【2020-8-9】APM,PX4,GAZEBO,MAVLINK,MAVROS,ROS之间的关系以及科研设备选型
0.概述
无人机自主飞行平台可以分为四个部分：动力平台，飞行控制器，机载电脑和模拟平台。
- 动力平台：负责执行飞行任务，包括螺旋桨、电机、机架等，用于科研的一般都是F380和F450的机架。
- 飞行控制器：无人机使用的控制器取决于采用的固件：apm和pixhawk。用来调整无人机在空间中的位姿，给各个螺旋桨发送指令。
- 机载电脑：作为上位机，通过MAVROS或者mavlink协议跟飞控通讯。可以搭载更多的机载设备诸如相机，各类传感器，通过机载电脑感知周围环境，做出更多智能化的工作。常见的机载电脑有x86平台的upboard，树莓派，英伟达的jetson。我们自己的实验平台机载电脑使用的是树莓派3b+，飞控是pixhawk，搭在了intel的realsense摄像头，深度摄像头，超声波和激光传感器。
- 模拟平台：无人机作为航空设备，操作复杂，危险性高，就算是成熟的商业产品诸如大疆，也存在很多的炸鸡事故。所以，在进行实际飞行之前，一定要进行模拟操作，将程序修改好之后，才可以进行实机测试。
1.APM和PX4：飞行控制器和
APM和PX4是自动驾驶和无人机领域最出名的两个固件。而因为历史原因，国内在两个固件的叫法上一直巨大的混淆。
淘宝上比较常见的无人机飞控固件大体分为三类：APM，pixhawk2.4.8和pixhawk4。其中apm价格最便宜，px4价格最便宜。一般的无人机玩家，从预算考虑会购买apm，稍微预算充足的会购买pixhawk2.4.8的硬件。虽然从硬件配置和性能上，apm的硬件是远远不如pixhawk2.4.8的。
但是一般用户购买的pixhawk产品，商家会提供一些pix_3.*.*之类的固件，这些固件实际上是乐迪公司修改过的apm的固件，商家提供的地面站也是apm公司mp地面站，而且是版本较老，汉化不全地面站。
如果仅仅把无人机当做航拍设备，或者就是自己遥控玩一玩，这种刷着乐迪修改版固件的飞机是足够稳定的，还可以搭配乐迪自己的光流传感器和超声波避障模块，足够稳定，不管是室内还是室外。
但是，如果需要用机载电脑进行自主控制，这一套就玩不转。
如果需要使用px4的固件，则需要访问下面的地址，下载QGC地面站，刷pixhawk官方的固件。px4的固件最新的版本号也只有1.10.0。
APM网站：https://ardupilot.org/dev/index.html
PX4网站：https://docs.px4.io/master/en/index.html
2.地面站：MissionPlan(MP)和QGroundControl(QGC)
2.1 APM
MP是APM公司推出的地面站软件，用来进行apm飞控的固件刷写，更新和监控飞行器状态，定点飞行的规划。国内常见的是不知道哪个大佬汉化的版本，汉化不全，版本很老，刷的固件也是乐迪公司修改过的固件。最新版的MP地面站和固件，可以通过访问上面的网站获取。
2.2 PX4
QGroundControl（QGC）是px4官方出的地面站，用来进行px4固件的刷写，调参，监控飞行状态，定点飞行规划。一般国内玩家使用的较少，然而刷了PX4固件的机器，是没法跟APM地面站进行数据通信的，所以如果需要使用PX4的平台，就必须使用QGC，国内也有汉化版可以下载。
2.MAVLINK和MAVROS：通信协议
MAV协议是上位机和飞控通信的通信协议，MAVROS是基于ROS系统的MAV协议，可以和ROS系统相结合。
3.GAZEBO仿真软件
Gazebo是ROS系统自带的仿真平台，可以通过mavros通信协议，将飞控的操作数据反馈到仿真平台。进行无人机的仿真操作。
4.ROS：机器人操作系统
国际最通用的机器人操作系统，将不同硬件的操作进行封装，通过简单的话题发布和订阅，可以让算法开发者不必考虑不同的硬件平台，以及各种硬件之间的配合，仅需要用自己的熟悉的Python或者C++语言编写算法，ROS负责联通算法实施和硬件驱动和模拟仿真。
5.自主无人飞行平台选型
PX4官方出了整套解决方案px4-vision价格大概在16000元，国内有阿木实验室在做整机销售，树莓派版本也在12000多左右。我们自己做的性能相近或者超越的整机平台价格在6000以下。有需要的也可以联系我们。