Offboard Mode (Generic/All Frames)

Апарат зберігає данні про положення, швидкість, прискорення, орієнтацію, значення сили тяги, відповідно заданим значенням, наданим деяким джерелом, зовнішнім по відношенню до польотного контролера, наприклад комп’ютером. The setpoints may be provided using MAVLink (or a MAVLink API such as MAVSDK) or by ROS 2.

PX4 requires that the external controller provides a continuous 2Hz "proof of life" signal, by streaming any of the supported MAVLink setpoint messages or the ROS 2 OffboardControlMode message. PX4 вмикає функції в оф-борді лише після отримання сигналу протягом більш ніж секунди, і відновлює керування якщо зупиняється сигнал.

INFO

• Для цього режиму потрібна інформація про позицію або орієнтацію за допомогою вказівника, наприклад, від GPS, оптичного потоку, візуально-інерційної одометрії, MoCap та ін.
• RC control is disabled except to change modes (you can also fly without any manual controller at all by setting the parameter COM_RC_IN_MODE to 4: Stick input disabled).
• The vehicle must be already be receiving a stream of MAVLink setpoint messages or ROS 2 OffboardControlMode messages before arming in offboard mode or switching to offboard mode when flying.
• The vehicle will exit offboard mode if MAVLink setpoint messages or OffboardControlMode are not received at a rate of > 2Hz.
• Не всі значення координат та параметрів, дозволені MAVLink підтримуються для усіх повідомлень та транспортних засобів. Read the sections below carefully to ensure only supported values are used.

Опис

Режим офборду використовується для керування транспортним засобом, встановленням положення, швидкості, прискорення, відносним положенням або індексом тяги/заданими значеннями крутного моменту.

PX4 must receive a stream of MAVLink setpoint messages or the ROS 2 OffboardControlMode at 2 Hz as proof that the external controller is healthy. Потік повинен бути відправлений як мінімум за секунду, перш ніж PX4 буде задіяно в режимі офборду, або переключено на режим офборду при польоті. If the rate falls below 2Hz while under external control PX4 will switch out of offboard mode after a timeout (COM_OF_LOSS_T), and attempt to land or perform some other failsafe action. The action depends on whether or not RC control is available, and is defined in the parameter COM_OBL_RC_ACT.

При використанні MAVLink повідомлення передають обидва сигнали, щоб вказати, що зовнішнє джерело є "живим" і значення має цінність. Для того, щоб утримувати позицію в даному випадку, апарат повинен отримати потік заданих точок для поточного положення.

When using ROS 2 the proof that the external source is alive is provided by a stream of OffboardControlMode messages, while the actual setpoint is provided by publishing to one of the setpoint uORB topics, such as TrajectorySetpoint. In order to hold position in this case the vehicle must receive a stream of OffboardControlMode but would only need the TrajectorySetpoint once.

Зверніть увагу, що офборд режим підтримує дуже обмежений набір команд MAVLink і повідомлень. Операції, як-от зліт, посадка, повернення на місце запуску, можуть найкраще бути виконаними з використанням відповідних режимів. Операції такі як завантаження, місії можуть бути виконані в будь-якому режимі.

Повідомлення ROS 2

Наступні повідомлення ROS 2 та їх конкретні поля та значення полів допускаються для вказаних кадрів. In addition to providing heartbeat functionality, OffboardControlMode has two other main purposes:

1. Controls the level of the PX4 control architecture at which offboard setpoints must be injected, and disables the bypassed controllers.
2. Визначає, які допустимі оцінки (положення або швидкості) необхідні, а також які повідомлення відповідно до заданих значень мають бути використані.

The OffboardControlMode message is defined as shown.

# Off-board control mode

uint64 timestamp		# time since system start (microseconds)

bool position
bool velocity
bool acceleration
bool attitude
bool body_rate
bool thrust_and_torque
bool direct_actuator

The fields are ordered in terms of priority such that position takes precedence over velocity and later fields, velocity takes precedence over acceleration, and so on. Перше поле, яке має ненульове значення (зверху вниз), визначає, яка допустима оцінка необхідна для використання режиму безпілотного керування, а також повідомлення заданих значень, які можуть бути використані. For example, if the acceleration field is the first non-zero value, then PX4 requires a valid velocity estimate, and the setpoint must be specified using the TrajectorySetpoint message.

бажана кількість контролю	поле положення	поле швидкості	поле прискорення	поле орієнтації	поле кутової швидкості тіла	поле тяги та крутного момент	поле прямого приводу	необхідна оцінка	необхідне повідомлення
положення (NED)	✓	-	-	-	-	-	-	положення	TrajectorySetpoint
швидкість (NED)	✗	✓	-	-	-	-	-	швидкість	TrajectorySetpoint
прискорення (NED)	✗	✗	✓	-	-	-	-	швидкість	TrajectorySetpoint
орієнтація (FRD)	✗	✗	✗	✓	-	-	-	нічого	VehicleAttitudeSetpoint
кутова швидкість (FRD)	✗	✗	✗	✗	✓	-	-	нічого	VehicleRatesSetpoint
тяга та крутний момент (FRD)	✗	✗	✗	✗	✗	✓	-	нічого	VehicleThrustSetpoint and VehicleTorqueSetpoint
двигуни та серво	✗	✗	✗	✗	✗	✗	✓	нічого	ActuatorMotors and ActuatorServos

where ✓ means that the bit is set, ✘ means that the bit is not set and - means that the bit is value is irrelevant.

INFO

Before using offboard mode with ROS 2, please spend a few minutes understanding the different frame conventions that PX4 and ROS 2 use.

Коптер

• px4_msgs::msg::TrajectorySetpoint

  • Підтримуються наступні вхідні комбінації:

    • Position setpoint (position different from NaN). Non-NaN values of velocity and acceleration are used as feedforward terms for the inner loop controllers.
    • Velocity setpoint (velocity different from NaN and position set to NaN). Non-NaN values acceleration are used as feedforward terms for the inner loop controllers.
    • Acceleration setpoint (acceleration different from NaN and position and velocity set to NaN)

  • Всі значення інтерпретуються в NED (Nord, East, Down) координатну систему і одиниці вимірювання, є [m/s] і [m/s^2] для позиції, швидкості і прискорення, відповідно.

• px4_msgs::msg::VehicleAttitudeSetpoint

  • Підтримується наступна комбінація введення:

    • quaternion q_d + thrust setpoint thrust_body. Non-NaN values of yaw_sp_move_rate are used as feedforward terms expressed in Earth frame and in [rad/s].

  • Кватерніон представляє обертання між корпусом дрона у системі координат FRD (перед, праворуч, вниз) та системою координат NED. Тяга у корпусі дрона виражена у системі координат FRD та у нормалізованих значеннях.

• px4_msgs::msg::VehicleRatesSetpoint

  • Підтримується наступна комбінація введення:

    • roll, pitch, yaw and thrust_body.

  • Всі значення подані в для дрона в системі FRD. Значення в [rad/s] і thrust_body нормалізовано в [-1, 1].

Універсальний апарат

Наступні режими керування з відбором оминуть всі внутрішні контрольні системи PX4 і повинні використовуватися з великою обережністю.

• px4_msgs::msg::VehicleThrustSetpoint + px4_msgs::msg::VehicleTorqueSetpoint

  • Підтримується наступна комбінація введення:
    • xyz for thrust and xyz for torque.
  • Усі значення виражені у системі координат тіла дрона FRD та нормалізовані у діапазоні [-1, 1].

• px4_msgs::msg::ActuatorMotors + px4_msgs::msg::ActuatorServos

  • Ви безпосередньо керуєте вихідними сигналами моторів та/або сервоприводів.
  • Currently works at lower level than then control_allocator module. Do not publish these messages when not in offboard mode.
  • Усі значення нормалізовані у діапазоні [-1, 1]. For outputs that do not support negative values, negative entries map to NaN.
  • NaN maps to disarmed.

Повідомлення MAVLink

Наступні повідомлення MAVLink та їх конкретні поля та значення полів дозволені для вказаних кадрів літального апарату.

Коптер/ВТОЛ

• SET_POSITION_TARGET_LOCAL_NED

  • The following input combinations are supported:

    • Position setpoint (only x, y, z)
    • Velocity setpoint (only vx, vy, vz)
    • Acceleration setpoint (only afx, afy, afz)
    • Position setpoint and velocity setpoint (the velocity setpoint is used as feedforward; it is added to the output of the position controller and the result is used as the input to the velocity controller).
    • Position setpoint and velocity setpoint and acceleration (the velocity and the acceleration setpoints are used as feedforwards; the velocity setpoint is added to the output of the position controller and the result is used as the input to the velocity controller; the acceleration setpoint is added to the output of the velocity controller and the result used to compute the thrust vector).

  • PX4 supports the following coordinate_frame values (only): MAV_FRAME_LOCAL_NED and MAV_FRAME_BODY_NED.

• SET_POSITION_TARGET_GLOBAL_INT

  • The following input combinations are supported:

    • Position setpoint (only lat_int, lon_int, alt)

    • Velocity setpoint (only vx, vy, vz)

    • Thrust setpoint (only afx, afy, afz)

      INFO

      Acceleration setpoint values are mapped to create a normalized thrust setpoint (i.e. acceleration setpoints are not "properly" supported).

:::

- Position setpoint **and** velocity setpoint (the velocity setpoint is used as feedforward; it is added to the output of the position controller and the result is used as the input to the velocity controller).

• PX4 supports the following coordinate_frame values (only): MAV_FRAME_GLOBAL.

• SET_ATTITUDE_TARGET

  • Підтримуються наступні вхідні комбінації:
    • Attitude/orientation (SET_ATTITUDE_TARGET.q) with thrust setpoint (SET_ATTITUDE_TARGET.thrust).
    • Body rate (SET_ATTITUDE_TARGET .body_roll_rate ,.body_pitch_rate, .body_yaw_rate) with thrust setpoint (SET_ATTITUDE_TARGET.thrust).

Літак з фіксованим крилом

• SET_POSITION_TARGET_LOCAL_NED

  • The following input combinations are supported (via type_mask):

    • Position setpoint (x, y, z only; velocity and acceleration setpoints are ignored).

      • Specify the type of the setpoint in type_mask (if these bits are not set the vehicle will fly in a flower-like pattern):

        INFO

        Some of the setpoint type values below are not part of the MAVLink standard for the type_mask field.

:::

    Значення:

    - 292: планування.Це налаштовує TECS на пріорітезацію швидкості над висотою, щоб змусити безпілотник планувати, коли немає тяги (тобто кут крену контролюється для регулювання швидкості).
      It is equivalent to setting `type_mask` as `POSITION_TARGET_TYPEMASK_Z_IGNORE`, `POSITION_TARGET_TYPEMASK_VZ_IGNORE`, `POSITION_TARGET_TYPEMASK_AZ_IGNORE`.
    - 4096: Точка взльоту.
    - 8192: Точка посадки.
    - 12288: Задання Loiter (політ по колу, центрованому на заданій точці).
    - 16384: Задання бездіяльності (нульовий газ, нульовий крен/тангаж).

• PX4 supports the coordinate frames (coordinate_frame field): MAV_FRAME_LOCAL_NED and MAV_FRAME_BODY_NED.

• SET_POSITION_TARGET_GLOBAL_INT

  • The following input combinations are supported (via type_mask):

    • Position setpoint (only lat_int, lon_int, alt)

      • Specify the type of the setpoint in type_mask (if these bits are not set the vehicle will fly in a flower-like pattern):

        INFO

        The setpoint type values below are not part of the MAVLink standard for the type_mask field.

:::

    Значення:

    - 4096: Точка взльоту.
    - 8192: Точка посадки.
    - 12288: Задання Loiter (політ по колу, центрованому на заданій точці).
    - 16384: Задання бездіяльності (нульовий газ, нульовий крен/тангаж).

• PX4 supports the following coordinate_frame values (only): MAV_FRAME_GLOBAL.

• SET_ATTITUDE_TARGET

  • Підтримуються наступні вхідні комбінації:
    • Attitude/orientation (SET_ATTITUDE_TARGET.q) with thrust setpoint (SET_ATTITUDE_TARGET.thrust).
    • Body rate (SET_ATTITUDE_TARGET .body_roll_rate ,.body_pitch_rate, .body_yaw_rate) with thrust setpoint (SET_ATTITUDE_TARGET.thrust).

Ровер

• SET_POSITION_TARGET_LOCAL_NED

  • The following input combinations are supported (in type_mask):

    • Position setpoint (only x, y, z)

      • Specify the type of the setpoint in type_mask:

        INFO

        The setpoint type values below are not part of the MAVLink standard for the type_mask field. ::

        Значення:

        • 12288: задане значення Loiter (пристрій зупиняється, коли вже достатньо близько, щоб встановити точку).

    • Velocity setpoint (only vx, vy, vz)

  • PX4 supports the coordinate frames (coordinate_frame field): MAV_FRAME_LOCAL_NED and MAV_FRAME_BODY_NED.

• SET_POSITION_TARGET_GLOBAL_INT

  • The following input combinations are supported (in type_mask):

    • Position setpoint (only lat_int, lon_int, alt)

  • Specify the type of the setpoint in type_mask (not part of the MAVLink standard). Значення:

    • Якщо наступні біти не встановлені, то виконується звичайна поведінка.
    • 12288: задане значення Loiter (пристрій зупиняється, коли вже достатньо близько, щоб встановити точку).

  • PX4 supports the coordinate frames (coordinate_frame field): MAV_FRAME_GLOBAL.

• SET_ATTITUDE_TARGET

  • Підтримуються наступні вхідні комбінації:
    • Attitude/orientation (SET_ATTITUDE_TARGET.q) with thrust setpoint (SET_ATTITUDE_TARGET.thrust).

      INFO

      Only the yaw setting is actually used/extracted.

:::

Параметри для відключення

Offboard mode is affected by the following parameters:

Параметр	Опис
COM_OF_LOSS_T	Time-out (in seconds) to wait when offboard connection is lost before triggering offboard lost failsafe (COM_OBL_RC_ACT)
COM_OBL_RC_ACT	Flight mode to switch to if offboard control is lost (Values are - 0: Position, 1: Altitude, 2: Manual, 3: *Return, 4: *Land*).
COM_RC_OVERRIDE	Controls whether stick movement on a multicopter (or VTOL in MC mode) causes a mode change to Position mode. За замовчуванням це неможливо ввімкнути в режимі автопілоту.
COM_RC_STICK_OV	Кількість рухів стиків, яка викликає перехід у режим Положення (якщо COM_RC_OVERRIDE увімкнено).
COM_RCL_EXCEPT	Вкажіть режими, в яких втрата радіокерування ігнорується, а запобіжний алгоритм не виконуватиметься. Set bit 2 to ignore RC loss in Offboard mode.

Ресурси Розробника

Typically developers do not directly work at the MAVLink layer, but instead use a robotics API like MAVSDK or ROS (these provide a developer friendly API, and take care of managing and maintaining connections, sending messages and monitoring responses - the minutiae of working with Offboard mode and MAVLink).

Наступні ресурси можуть бути корисними для аудиторії розробників:

• Offboard Control from Linux
• ROS/MAVROS Offboard Example (C++)
• ROS/MAVROS Offboard Example (Python)