无人机开发实战——开发控制插件实现复合翼、固定翼无人机控制

各位无人机开发爱好者在做无人机开发时，用到比较多的机型应该都是四旋翼无人机，其灵活好控，开发样例众多，比较受开发者们青睐。但随着低空经济的兴起，垂起复合翼（vtol）和固定翼飞机也越来越多了进入了开发爱好者的视野中。四旋翼在做外部控制时，通过offboard模式控制位置、速度、姿态、角速率的这种模式已经非常普遍了，但是网上关于复合翼和固定翼的开发教程比较少，开发群里也很多人想对此进行研究。因此本期对如何通过外部插件控制复合翼和固定翼无人机（以PX4）为例进行介绍。

一、开发功能

本次主要通过开发控制插件，实现在外部模块（比如集群管理系统、机上设备）对复合翼等无人机进行控制。使用mavlink协议，脱离ROS2 DDS和MAVROS（因为dds和mavros虽然使用方便，但是很难满足所有需求，同时关于垂起和固定翼的太少）。

二、实现方法

1.修改px4源码的mavlink样例，增加组播和单播端口。（增加你的外部程序的控制来源，如组播，单播等）

# GCS linkmavlink start -x -u $udp_gcs_port_local -r 4000000 -fmavlink stream -r 50 -s POSITION_TARGET_LOCAL_NED -u $udp_gcs_port_localmavlink stream -r 50 -s LOCAL_POSITION_NED -u $udp_gcs_port_localmavlink stream -r 50 -s GLOBAL_POSITION_INT -u $udp_gcs_port_localmavlink stream -r 50 -s ATTITUDE -u $udp_gcs_port_localmavlink stream -r 50 -s ATTITUDE_QUATERNION -u $udp_gcs_port_localmavlink stream -r 50 -s ATTITUDE_TARGET -u $udp_gcs_port_localmavlink stream -r 50 -s SERVO_OUTPUT_RAW_0 -u $udp_gcs_port_localmavlink stream -r 20 -s RC_CHANNELS -u $udp_gcs_port_localmavlink stream -r 10 -s OPTICAL_FLOW_RAD -u $udp_gcs_port_local# API/Offboard linkmavlink start -x -u $udp_offboard_port_local -r 4000000 -f -m onboard -o $udp_offboard_port_remote# Onboard link to cameramavlink start -x -u $udp_onboard_payload_port_local -r 4000 -f -m onboard -o $udp_onboard_payload_port_remote# Onboard link to gimbalmavlink start -x -u $udp_onboard_gimbal_port_local -r 400000 -m gimbal -o $udp_onboard_gimbal_port_remote

2.开发外部程序

（1）首先依赖mavlink底层协议，官方网址在此

https://mavlink.io/zh/messages/common.html

可根据官网示例，生成mavlink依赖协议。如下

（2）开发外部程序插件

通过调用mavlink底层协议，开发控制函数，如下

staticvoidsend_mavlink_msg(constmavlink_message_t &msg)    {        uint8_t buffer[MAVLINK_MAX_PACKET_LEN];        uint16_t len = mavlink_msg_to_send_buffer(buffer, &msg);        // udp_multicast::send_multicast(buffer, len);        udp_unicast::send_unicast(buffer, len);    }    voidsend_heartbeat()    {        mavlink_message_t msg;        mavlink_msg_heartbeat_pack_chan(            GCS_SYS_ID, GCS_COMP_ID, MAVLINK_CHAN, &msg,            MAV_TYPE_ONBOARD_CONTROLLER, MAV_AUTOPILOT_GENERIC,            0, 0, MAV_STATE_ACTIVE);        send_mavlink_msg(msg);    }    voidset_mode(uint32_t mode)    {        mavlink_message_t msg;        mavlink_msg_command_long_pack_chan(            GCS_SYS_ID, GCS_COMP_ID, MAVLINK_CHAN, &msg,            TARGET_SYS_ID, TARGET_COMP_ID,            MAV_CMD_COMPONENT_ARM_DISARM, 0,            1, 0, 0, 0, 0, 0, 0 // param1=1 解锁        );        send_mavlink_msg(msg);        std::this_thread::sleep_for(500ms); // 等待解锁生效        mavlink_msg_command_long_pack_chan(            GCS_SYS_ID, GCS_COMP_ID, MAVLINK_CHAN, &msg,            TARGET_SYS_ID, TARGET_COMP_ID,            MAV_CMD_DO_SET_MODE, 0,            MAV_MODE_FLAG_CUSTOM_MODE_ENABLED, // param1：启用自定义模式            PX4_CUSTOM_MODE_GUIDED,            // param2：PX4 GUIDED 模式            0, 0, 0, 0, 0);        send_mavlink_msg(msg);    }    voidtakeoff(float altitude)    {        set_mode(0);        std::this_thread::sleep_for(1s);        mavlink_message_t msg;        mavlink_msg_command_long_pack_chan(            GCS_SYS_ID, GCS_COMP_ID, MAVLINK_CHAN, &msg,            TARGET_SYS_ID, TARGET_COMP_ID,            MAV_CMD_NAV_TAKEOFF, 0,            0, 0, 0, 0, 0, 0, altitude);        send_mavlink_msg(msg);    }    voidupload_mission(const Waypoint *waypoints, size_t count)    {        // 1. 发送航点数量        mavlink_message_t msg;        mavlink_msg_mission_count_pack_chan(            GCS_SYS_ID, GCS_COMP_ID, MAVLINK_CHAN, &msg,            TARGET_SYS_ID, TARGET_COMP_ID,            count, MAV_MISSION_TYPE_MISSION, 0);        send_mavlink_msg(msg);        // 2. 逐个发送航点        for (size_t i = 0; i < count; ++i)        {            const Waypoint &wp = waypoints[i];            mavlink_msg_mission_item_int_pack_chan(                GCS_SYS_ID, GCS_COMP_ID, MAVLINK_CHAN, &msg,                TARGET_SYS_ID, TARGET_COMP_ID,                wp.seq, wp.frame, wp.cmd, wp.current, wp.autocontinue,                wp.param1, wp.param2, wp.param3, wp.param4,                static_cast<int32_t>(wp.lat * 1e7), // 转换为INT32 1e7度                static_cast<int32_t>(wp.lon * 1e7),                wp.alt, MAV_MISSION_TYPE_MISSION);            send_mavlink_msg(msg);        }    }