PX4+ROS+gazebo+mavros,Ubuntu18.04搭建SITL仿真环境_sitl和mavros

前言

介绍

SITL(Software in the Loop)软件在环仿真平台，与之对应的有(HITL)硬件在环仿真。本文目的是搭建一个无人机软件仿真环境，使用PX4开源飞控，gazebo作为仿真器，结合ROS编写机器人软件程序，mavros是ROS的工具包，使各软件进行信息交互。

开源飞控

主要有PX4和Ardupilot(APM)
PX4相关地址：

• github: https://github.com/PX4
• 官网：https://docs.px4.io/master/zh/

Ardupilot相关地址：

• github:https://github.com/ArduPilot/ardupilot

• 官网：https://ardupilot.org/dev/docs/building-setup-linux.html

仿真器

• jMAVSim是一个简单的轻量级多转子模拟器。目前似乎只支持四旋翼。
• Gazebo仿真器是一款功能强大的三维物理仿真平台，具备强大的物理引擎、高质量的图形渲染、方便的编程与图形接口，最重要的是其开源免费的特性。支持旋翼，固定翼，倾转，小车等，支持平台较多，与ROS绑定。
• AirSim 是微软开源的一个跨平台的建立在虚幻引擎（ Unreal Engine）上的无人机以及其它自主移动设备的模拟器。 目前似乎也只支持四旋翼。需结合Visual Studio2017/2019 与虚幻引擎，对配置要求较高，且相关教程较少，存在一定问题。

一、安装ROS

本文主要参考XTDrone的使用文档，为其内容的补充

• 查看对应版本，Ubuntu版本必须与ROS匹配，目前最新的是Ubuntu20.04对应ROS Noetic，本文为Ubuntu18.04对应ROS Melodic。可通过官网查询。

依赖安装

sudo apt install -y ninja-build exiftool python-argparse python-empy python-toml python-numpy python-yaml python-dev python-pip ninja-build protobuf-compiler libeigen3-dev genromfs xmlstarlet libgstreamer1.0-dev libgstreamer-plugins-base1.0-dev
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pip2 install pandas jinja2 pyserial cerberus pyulog numpy toml pyquaternion
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pip3 install packaging numpy empy toml pyyaml jinja2
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1.设置sources.list

选用清华镜像，参考官网教程

sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
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2.设置keys

关于https://raw.githubusercontent.com的网络问题，可以在网址前加上"https://ghproxy.com/"代理加速。

sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
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或者加上代理

curl -s https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add -
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3.安装ROS

可选ros-melodic-desktop-full、ros-melodic-desktop和ros-melodic-ros-base。
ros-melodic-desktop-full自带Gazebo，此处选择ros-melodic-desktop,后面再自己安装Gazebo。

~~ ~~
更新
gitee的一个issues提到能够直接下载ros-melodic-desktop-full，再执行

sudo apt upgrade libignition-math2
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后，gazebo会从9.0.0升级到9.16，待验证

~~ ~~

先更新源

sudo apt-get update
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再下载安装

sudo apt install ros-melodic-desktop
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未更新源会出现问题

Reading package lists... Done
Building dependency tree       
Reading state information... Done
E: Unable to locate package ros-melodic-desktop
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4.环境配置和依赖

环境

echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
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依赖

sudo apt install python-rosdep python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential
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5.最后安装rosdep

sudo apt install python-rosdep
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sudo rosdep init
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• 可能出现的问题

ERROR: cannot download default sources list from:
https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list
Website may be down.
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网络问题，无法连接到raw.githubusercontent.com，可以通过改host等方式，但ip地址会变动，不一定有效。
建议直接在目标位置手动创建文件：

sudo vim /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list
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然后输入下面内容，再保存退出即可。

# os-specific listings first
yaml https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/osx-homebrew.yaml osx

# generic
yaml https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/base.yaml
yaml https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/python.yaml
yaml https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/ruby.yaml
gbpdistro https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/releases/fuerte.yaml fuerte

# newer distributions (Groovy, Hydro, ...) must not be listed anymore, they are being fetched from the rosdistro index.yaml instead
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创建完文件后就能直接运行下一步了。

更新

rosdep update
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大概率出现timed out超时，需要手动改地址，加上代理，在打开文件系统，进入/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/sources_list.py或命令
图形化操作

sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/sources_list.py
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命令行操作

sudo vim /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/sources_list.py
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然后找到大概第310行（通过图中Go to Line）添加
vim中 通过 :310跳到310行

url="https://ghproxy.com/"+url
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同样，下方列出的地方修改或添加 https://ghproxy.com/

/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/gbpdistro_support.py  204行添加
gbpdistro_url = "https://ghproxy.com/" + gbpdistro_url

/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdistro/__init__.py  68行
/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/gbpdistro_support.py 36行
/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/sources_list.py 72行
/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/rep3.py 39行
/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdistro/manifest_provider/github.py 68行和119行
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然后重新运行更新命令，成功后就能启动了。

6.启动

roscore
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显示

Press Ctrl-C to interrupt
Done checking log file disk usage. Usage is <1GB.

started roslaunch server http://ubuntu:34149/
ros_comm version 1.14.11


SUMMARY
========

PARAMETERS
 * /rosdistro: melodic
 * /rosversion: 1.14.11

NODES

auto-starting new master
process[master]: started with pid [28148]
ROS_MASTER_URI=http://ubuntu:11311/

setting /run_id to 7acb3a28-daf8-11eb-a451-000c292038f9
process[rosout-1]: started with pid [28159]
started core service [/rosout]
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创建catkin_ws工作空间

mkdir -p ~/catkin_ws/src
mkdir -p ~/catkin_ws/scripts
cd catkin_ws/src && catkin_init_workspace # 使用catkin-tools话，则为cd catkin_ws && catkin init 
cd .. && catkin_make # 使用catkin-tools话，则为catkin build 
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二、安装Gazebo

依旧有官网教程

1.设置源packages.osrfoundation.org.

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list'
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cat /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list
#显示deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable bionic main
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2.设置Key

wget https://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add -
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3.安装

更新源

sudo apt-get update
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安装gazebo9.1

sudo apt-get install gazebo9=9.1*
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启动

gazebo
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虚拟机可能报错

VMware: vmw_ioctl_command error Invalid argument.
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输入

echo "export SVGA_VGPU10=0" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
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之后才成功启动

4.安装插件

安装ROS的Gazebo插件

sudo apt install ros-melodic-gazebo-* #melodic
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5.启动测试

开两个终端分别运行

roscore     #终端1 启动ROS
rosrun gazebo_ros gazebo  #终端2 启动Gazebo
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三、MAVROS安装

sudo apt install ros-melodic-mavros ros-melodic-mavros-extras 
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roscd mavros
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sudo wget https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/mavlink/mavros/master/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh
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sudo chmod a+x ./install_geographiclib_datasets.sh
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sudo ./install_geographiclib_datasets.sh 
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最后安装时间较长

Installing GeographicLib geoids egm96-5
Installing GeographicLib gravity egm96
Installing GeographicLib magnetic emm2015
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我安装时出现错误

Error while installing GeographicLib geoids egm96-5
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尝试在上述的 wget步骤中，地址加上https://ghproxy.com/，重新下载install_geographiclib_datasets.sh（先删除原先的），失败就ctrl+c,多次重新执行最后一步才成功。

四、安装PX4

1.下载源码

使用github库，若存在网络问题，可以在github.com后面加上.cnpmjs.org。

cd ~
git clone https://github.com.cnpmjs.org/PX4/PX4-Autopilot.git
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也可以使用gitee的库。详见XTDrone教程

2.更新modules后编译

在.gitmodules中的所有github.com地址加上.cnpmjs.org后缀。

cd PX4-Autopilot/
git submodule update --init --recursive
bash ./Tools/setup/ubuntu.sh --no-nuttx --no-sim-tools #安装python依赖
#安装依赖我这里报了错，但好像不影响
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编译

make px4_sitl_default gazebo
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3.设置环境变量

XTDrone教程

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
source ~/PX4-Autopilot/Tools/setup_gazebo.bash ~/PX4-Autopilot/ ~/PX4-Autopilot/build/px4_sitl_default
export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:~/PX4-Autopilot
export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:~/PX4-Autopilot/Tools/sitl_gazebo
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我照上面输入后，启动报错，参考此处找了下面两个命令后才成功。

cd ~/PX4-Autopilot
source Tools/setup_gazebo.bash $(pwd) $(pwd)/build/px4_sitl_default
export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:$(pwd):$(pwd)/Tools/sitl_gazebo
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启动

启动前，建议先到网上下载Model包（XTDrone教程有）到.gazebo文件夹下。

cd ~/PX4-Autopilot
roslaunch px4 mavros_posix_sitl.launch
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参考

参考较多，若有侵权，联系删除。
[入门教程] PX4-Gazebo仿真
无人机仿真之搭建仿真平台-SITL、gazebo、ROS
XTDrone使用文档
ROS的安装-> rosdep init /update报错2021.5.6实测有效
Ubuntu18.04下基于ROS和PX4的无人机仿真平台的基础配置搭建
gazebo学习时遇到的问题（PX4篇）