Ubuntu20.04搭建PX4仿真环境及XTDrone开发平台（最详细最明白）

一、介绍

PX4-Autopilot仿真平台是由PX4官方提供的集虚拟px4固件、真机烧录固件、gazebo环境及模型于一体的平台，用户可以自己编写程序，通过mavros接口与虚拟px4固件进行mavlink协议的通讯，并在gazebo中显示虚拟世界和模型。因此PX官方手册里给了一个经典的例程：offboard.cpp和offboard.py，让用户通过程序开发，实现无人机自主功能。而XTDrone，就是提供一系列程序及教程的通用开发平台，见下图：【当然，可以看到，sitl_config文件夹里的models里的传感器sdf模型和修改过的gazebo_ros插件也是实现各种仿真的必要贡献】

二、写在前面

1、XTDrone是基于ubuntu18.04和ros melodic开发的。大家都知道，ubuntu18.04LTS是使用较广泛的系统，因为很多开源算法都是在18.04开发的。而ubuntu20.04作为最后一个支持ROS1的LTS系统，在很多预装库的版本上有所提升，例如20.04使用python3、opencv4、gazebo11等等。这就得ubuntu20.04在部署算法时容易出现问题，但我还是头铁，自2020年发布，就开始使用了。
2、之前XTDrone是与PX4 1.11虚拟固件进行通讯的，现在PX4 1.13出来了，XTDrone也在升级维护，以适配PX4 1.13版以获取更好的性能。接下来，带领大家进入语雀文档按照XTDrone教程，在Ubuntu20.04上部署1.13版本的px4和XTDrone，然后对应步骤给出注意点。毕竟Ubuntu20.04，还是要作出些改变才能装好。

三、开始配置

话不多说，可以打开语雀文档，点到仿真平台基础配置（对应PX4 1.13版）

主要是 依赖安装、ROS安装、Gazebo安装、mavros安装、PX4下载、XTDrone下载和配置。
而我，先调整下步骤，先想办法把需要源码下载的下载好，只是先不急着编译，然后再往下看我的安装步骤。
（1）先下载PX4-Autopilot和XTDrone的源码，因为里面包含中间步骤需要用的东西
通过以下命令默认下载master分支，而master指针一般指向最新稳定版，随着时间推移这条命令就无法克隆到1.13版本了。

1、克隆PX4
git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git
# 以后若想克隆指定1.13.2版本。（2022.11.22出的）# git clone -b v1.13.2 https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive1、克隆XTDrone
git clone https://gitee.com/robin_shaun/XTDrone.git

其中PX4-Autopilot通过github克隆会很慢，可以先下载XTDrone，再去语雀文档 ,里面给出了打包好的PX4-Autopilot的下载链接

1、依赖安装

这个主要是PX4仿真平台所需的依赖。肖老师（及项目贡献者）【后面简称肖老师，但其他参与者的贡献不可忽略】给出的如下，其实不全，在编译px4时还是会报错缺少库，因此先不要复制代码去下载，先往下看。

1、sudo aptinstall ninja-build libimage-exiftool-perl ninja-build protobuf-compiler libeigen3-dev genromfs xmlstarlet libgstreamer1.0-dev libgstreamer-plugins-base1.0-dev python3-pip gawk2、#ubuntu20用户就把pip2改成pip3，不然装到/usr/lib/python2.7里去了
   pip2 install pandas jinja2 pyserial cerberus pyulog==0.7.0 numpy toml pyquaternion empy pyyaml  
3、pip3 install packaging numpy empy toml pyyaml jinja2 pyargparse

因此需要说明的第一个地方来了：
如果学习过PX4官方手册里，配过PX4仿真平台的人，应该知道，官方列了一个requirements.txt，里面写出了各个库需满足的最低版本，并且给出了一个脚本ubuntu.sh，在运行时可以安装 库、真机固件烧录、gazebo仿真依赖。使用命令bash ubuntu.sh即可安装齐。但是， 我们先执行

cd PX4-Autopilot/Tools/setup/
bash ubuntu.sh --no-sim-tools 
不加参数 --no-sim-tools，就会自动安装ubuntu版本对应的gazebo及gazebo-dev，和javsim等仿真依赖
因为ubuntu20是gazebo11，而XTDrone一般用gazebo9，所以不能急着安装gazebo11依赖（同时，如果不喜欢在ubuntu下make upload来烧录固件的，可以继续加参数 --no-nuttx）

官方的requirements.txt如下：

argcomplete
argparse>=1.2
cerberus
coverage
empy>=3.3
future
jinja2>=2.8
jsonschema
kconfiglib
lxml
matplotlib>=3.0.*
numpy>=1.13
nunavut>=1.1.0
packaging
pandas>=0.21
pkgconfig
psutil
pygments
wheel>=0.31.1
pymavlink
pyros-genmsg
pyserial
pyulog>=0.5.0
pyyaml
requests
setuptools>=39.2.0
six>=1.12.0
toml>=0.9

执行完之后再去复制肖老师的安装依赖，把剩下的可能XTDrone里需要用到的补全。

2、ROS 安装

Ubuntu20.04对应 ros noetic，可以前往我的博客进行安装ros noetic

3、Gazebo安装

XTDrone一般用gazebo9进行仿真，而在安装ros noetic时会自动安装gazebo11以及对应的gazebo-ros插件，这里我们需要卸载，然后安装gazebo9以及肖老师修改过的gazebo-ros插件。
（1）卸载gazebo11

sudoapt-get remove gazebo* 
sudoapt-get remove libgazebo*
sudoapt-get remove ros-noetic-gazebo* 

（2）安装gazebo9

a、添加软件仓库 
sudosh-c'echo "deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list'

b、获取密钥
wget https://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - |sudo apt-key add -

c、更新软件原
sudoapt-get update

d、安装
sudoapt-getinstall gazebo9
sudoapt-getinstall libgazebo9-dev #一定要记得这个

e、检查
gazebo #应该要能打开gazebo

f、升级
sudoapt-get upgrade

（3）还没完，还有对应的gazebo-ros插件
因为gazebo-plugin修改过，因此gazebo-ros不要二进制安装，而用源码安装和编译，先创建工作空间。

mkdir-p ~/catkin_ws/src
mkdir-p ~/catkin_ws/scripts
cd catkin_ws && catkin init # 使用catkin_make话，则为cd catkin_ws/src && catkin_init_workspacesudoaptinstall python3-catkin-tools #安装这个才能catkin build
catkin build # 使用catkin_make话，则为 cd .. && catkin_make 
gedit ~/.bashrc
在下面写入：source ~/catkin_ws/devel/setup.bash #先写好source路径
关闭文件，在终端执行
source ~/.bashrc

然后gazebo-ros的源码在 XTDrone/sitl_config/下面(这又体现先下载好XTDrone的好处了)。只需要将里面的gazebo_ros_pkg复制到刚创建的catkin_ws/src，然后再安装依赖和编译工作空间里的gazebo_ros_pkg。

1、sudo apt-getinstall ros-noetic-moveit-msgs ros-noetic-object-recognition-msgs ros-noetic-octomap-msgs ros-noetic-camera-info-manager  ros-noetic-control-toolbox ros-noetic-polled-camera ros-noetic-controller-manager ros-noetic-transmission-interface ros-noetic-joint-limits-interface
2、catkin build
3、检查
roscore
rosrun gazebo_ros gazebo #会打开gazebo

（4）gazebo部分还没完呢
Gazebo官网上有很多开源的模型文件，我们要下载好一些需要的模型文件（语雀文档里有下载链接），然后解压缩后放在

~/.gazebo

中，此时在~/.gazebo/models/路径下可以看到很多模型。如果不做这一步，之后运行Gazebo仿真，可能会缺模型，这时会自动下载，Gazebo模型服务器在国外，自动下载会比较久。

4、mavros安装

文档里直接二进制安装的

1、sudo aptinstall ros-melodic-mavros ros-melodic-mavros-extras         # for ros-melodic2、wget https://gitee.com/robin_shaun/XTDrone/raw/master/sitl_config/mavros/install_geographiclib_datasets.sh
3、sudo chmod a+x ./install_geographiclib_datasets.sh
4、sudo ./install_geographiclib_datasets.sh #这步需要装一段时间

如果需要源码安装mavros的，请移步我的博客两种方式安装mavros

5、PX4配置

如果前面已经下载好且解压了源码，可以直接开始布置。
【又一个注意点：我自己是先（用梯子）git clone的PX4源码，且完整，然后make px4_sitl_default gazebo时，除了缺依赖补依赖之外，遇到一个头疼的问题，就是PX4-Autopilot/Tools/sitl_gazebo/include/gazebo_motor_failure.h这个头文件有问题。看第32行的rclcpp，这个是ros2里面用于话题通讯的自带功能包，那ros1下肯定没有这个，那肯定解决不了。 】

然后再立马回头看看语雀里下载的PX4压缩包，找到这个文件，发现已经被修改成#include “ros/subcribe_opitions.h”
所以这里想说的是，就算解决了这一个，后面编译还会有其他需要修改文件源码的问题。

因此我们还是决定用语雀里打包好的压缩包吧。

终端进入到PX4-Autopilot
1、mv PX4-Autopilot ~/PX4_Firmware #给文件夹换个名字，叫PX4_Firmware。#（1）名字随便无所谓，但懒得改，后面source路径的时候直接复制不好吗，省得自己敲#（2）一定要用 mv 命令，如果自己手动创文件夹再挪进去会破坏仓库的完整性，编译报错：分支不是一个git仓库

2、检出
1、如果是自己git clone的，就执行：
   git branch #查看本地克隆仓库是哪个分支2、下载的压缩包，就执行这个命令
git checkout -b xtdrone/dev v1.13.2 
#这个命令是在本地创建一个分支，并切换到这个分支。checkout一个分支，#会更新当前的工作空间中的文件，使其与检出分支的commit版本状况保持一致。这之后工作区中的#所有变更都会被记录在checkout出来的那个分支上。这一操作可以认为是在挑选你希望修改的工作分支。3、git submodule update --init--recursive#检查子模块的完整性3、make px4_sitl_default gazebo #编译px4固件及默认的gazebo空世界。编译成功会弹出gazebo，关闭即可

编译过程可能还会出现失败的情况，一般是因为缺少某些依赖。仔细翻阅终端报错信息，使用sudo apt install命令安装相应的库。

#配好好路径
gedit ~/.bashrc
在里面写入：
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
source ~/PX4_Firmware/Tools/setup_gazebo.bash ~/PX4_Firmware/ ~/PX4_Firmware/build/px4_sitl_default
#确保文件最底部是export，而不是source exportROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:~/PX4_Firmware
exportROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo

关闭文件，在终端执行
source ~/.bashrc

由于前面编译好了，所以可以通过launch文件启动px4的仿真

cd ~/PX4_Firmware
roslaunch px4 mavros_posix_sitl.launch #还是弹出gazebo和iris飞机模型

6、XTDrone配置

cd XTDrone
git checkout 1_13_2 #这个命令是在本地创建一个分支，并切换到这个分支。#checkout一个分支，会更新当前的工作空间中的文件，使其与检出分支的commit版本状况保持一致。#这之后工作区中的所有变更都会被记录在checkout出来的那个分支上。这一操作可以认为是在挑选你希望修改的工作分支。git submodule update --init--recursive#检查子模块的完整性

# 修改启动脚本文件cp sitl_config/init.d-posix/* ~/PX4_Firmware/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/
# 添加launch文件cp-r sitl_config/launch/* ~/PX4_Firmware/launch/
# 添加世界文件cp sitl_config/worlds/* ~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo/worlds/
# 修改部分插件cp sitl_config/gazebo_plugin/gimbal_controller/gazebo_gimbal_controller_plugin.cpp ~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo/src
cp sitl_config/gazebo_plugin/gimbal_controller/gazebo_gimbal_controller_plugin.hh ~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo/include
cp sitl_config/gazebo_plugin/wind_plugin/gazebo_ros_wind_plugin_xtdrone.cpp ~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo/src
cp sitl_config/gazebo_plugin/wind_plugin/gazebo_ros_wind_plugin_xtdrone.h ~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo/include
# 添加CMakeLists.txt，对sitl_gazebo下的文件指定编译规则cp sitl_config/CMakeLists.txt ~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo
# 修改部分模型文件cp-r sitl_config/models/* ~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo/models/ 
# 替换同名文件cd ~/.gazebo/models/
rm-r stereo_camera/ 3d_lidar/ 3d_gpu_lidar/ hokuyo_lidar/
防止~/.gazebo/models/这个文件夹下，会存在与~/PX4_Firmware/Tools/sitl_gazebo/models/ 这个文件里冲突相同模型文件 #如果没移除，说明下载的models没有这几个模型，那就不用管。

重新编译

cd ~/PX4_Firmware
make px4_sitl_default gazebo

编译成功后关闭终端和gazebo，启动下面这个新的仿真环境

cd ~/PX4_Firmware
roslaunch px4 indoor1.launch

四、开始XTDrone学习

下面，就可以进入XTDrone文件夹，可以学习了。
control文件夹就是键盘控制那些（这样就不需要遥控器了）
communication文件夹就是mavros话题与px4互传信息。
sensing文件夹就是在仿真环境搭建了各种传感器后，通过这里面的算法获取定位信息。