从零制作自主空中机器人

本文档是视频教程从零制作自主空中机器人的配套文档，四旋翼无人机具有一定的安全风险，请同学们严格遵守安全规范，对自己的安全负责。

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第一章：课程介绍

本次课程是一套面向对自主空中机器人感兴趣的学生、爱好者、相关从业人员的免费课程，包含了从硬件组装、机载电脑环境设置、代码部署、实机实验等全套详细流程，带你从0开始，组装属于自己的自主无人机，并让它可以在未知的环境中自由避障穿行。本次课程所涉及的所有代码、硬件设计全部开源，严禁商用与转载，版权与最终解释权由浙江大学FASTLAB实验室所有。 本次课程的重心主要落在自主空中机器人的搭建、代码部署及调试上，关于自主空中机器人的一些理论基础，例如动力学模型，路径搜索，轨迹规划，地图构建等内容，高飞老师在深蓝学院有非常详尽而深入浅出的课程，本次课程就不再赘述。

第二章：动力套焊接

机器人本体相关配件及焊接用工具详见purchase_list.xlsx,对硬件选型有相关疑问请看[番外一：硬件选型](# 番外一：硬件选型)

第三章：飞控的安装与接线

• 一定要注意电调信号线顺序！！！
• 飞控箭头与机头同向为正向，任意方向旋转90°的倍数也可以，后续可以在飞控设置内调整，推荐和视频内相同朝向摆放。
• 强烈推荐使用硅胶杜邦线，常规杜邦线线材过硬，容易出现接触不良。
• 5V稳压模块注意贴黑胶带绝缘，周围注意贴一圈厚的海绵胶带来防止飞机降落时损坏5V模块，也可以考虑把5V模块用扎带扎在机臂旁边

第四章：飞控设置与试飞

• 请烧录本git项目下的/firmware/px4_fmu-v5_default.px4固件，这个固件是官方1.11.0版本固件编译而来，如有需要可以自行编译。实测1.13版本固件存在BUG，不建议使用，更老的固件版本未经测试。

• 在飞控的sd卡的根目录下创建/etc/extras.txt，写入

  mavlink stream -d /dev/ttyACM0 -s ATTITUDE_QUATERNION -r 200
  mavlink stream -d /dev/ttyACM0 -s HIGHRES_IMU -r 200
  

  以提高imu发布频率

• 修改机架类型为 Generic 250 Racer，代指250mm轴距机型。如果是其他尺寸的机架，请根据实际轴距选择机架类型

• 修改dshot_config为dshot600

• 修改CBRK_SUPPLY_CHK为894281

• 修改CBRK_USB_CHK为197848

• 修改CBRK_IO_SAFETY为22027

• 修改SER_TEL1_BAUD为921600

• 修改SYS_USE_IO为0（搜索不到则不用管）

• 检测电机转向前确保没有安装螺旋桨！！！！

• 修改电机转向：进入mavlink控制台

  dshot reverse -m 1
  dshot save -m 1
  

  修改1为需要反向的电机序号

• 第一次试飞请务必找有自稳模式下飞行经验的飞手协助，只飞过大疆无人机的飞手99%无法飞好！

第五章：机载电脑与传感器的安装

• 碳板已经预留了拆壳NUC的安装空位。如果想拆壳安装NUC，需要额外购买USB网卡，或者拆下自带的网卡天线找地方固定住，并且由于碳纤维板导电，请务必用尼龙柱把NUC支起来，相关资料请自行查阅。
• 机载电脑使用4S航模电池直接供电，正常情况下没有问题。但理论上最好接一个稳压模块，否则在无人机炸机/电池几乎耗尽时会出现机载电脑关机的情况。但由于符合NUC功率的稳压模块比较大，请同学们酌情选用。

第六章：Ubuntu20.04的安装

• 镜像站地址：http://mirrors.aliyun.com/ubuntu-releases/20.04/ 下载 ubuntu-20.04.4-desktop-amd64.iso
• 烧录软件UltraISO官网：https://cn.ultraiso.net/
• 分区设置：
  • EFI系统分区（主分区）512M
  • 交换空间（逻辑分区）16000M（内存大小的两倍）
  • 挂载点/（主分区）剩余所有容量
  • 笔记本上也需要安装ubuntu，推荐装20.04版本。虚拟机或双系统都可以，如果有长期学习打算推荐双系统

第七章：机载电脑的环境配置

• ROS安装
  • sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
  • sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654'
  • sudo apt update
  • sudo apt install ros-noetic-desktop-full
  • echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
  • 建议没有ROS基础的同学先去B站学习古月老师的ROS入门教程
• 测试ROS
  • 打开三个终端，分别输入
  • roscore
  • rosrun turtlesim turtlesim_node
  • rosrun turtlesim turtle_teleop_key
• realsense驱动安装
  • sudo apt-key adv --keyserver keyserver.ubuntu.com --recv-key F6E65AC044F831AC80A06380C8B3A55A6F3EFCDE || sudo apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv-key F6E65AC044F831AC80A06380C8B3A55A6F3EFCDE
  • sudo add-apt-repository "deb https://librealsense.intel.com/Debian/apt-repo $(lsb_release -cs) main" -u
  • sudo apt-get install librealsense2-dkms
  • sudo apt-get install librealsense2-utils
  • sudo apt-get install librealsense2-dev
  • sudo apt-get install librealsense2-dbg
  • 测试：realsense-viewer
  • 注意测试时左上角显示的USB必须是3.x，如果是2.x，可能是USB线是2.0的，或者插在了2.0的USB口上（3.0的线和口都是蓝色的）
• 安装mavros
  • sudo apt-get install ros-noetic-mavros
  • cd /opt/ros/noetic/lib/mavros
  • sudo ./install_geographiclib_datasets.sh
• 安装ceres与glog与ddyanmic-reconfigure
  • 解压3rd_party.zip压缩包
  • 进入glog文件夹打开终端
  • ./autogen.sh && ./configure && make && sudo make install
  • sudo apt-get install liblapack-dev libsuitesparse-dev libcxsparse3.1.2 libgflags-dev libgoogle-glog-dev libgtest-dev
  • 进入ceres文件夹打开终端
  • mkdir build
  • cd build
  • cmake ..
  • sudo make -j4
  • sudo make install
  • sudo apt-get install ros-noetic-ddynamic-reconfigure
• 下载ego-planner源码并编译
  • git clone https://github.com/ZJU-FAST-Lab/Fast-Drone-250
  • cd Fast-Drone-250
  • catkin_make
  • source devel/setup.bash
  • roslaunch ego_planner sing_run_in_sim.launch
  • 在Rviz内按下键盘G键，再单击鼠标左键以点选无人机目标点

第八章：常用实验与调试软件的安装与使用

• VScode：sudo dpkg --i ***.deb
• Terminator：sudo apt install terminator
• Plotjuggler：
  • sudo apt install ros-noetic-plotjuggler
  • sudo apt install ros-noetic-plotjuggler-ros
  • rosrun plotjuggler plotjugller
• Net-tools：
  • sudo apt install net-tools
  • ifconfig
• ssh：
  • sudo apt install openssh-server
  • 在笔记本上：ping 192.168.**.**
  • sudo gedit /etc/hosts
  • 加上一行：192.168.**.** fast-drone
  • ping fast-drone
  • ssh fast-drone@fast-drone(ssh 用户名@别名)

待更新………

第九章：Ego-Planner代码框架与参数介绍

第十章：VINS的参数设置与外参标定

第十一章：Ego-Planner的实验

番外一：硬件选型