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【Crazyswarm2】环境配置、系统概述和使用教程

作者：小小林熬夜学编程 | 2024-03-27 09:53:19

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crazyswarm

本篇内容旨在快速了解crazyswarm2的安装、系统概况和API变化。据我所知，这是csdn上第一篇有关crazyswarm2项目的分享，希望领域内的小伙伴私聊沟通共同学习。

学习资料：

 官方文档：Crazyswarm2: A ROS 2 testbed for Aerial Robot Teams — Crazyswarm2 1.0a1 documentation (imrclab.github.io)

 源码GitHub - IMRCLab/crazyswarm2: A Large Quadcopter Swarm

安装bug细节：

【crazyswarm2】安装PA的固件

【crzayswarm2】中的chooser.py【报错】配置

【crazyswarm2】中cfclient安装

关键代码解读：

【crazyswarm2】中launch.py参数文件配置

【crazyswarm2】中Crazyflies.yaml参数文件配置

【crazyswarm2】中serve.yaml参数文件配置

【crazyswarm2】中motion_capture.yaml参数文件配置-CSDN博客

Crazyswarm2与和Crazyswarm1有何不同?

  • 动作捕捉集成。在 Crazyswarm1 中，由于 ROS1 发布/订阅系统的限制，动作捕捉集成是crazyswarm_server的一部分。 相比之下，Crazyswarm2现在遵循更好的ROS风格设计，我们的动作捕捉抽象层和自定义。 逐帧跟踪作为单独的 ROS 2 包提供。 此外，Crazyswarm2 旨在从一开始就支持其他本地化方法（灯塔或仅限板载本地化）。

  • 通信后端。在 Crazyswarm2 中，我们依赖于最低层的 crazyflie-link-cpp，这与 Crazyswarm1 中的自定义链接实现不同。 这个新链接使用优先级队列，允许在飞行期间上传轨迹等新功能。此外，新链接应提高整体（通信）鲁棒性。 还有一个对crazyflie-lib-python后端的实验性支持。

  • 支持常见的无人机任务。Crazyswarm1被设计用于操作群体，不包括单个机器人操作的常见功能，例如远程操作。Crazyswarm2取代了Crazyswarm1和crazyflie_ros，因此支持任意URI，远程操作等。

  • 模拟。在 Crazyswarm1 中，支持高级 Python 脚本的设置点的简单可视化。不支持不使用高级 Python 脚本的 ROS 代码仿真，也不支持基于物理的仿真。 相比之下，Crazyswarm2将模拟实现为替代后端。这将支持多个物理/可视化后端（可选物理和空气动力学交互）。

  • 支持分布式群监控（计划）。在 Crazyswarm1 中，一个常见的群体监控工具是 chooser.py（启用/禁用 CF，检查电池电压等）。但是，当群运行时，此工具不起作用。 相比之下，Crazyswarm2将允许常见的集群监控任务，而无需重新启动ROS节点或启动其他工具。

目录

一、环境配置

1.1 基本配置

1.2 仿真配置

1.3 Crazyswarm2的文件更新

二、系统概述

2.1 crazyflie ROS 2 文件的概述

2.2 Crazyflie server

2.3 Crazyflie server支持的飞行指令服务

2.4 在线模拟功能

三、使用教程

3.1 Crazyflies.yaml 配置文件

3.2 Crazyswarm2 Python API

3.3新的演示功能：RVIZ可视化、SLAM、NAV、跟踪

3.3.1真实世界里飞行的RVIZ可视化

3.3.2SLAM影射

3.3.3导航NAV2

3.3.4 跟踪非机器人物体

一、环境配置

首次安装参考官方文档安装说明即可，需要在以下环境安装，只支持ros2版本：

Ubuntu

Python

ROS 2

20.04

3.7, 3.8

Galactic

22.04

3.10

Humble

1.1 基本配置

①ros的安装：文档中推荐使用ros官方文档，但是博主建议使用鱼香ros，一键安装：

wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros

②安装完ros后还需要配置环境的依赖项，按照文件执行即可：（如果没装pip3会提示你，根据命令行安装即可）

  1. sudo apt install libboost-program-options-dev libusb-1.0-0-dev
  2. pip3 install rowan

此外，如果你计划使用CFlib后端，还需要配置以下环境：（可选,这里可能会卡顿，合理使用上网方法）

  1. pip3 install cflib transforms3d
  2. sudo apt-get install ros-*DISTRO*-tf-transformations  %这里的*DISTRO*是你的ros版本：如20.04为Galactic

③设置 ROS 2 工作区，安装crazyswarm2的代码，并安装motion_capture_tracking（运动捕捉系统的ROS包，这里可能会提醒你下载pip）：

  1. mkdir -p ros2_ws/src
  2. cd ros2_ws/src
  3. git clone https://github.com/IMRCLab/crazyswarm2 --recursive
  4. git clone --branch ros2 --recursive https://github.com/IMRCLab/motion_capture_tracking.git

④ 编译你的工作区（这里可能会有warnig,可能是cmake版本问题，忽略即可）

  1. cd ../
  2. colcon build --symlink-install

 值得一提的是：symlink-install允许您编辑Python和配置文件，而无需每次都运行colcon build。

1.2 仿真配置

如果你需要在线仿真的话，你还需要执行以下的环境配置：

①在ros2工作区外，下载crazyflie-firmware文件：

git clone --recursive https://github.com/bitcraze/crazyflie-firmware.git

②进入crazyflie-firmware文件下，按照bitcraze网站构建python绑定：

  1. sudo apt install swig  %如果已经安装过swig则不需要执行
  2. make cf2_defconfig
  3. make bindings_python
  4. cd build
  5. python3 setup.py install --user

 ③之后，确保可以在 python 路径中找到绑定(比如我安装在根目录下就执行：export PYTHONPATH=~/crazyfile-firmware/build:$PYTHONPATH)：

export PYTHONPATH=<replace-with-path-to>/crazyflie-firmware/build:$PYTHONPATH

④在仿真环境中执行hello world例程检验是否安装完成：

step1：打开终端1，所有终端都要进入ROS 2工作区（cd ../ros2_ws)执行，然后执行launch.py：

  1. . install/local_setup.bash
  2. ros2 launch crazyflie launch.py backend:=sim

可以看到打开了rviz2的终端并有一架无人机等待命令： 

step2：打开终端2，先进入ROS 2工作区，再执行hello world仿真例程：

  1. . install/local_setup.bash
  2. ros2 run crazyflie_examples hello_world --ros-args -p use_sim_time:=True

可以看到无人机起飞一段距离并保持一段时间 这样表示仿真环境安装成功！！！

1.3 Crazyswarm2的文件更新

由于crazyswarm2还在保持更新中，如果你想要更新到最新的版本，可以利用下面命令对系统文件进行更新：

  1. cd ros2_ws/src/crazyswarm2
  2. git pull
  3. git submodule sync
  4. git submodule update --init --recursive
  5. cd ../
  6. colcon build --symlink-install

二、系统概述

2.1 crazyflie ROS 2 文件的概述

①基本的文件夹

  • crazyflie/：包含crazyflie服务器节点和crazyflies.yaml的软件包，chooser在此文件夹下。

  • crazyflie_py/：包含 python 库的软件包，该库环绕着 ROS 2 服务和与 crazyflie 服务器节点连接的主题。

  • crazyflie_examples/：包含使用 crazyflie ROS 2 软件包的示例的软件包。

  • crazyflie_interfaces/：包含 crazyflie ROS 2 项目的所有 msg 和 srv 的软件包。

② 配置文件

  • Crazyflies.yaml ：设置与机器人相关的一切。

  • server.yaml ：设置与服务器相关的所有内容。

  • motion_capture.yaml ：动作捕捉包的配置。

  • teleop.yaml ：遥控器的配置。

2.2 Crazyflie server

 crazyfile服务器将多个（官方称15架，实际上可以满足大概20架）无人机（左）：crazyflies和一个或多个信号发射器（右）：Crazyradio PA链接。

它有两个后端供您选择：

 根据查表可知，他们能够支持后端的功能不同：

Functionality

Cpp

CFlib

Sim

Parameters

Yes

Yes

No

Logging

  • default: pose

Yes

Yes

No

  • default: scan

Yes

Yes

No

  • default: odom

No

Yes

No

  • custom

Yes

Yes

No

  • Add/Remove Srv

No

Yes

No

Broadcasts

Yes

No

n/a

Manual control

  • cmd_full_state

Yes

No

Yes

  • cmd_position

Yes

No

No

  • cmd_hover

No

Yes

No

High-level control

  • takeoff/land

Yes

Yes

Yes

  • go_to

Yes

Yes

Yes

  • upload/start traj

Yes

No

Yes

Positioning System

  • Motion Capture

Yes

Yes

No

  • Flow Deck

Yes

Yes

No

  • LightHouse

Yes

Yes

No

  • LPS

Yes

Yes

No

2.3 Crazyflie server支持的飞行指令服务

它处理与Crazyflies的几个低级通信方面：

  • 参数转 ROS 2 参数处理：接收来自 Crazyflie 的参数 ToC，将其转换为 ROS 2 参数，并根据 crazyflies.yaml 输入设置 CF2 参数。

  • 记录到 ROS 2 主题处理：服务器在 crazyflie 中为数据流设置日志块，并将收到的变量转换为 ROS 2 topic，运行时日志块启用目前仅在服务器的 CFLIB 后端受支持。

  • 运行时配置：当服务器与Crazyflies连接时，可以在运行时配置参数和日志记录。请检查使用情况。

设置的几项高级指令(这些功能crazyswarm1也支持）：

  • 起飞/着陆/GoTo：使用单个服务命令和给定的高度或坐标，您可以使连接的疯狂苍蝇起飞，前往某个位置并降落。

  • 上传/开始轨迹：您可以上传预定义的轨迹并指示疯狂苍蝇是否需要开始飞行。

  • 紧急情况 ：在出现问题时关闭电机。

  • /all 或 /cf2 ：服务设置为所有疯狂的苍蝇响应，或者每个单独的疯狂苍蝇，取决于前缀。

2.4 在线模拟功能

模拟器使用Crazyflie固件作为软件在环（SIL）。它提供与服务器相同的ROS接口，因此可以与C++或Python用户代码一起使用。

目前，所需的设定值在 rviz2 中可视化（请参阅用法）。但是，该代码也准备在未来支持基于物理的仿真。

ROS API 的任何使用，包括高级 Python 脚本，都可以在执行前可视化。机器人的初始位置和数量取自crazyflies.yaml配置文件。 仿真使用固件代码作为软件在环，并可以选择包括机器人动力学。 模拟的配置（物理模拟器、控制器等）可以在 server.yaml 中更改。

相关案例在本篇文章的1.2仿真配置的最后给出了例子。

三、使用教程

首先要在每个终端链接ROS2工作区：

. install/local_setup.bash

3.1 Crazyflies.yaml 配置文件

  • Crazyflies.yaml ：①设置与机器人相关的一切，无论是仿真还是实飞都涉及该文件配置。每个无人机都应该有一个唯一的URI，可以在Bitcraze的CFclient中进行更改。 ②包含不同的robot_types，以指示每个平台之间的差异。③yaml 文件还包含一个“all”字段，供您想要为所有连接的疯蝇启用参数或日志记录。

    1. robots:
    2.     cf231:
    3.         enabled: true
    4.         uri: radio://0/80/2M/E7E7E7E7E7
    5.         initial_position: [0, 0, 0]
    6.         type: cf21  # see robot_types
    7.  
    8.     cf5:
    9.         enabled: false
    10.         uri: radio://0/80/2M/E7E7E7E705
    11.         initial_position: [0, -0.5, 0]
    12.         type: cf21  # see robot_types
    13.  
    14.  
    15. robot_types:
    16.     cf21:
    17.         motion_capture:
    18.             enabled: true
    19.             # only if enabled; see motion_capture.yaml
    20.             marker: default_single_marker
    21.             dynamics: default
    22.         big_quad: false
    23.         battery:
    24.             voltage_warning: 3.8  # V
    25.             voltage_critical: 3.7 # V
    26.  
    27.     cf21_mocap_deck:
    28.         motion_capture:
    29.             enabled: true
    30.             # only if enabled; see motion_capture.yaml
    31.             marker: mocap_deck
    32.             dynamics: default
    33.         big_quad: false
    34.         battery:
    35.             voltage_warning: 3.8  # V
    36.             voltage_critical: 3.7 # V
    37.  
    38.  
    39. all:
    40.     firmware_logging:
    41.         enabled: false
    42.         default_topics:
    43.             pose:
    44.             frequency: 10 # Hz
    45.         #custom_topics:
    46.         #  topic_name1:
    47.         #    frequency: 10 # Hz
    48.         #    vars: ["stateEstimateZ.x", "stateEstimateZ.y", "stateEstimateZ.z", "pm.vbat"]
    49.         #  topic_name2:
    50.         #    frequency: 1 # Hz
    51.         #    vars: ["stabilizer.roll", "stabilizer.pitch", "stabilizer.yaw"]
    52.     firmware_params:
    53.         commander:
    54.             enHighLevel: 1
    55.         stabilizer:
    56.             estimator: 2 # 1: complementary, 2: kalman
    57.             controller: 2 # 1: PID, 2: mellinger

3.2 Crazyswarm2 Python API

相较于crazyswarm1的python api，主要有以下部分，其中画删除线部分的API在crazyfile.py中被注释掉了。具体含义参考可以参考Crazyswarm1的Python API Referenceicon-default.png?t=N7T8https://crazyswarm.readthedocs.io/en/latest/api.html

- setGroupMask(groupMask)

- enableCollisionAvoidance(others, ellipsoidRadii)

- disableCollisionAvoidance()

- takeoff(targetHeight, duration, groupMask=0)

- land(targetHeight, duration, groupMask=0)

- stop(groupMask=0)

- goTo(goal, yaw, duration, relative=False, groupMask=0)

- uploadTrajectory(trajectoryId, pieceOffset, trajectory)

- startTrajectory(trajectoryId, timescale=1.0, reverse=False, relative=True, groupMask=0)

- notifySetpointsStop(remainValidMillisecs=100, groupMask=0)

- position()

- getParam(name)

- setParam(name, value)

- setParams(params)

- cmdFullState(pos, vel, acc, yaw, omega)

- cmdVelocityWorld(vel, yawRate)

- cmdStop()

- cmdVel(roll, pitch, yawrate, thrust)

- cmdPosition(pos, yaw=0)

- setLEDColor(r, g, b)

 但是在crazyswarm2的讨论区中，有人说可以将已经注释的函数继续使用，继续设置参数即可，这一块我不是很理解：

3.3新的演示功能：RVIZ可视化、SLAM、NAV、跟踪

3.3.1真实世界里飞行的RVIZ可视化

 ①首先保障crazyflie.yaml中，确保添加或取消注释需要和不需要的飞机，以及all选项。

②在第一个终端中，启动服务器（如果需要 odom 主题，请使用 backend：=cflib）

ros2 launch crazyflie launch.py

③在第二个终端执行

rviz2

 ④然后将“fixed frame”设置为“world”并添加TF插件。然后在“TF”中，选中“show names’”复选框。 crazyfile的名字应该与它们的估计位置一起出现。

此 RVIZ2 可视化可以针对默认主题完成：

  • “pose”： '/cf1/pose/' 变换和姿势

  • 'odom'： '/cf1/odom/' Odometry

  • “scan”： “/cf1/scan” Scan

这里是五架无人机在真实的世界里飞行的截图和rviz的可视化。

3.3.2SLAM影射

 这一部分需要硬件支持，包括 一个光学导航传感器 Flow deck 和激光测距传感器 Multi-ranger ：

 还需要安装 slam 工具箱，并打开crazyflie 服务器和速度命令处理程序，通过遥控实现建图：

3.3.3导航NAV2

需要安装安装 Navigation2 启动包，在RVIZ2中设置目标实现导航避障：

3.3.4 跟踪非机器人物体

在某些情况下，向机器人提供运动捕捉空间中刚体的位置或姿势可能很有用。 例如，考虑在需要知道的固件上实现的避免碰撞算法 障碍物的位置。在这种情况下，可以在crazyflies.yaml中定义“虚拟”机器人。

  1. robots:
  2.     obstacle:
  3.         enabled: true
  4.         initial_position: [0, -0.5, 0]
  5.         type: marker  # see robot_types
  6.         id: 255
  7.  
  8. robot_types:
  9.     # Just a marker to track, not a robot to connect to
  10.     marker:
  11.         connection: none
  12.         motion_capture:
  13.             enabled: true
  14.             marker: default_single_marker
  15.             dynamics: default
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