PX4-Autopilot代码解析(17)-执行器输出系统

目的和范围

执行器输出系统负责将车辆控制指令转换为驱动电机、伺服机构和其他输出设备的物理执行器信号。该系统提供 PX4 控制算法与硬件执行器之间的最终接口,支持多种输出协议,包括传统的 PWM、现代 DShot 电调通信以及 PX4IO 板接口。

有关生成本系统处理指令的控制算法的信息,请参阅“车辆控制”部分。有关输出系统中使用的混合器框架的详细信息,请参阅下文所述的混合输出组件。

架构概述

执行器输出系统由三个主要驱动程序实现组成,它们共享一个通用接口:

输出模块接口

所有执行器输出驱动程序都实现了该接口OutputModuleInterface,该接口为接收控制命令和管理执行器输出提供了标准化的接口。

核心接口方法

接口中的关键方法是updateOutputs()接收一个输出值数组并将其应用于物理执行器:

方法 目的 执行
updateOutputs() 将控制值应用于执行器 混合输出框架调用
updateSubscriptions() 更新 uORB 订阅 管理控制主题订阅
mixerChanged() 处理混音器配置更改
<think>我们正在寻找PX4-Autopilot中用于无人机起飞的launch文件。根据引用[2]中提到的内容,有一个脚本`mybot_gazebo.sh`和一系列roslaunch命令,其中包括`px4 fast_racing.launch`,这可能是启动PX4仿真和Gazebo环境的launch文件。此外,引用[3]中提到MAVROS控制无人机进入offboard模式的官方例程,其中也涉及到launch文件。 在PX4-Autopilot源码中,与ROS相关的launch文件通常位于`launch/`目录下。另外,在`Tools/simulation/gazebo-classic/sitl_multiple_run.sh`等脚本中也可能调用launch文件。 具体到无人机起飞的launch文件,我们通常需要启动PX4 SITL实例、Gazebo仿真环境以及可能的ROS2节点(如`px4_ros_com`中的节点)。在ROS2中,PX4提供了`sitl_launch.py`作为主launch文件。 根据用户的问题,我们关注的是PX4-Autopilot中用于起飞无人机的launch文件。这里有两种情况: 1. 使用PX4自带的launch文件启动仿真和无人机。 2. 使用ROS2的launch文件来启动控制节点(如发送起飞命令的节点)。 在PX4-Autopilot的源码中,我们可以找到以下与ROS2相关的launch文件(位于`PX4-Autopilot/launch/`目录): - `px4.launch.py`:用于启动PX4 SITL实例和Gazebo仿真(但注意,在ROS2中,通常使用`px4_ros_com`包中的launch文件)。 实际上,在PX4 v1.14中,ROS2的支持是通过`px4_ros_com`包实现的,该包通常位于PX4-Autopilot的`platforms/ros2/px4_ros_com`目录下。在这个包中,有一个`sitl_launch.py`文件,用于启动整个仿真环境。 因此,我们可以这样回答: 在PX4-Autopilot中,用于无人机仿真的主要launch文件是`px4_ros_com`包中的`sitl_launch.py`。这个launch文件会启动PX4 SITL实例、Gazebo仿真环境,并建立与ROS2的通信。 但是,这个launch文件并不直接让无人机起飞,它只是提供了仿真环境。起飞命令需要通过ROS2节点发送(如引用[2]中所示,通过一系列节点控制起飞)。 如果用户想要一个完整的包含起飞控制的launch文件,那么需要自己编写一个launch文件,它启动仿真环境,并运行发送起飞命令的节点。 在PX4的示例中,我们可以参考`px4_ros_com`包中的`example_offboard_control.launch.py`(位于`PX4-Autopilot/platforms/ros2/px4_ros_com/launch`目录下),它同时启动了仿真环境和offboard控制节点。 因此,我们可以告诉用户: 1. 启动仿真的launch文件是`sitl_launch.py`(位于`px4_ros_com`包中)。 2. 如果要实现起飞,可以编写一个launch文件,同时启动仿真环境和控制节点(如发送起飞命令的节点)。 下面,我们给出一个示例launch文件(基于ROS2),它同时启动仿真环境和起飞控制节点。 注意:用户需要根据自己的环境调整路径和参数。 示例launch文件`offboard_control.launch.py`: ```python import os from ament_index_python.packages import get_package_share_directory from launch import LaunchDescription from launch.actions import ExecuteProcess, IncludeLaunchDescription from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource from launch_ros.actions import Node def generate_launch_description(): # 获取px4_ros_com包的路径 px4_ros_com_dir = get_package_share_directory('px4_ros_com') # 启动仿真环境 simulation_launch = IncludeLaunchDescription( PythonLaunchDescriptionSource( os.path.join(px4_ros_com_dir, 'launch', 'sitl_launch.py') ), launch_arguments={ 'world': 'empty' # 可以替换为自定义世界 }.items() ) # 启动控制节点(发送起飞命令) offboard_control = Node( package='px4_ros_com', executable='offboard_control', name='offboard_control', output='screen', prefix='gnome-terminal --' ) return LaunchDescription([ simulation_launch, offboard_control ]) ``` 在这个示例中,我们假设`px4_ros_com`包中已经有一个名为`offboard_control`的可执行文件(用于发送起飞命令)。如果没有,用户需要自己编写控制节点(如之前回答中的Python节点)。 另外,引用[2]中展示了一个脚本,其中包含多个roslaunch命令,这些命令分别启动不同的节点。在ROS2中,我们可以将这些节点集成到一个launch文件中。 总结: 1. PX4-Autopilot中用于启动仿真的launch文件是`px4_ros_com`包中的`sitl_launch.py`。 2. 要实现无人机起飞,需要编写一个launch文件来同时启动仿真环境和控制节点。 如果用户需要更具体的指导,我们可以提供编写控制节点的代码(如前一个回答中的`drone_control.py`)和如何将其集成到launch文件中。 注意:以上路径基于PX4 v1.14版本,如果版本不同可能会有变化。 [^1]: PX4官方文档:https://docs.px4.io/main/en/simulation/ros2.html [^2]: 用户提供的引用[2] [^3]: 用户提供的引用[3] [^4]: 用户提供的引用[4]</think>### PX4-Autopilot无人机起飞的 launch 文件分析 在 PX4-Autopilot 中,无人机起飞的 launch 文件主要位于以下目录(基于 v1.14 版本): #### 核心 launch 文件路径 1. **主仿真 launch 文件** `PX4-Autopilot/launch/` 目录包含核心启动文件: ```bash PX4-Autopilot/launch/ ├── posix_sitl.launch # Linux SITL 主启动文件 ├── px4.launch # ROS2 集成主启动文件 └── mavros_posix_sitl.launch # MAVROS 集成启动文件 ``` 2. **Gazebo 环境配置** 自定义世界文件在: ```bash PX4-Autopilot/Tools/simulation/gazebo/sitl_gazebo/worlds/ ``` #### 关键启动文件解析 1. **`px4.launch` (ROS2 集成)** 这是 ROS2 控制无人机的核心启动文件: ```xml <launch> <include file="$(find px4_ros_com)/launch/sitl_launch.py"> <arg name="vehicle" value="iris"/> <!-- 无人机模型 --> <arg name="world" value="empty"/> <!-- 世界环境 --> <arg name="sdf" value="$(find mavlink_sitl_gazebo)/models/iris/iris.sdf"/> </include> </launch> ``` 修改 `world` 参数即可切换自定义环境: ```xml <arg name="world" value="$(find px4_ros_com)/worlds/my_custom.world"/> ``` 2. **`posix_sitl.launch` (纯 SITL)** 直接启动 PX4 SITL + Gazebo: ```bash # 启动命令示例 make px4_sitl gazebo-classic_<WORLD_NAME> # 使用自定义世界 make px4_sitl gazebo-classic_my_custom ``` #### 起飞控制实现方式 1. **通过 launch 文件集成控制节点** 参考引用[2]的脚本思路,创建集成启动文件: ```xml <!-- custom_takeoff.launch --> <launch> <!-- 1. 启动仿真环境 --> <include file="$(find px4_ros_com)/launch/sitl_launch.py"> <arg name="world" value="my_custom"/> </include> <!-- 2. 等待系统初始化 --> <node pkg="px4_ros_com" type="sleep" args="20"/> <!-- 3. 启动控制节点 --> <node pkg="my_control" type="takeoff_node" name="takeoff_controller"/> </launch> ``` 2. **MAVROS 控制示例**(引用[3]) 使用 `mavros_posix_sitl.launch` 集成 MAVROS: ```bash roslaunch px4 mavros_posix_sitl.launch world:=my_custom ``` #### 自定义起飞流程实现 创建控制节点 `takeoff_node.cpp`: ```cpp #include <rclcpp/rclcpp.hpp> #include <mavros_msgs/msg/command_tol.hpp> class TakeoffController : public rclcpp::Node { public: TakeoffController() : Node("takeoff_controller") { // 创建起飞指令发布器 takeoff_pub_ = create_publisher<mavros_msgs::msg::CommandTOL>("/mavros/cmd/takeoff", 10); // 定时器触发起飞 timer_ = create_wall_timer(5s, [this]() { auto msg = mavros_msgs::msg::CommandTOL(); msg.altitude = 10.0; // 目标高度(m) msg.latitude = 0; // 不需要GPS时设为0 msg.longitude = 0; msg.min_pitch = 0; msg.yaw = 0; takeoff_pub_->publish(msg); RCLCPP_INFO(get_logger(), "Takeoff command sent!"); }); } private: rclcpp::Publisher<mavros_msgs::msg::CommandTOL>::SharedPtr takeoff_pub_; rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_; }; int main(int argc, char** argv) { rclcpp::init(argc, argv); rclcpp::spin(std::make_shared<TakeoffController>()); rclcpp::shutdown(); return 0; } ``` ### 操作流程 1. **放置自定义世界文件**: ```bash cp my_custom.world PX4-Autopilot/Tools/simulation/gazebo/sitl_gazebo/worlds/ ``` 2. **编译控制节点**: ```bash colcon build --packages-select my_control ``` 3. **启动完整系统**: ```bash ros2 launch my_control custom_takeoff.launch.py ``` ### 关键配置说明 1. **坐标系注意**:PX4 使用 NED 坐标系($Z$ 向下为正),Gazebo 使用 ENU,高度值需取负 2. **无人机模型**:在 `sitl_launch.py` 中修改 `vehicle_model` 参数 3. **起飞高度**:在控制节点中通过 `altitude` 参数设置 > 提示:通过 `ros2 topic echo /mavros/state` 可实时监控飞控状态[^1][^3]
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