)/launch/single_vehicle_spawn.launch">
          <arg name="x" value="0"/>
          <arg name="y" value="0"/>
          <arg name="z" value="0"/>
          <arg name="R" value="0"/>
          <arg name="P" value="0"/>
          <arg name="Y" value="0"/>
          <arg name="vehicle" value="$(arg vehicle)"/>
          <arg name="rcS" value="$(find px4)/posix-configs/SITL/init/$(arg est)/$(arg vehicle)_$(arg ID)"/>
          <arg name="mavlink_tcp_port" value="4560"/>
          <arg name="ID" value="$(arg ID)"/>
      </include>
    

  • mavros 노드를 실행합니다.

      <!-- MAVROS -->
      <include file="$(find mavros)/launch/px4.launch">
          <arg name="fcu_url" value="$(arg fcu_url)"/>
          <arg name="gcs_url" value=""/>
          <arg name="tgt_system" value="$(arg ID)"/>
          <arg name="tgt_component" value="1"/>
      </include>
    

Note

각 차량의 완전한 블록은 차량의 ROS 네임스페이스를 구분하기 위해 <group> 태그 세트로 묶여 있습니다.

이 시뮬레이션에 세 번째 iris를 추가하려면, 두 가지 주요 구성 요소를 고려하여야 합니다.

• multi_uav_mavros_sitl.launch에 UAV3를 추가합니다.
  • 기존 차량(UAV1 또는 UAV2)의 그룹 복제
  • ID 인수를 3으로 증가
  • Gazebo와의 통신을 위해 mavlink_udp_port 인수에 대해 다른 포트를 선택하십시오.
  • fcu_url 인수에서 두 포트 번호를 모두 수정하여 MAVROS 통신용 포트를 선택합니다.
• 시작 파일을 만들고 파일을 다음과 같이 변경합니다.
  • 기존 iris rcS 시작 파일(iris_1 또는 iris_2)의 복사본을 만들고, 이름을 iris_3으로 변경합니다.
  • MAV_SYS_ID 값을 3으로 변경
  • mavlink_udp_port 실행 파일 인수와 일치하는 SITL_UDP_PRT 값
  • 첫 번째 mavlink 시작 포트와 mavlink 스트림 포트 값을 QGC 통신에 사용되는 동일한 값으로 설정
  • 두 번째 mavlink 시작 포트는 시작 파일 fcu_url 인수에 사용된 포트와 일치하여야 합니다.

Note

서로 다른 끝점에 대해 어떤 포트가 src 및 dst인지 확인하십시오.

SDF 모델의 다중 차량

이 섹션에서는 개발자가 Gazebo SDF 파일에 정의된 차량 모델을 사용하여 여러 차량을 시뮬레이션할 수 있는 방법을 설명합니다(이 항목의 나머지 부분에서 설명하는 것처럼 ROS Xacro 파일에 정의된 모델을 사용하는 대신).

단계는 다음과 같습니다:

1. Linux 터미널에서 xmlstarlet을 설치합니다.

   sudo apt install xmlstarlet
   

2. multi_uav_mavros_sitl_sdf.launch 실행 파일과 함께 roslaunch를 사용합니다.<model_file_name>

   
   :::note
   

차량 모델 파일 이름 인수는 선택 사항입니다(vehicle:=<model_file_name>). 생략하면 기본적으로 평면 모델이 사용됩니다. 이 방법은 생성된 각 차량에 대해 SITL/Gazebo 포트 번호가 xmstarlet에 의해 자동으로 삽입되고 SDF 파일에 지정할 필요가 없다는 점을 제외하고 xacro를 사용하는 것과 유사합니다.

새 차량을 추가하려면 모델을 검색 여부를 확인하여야 하고(Gazebo에서 생성하기 위해), PX4에 적절한 시작 스크립트가 있어야 합니다.

1. 모델을 지정하도록 아래 줄을 변경하여 single_vehicle_spawn_sdf.launch 파일을 수정하여 모델의 위치를 가리키도록 합니다.

). 생략하면 기본적으로 평면 모델 (opens new window)이 사용됩니다. 이 방법은 생성된 각 차량에 대해 SITL/Gazebo 포트 번호가 _xmstarlet_에 의해 자동으로 삽입되고 SDF 파일에 지정할 필요가 없다는 점을 제외하고 xacro를 사용하는 것과 유사합니다.

새 차량을 추가하려면 모델을 검색 여부를 확인하여야 하고(Gazebo에서 생성하기 위해), PX4에 적절한 시작 스크립트가 있어야 합니다.

1. 모델을 지정하도록 아래 줄을 변경하여 single_vehicle_spawn_sdf.launch 파일을 수정하여 모델의 위치를 가리키도록 합니다.

Note

모델 경로를 하드코딩한 경우에도, 차량 인수를 설정하여야 합니다.

• 모델을 위에 표시된 폴더에 복사합니다(동일한 경로 규칙에 따라).

1. vehicle 인수는 PX4_SIM_MODEL 환경 변수를 설정에 사용되며, 기본 rcS(시작 스크립트)에서 모델에 해당하는 시작 설정 파일을 찾는 데 사용됩니다. PX4 내에서 이러한 시작 파일은 PX4-Autopilot/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/ 디렉토리에서 찾을 수 있습니다. vehicle 인수는 PX4_SIM_MODEL 환경 변수를 설정에 사용되며, 기본 rcS(시작 스크립트)에서 모델에 해당하는 시작 설정 파일을 찾는 데 사용됩니다. 이것이 작동하려면 시작 파일의 PX4 노드에 rcS 파일(etc/init.d/rcS)과 rootfs 디렉토리($(find px4)/build_px4_sitl_default/etc) 등의 위치를 지정하는 인수가 전달됩니다. 단순화를 위하여 모델의 시작 파일을 **PX4-Autopilot/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/**에서 PX4와 함께 배치하는 것이 좋습니다.

추가 자료

• UDP 포트 설정은 시뮬레이션을 참고하십시오.
• See URDF in Gazebo (opens new window) for more information about spawning the model with xacro.
• 더 많은 xacro 모델은 RotorS (opens new window)를 참고하십시오.