无人机 PX4 飞控 | ROS应用层开发：offboard 模式切换详细总结

PX4 offboard 模式介绍

PX4 是一个广为熟知的开源飞控软件，常用于无人机（UAV）和其它自主飞行器的控制。

在PX4中，offboard模式是一种飞行模式，允许用户通过外部控制源（如地面控制站或机载电脑系统）来控制飞行器，而不是使用PX4内置的自动飞行模式。

在offboard模式下，飞行器接收到的控制指令通常是通过MAVLink协议从外部系统发送的。这意味着飞行器的飞行路径和动作由外部系统决定，而不是由PX4内部的飞行计划或任务管理器控制。这种模式对于需要精确控制和实时调整的应用场景非常有用，例如科学研究、地图制作、搜索和救援任务等。

要使PX4进入offboard模式，通常需要完成以下步骤：

• 确保飞行器与机载电脑系统或其他控制源之间的通信链路稳定可靠。
• 在PX4中配置参数。这包括设置MAVLink相关的参数，确保飞行器可以接收并正确解析来自外部控制源的控制指令。
• 切换到offboard模式。可通过程序发送指令、或地面站发送指令、或配置好遥控器对应拨杆
• 发送控制指令。在offboard模式下，外部控制源需要发送持续的控制指令流，这些指令通常包括飞行器的速度、位置和方向等信息。
• 监控飞行器的状态。在offboard模式下，外部控制源还应该接收来自飞行器的状态反馈，以便于实时监控飞行器的状态并进行必要的调整。

请注意，offboard模式下的飞行器操作需要较高的技术水平和谨慎的操作，因为一旦进入offboard模式，飞行器的控制权完全转移到了外部系统。因此，确保所有系统稳定可靠并且有相应的安全措施是非常重要的。

通过mavros 进行offboard模式切换

MAVROS是一个开源的ROS（Robot Operating System）功能包，主要用于将ROS与MAVLink协议连接起来，实现ROS与无人机之间的通信和控制。

mavros中 控制 无人机模式的 server名称为：/mavros/set_mode

类型为：mavros_msgs/SetMode

参数为：base_mode custom_mode

mavros_msgs/SetMode的定义为

# set FCU mode
#
# Known custom modes listed here:
# http://wiki.ros.org/mavros/CustomModes

# basic modes from MAV_MODE
uint8 MAV_MODE_PREFLIGHT = 0
uint8 MAV_MODE_STABILIZE_DISARMED = 80
uint8 MAV_MODE_STABILIZE_ARMED = 208
uint8 MAV_MODE_MANUAL_DISARMED = 64
uint8 MAV_MODE_MANUAL_ARMED = 192
uint8 MAV_MODE_GUIDED_DISARMED = 88
uint8 MAV_MODE_GUIDED_ARMED = 216
uint8 MAV_MODE_AUTO_DISARMED = 92
uint8 MAV_MODE_AUTO_ARMED = 220
uint8 MAV_MODE_TEST_DISARMED = 66
uint8 MAV_MODE_TEST_ARMED = 194

uint8 base_mode # filled by MAV_MODE enum value or 0 if custom_mode != ''
string custom_mode # string mode representation or integer
---
bool mode_sent # Mode known/parsed correctly and SET_MODE are sent

代码

在之前的基础代码框架中的字符串指令回调函数，增加 接收到 offboard 字符串，然后进行模式切换的操作

    if( msg->data == "offboard" )
    {
        geometry_msgs::PoseStamped pose;
        pose.pose.position.x = 0;
        pose.pose.position.y = 0;
        pose.pose.position.z = 0;

        //在进入Offboard模式之前，必须已经启动了LocalPosPub_数据流，否则模式切换将被拒绝。
        //这里的100可以被设置为任意数
        for(int i = 100; ros::ok() && i > 0; --i){
            LocalPosPub_.publish(pose);
        }

        if( MavrosCurrentState_.mode != "OFFBOARD" )
        {
                //建立一个类型为SetMode的服务端offb_set_mode，并将其中的模式mode设为"OFFBOARD"
            mavros_msgs::SetMode offb_set_mode;
            offb_set_mode.request.custom_mode = "OFFBOARD";
            //客户端set_mode_client向服务端offb_set_mode发起请求call，然后服务端回应response将模式返回，这就打开了offboard模式
            if( set_mode_client_.call(offb_set_mode) && offb_set_mode.response.mode_sent)
            {
                //打开Offboard模式后在终端打印信息
                ROS_INFO("Offboard enabled");
            }
        }

    }

测试

启动gazebo仿真与功能节点后，发布字符串话题

rostopic pub -1 /keyboard_cmd std_msgs/String "offboard" 

无人机在地面时
直接进行这样的切换是不行的

地面站提示 No offbaord signal ，切换了之后，一直没有控制信号

无人机在空中时，通过虚拟摇杆解锁无人机，飞至空中

再发送切换offboard指令指令

又自动切回了Position模式，还是因为没有控制信号

如果此时发送控制信号，例如速度控制，便可成功切换offboard模式

此时虚拟摇杆不能再次控制无人机了

无人机在地面时，如果发送了速度控制指令也可以切换为offboard模式
通过虚拟摇杆，来解锁，则提示下面内容，也就是不能再通过这种方式解锁了，可以通过mavros的方式。

通过地面站进行offboard模式切换

QGC地面站，显示当前无人机模式的地方，点击则会出现下拉菜单，来设置不同的模式

点击红框的地方

点击版外Offboard，也可以进行模式的切换，前提：发送控制信息

通过遥控器拨杆切换offboard模式

在地面站设置要遥控器的拨杆通道，也可以通过此种方式另无人机进入 offboard模式，前提：发送控制信息