Клевер

Навигация по картам ArUco-маркеров

СОВЕТ

Документация для версий образа, начиная с версии 0.22. Для более ранних версий см. документацию для версии 0.20open in new window.

СОВЕТ

Для распознавания маркеров модуль камеры должен быть корректно подключен и сконфигурирован.

СОВЕТ

Рекомендуется использование специальной сборки PX4 для Клевера.

Модуль aruco_map распознает карты ArUco-маркеров, как единое целое. Также возможна навигация по картам ArUco-маркеров с использованием механизма Vision Position Estimate (VPE).

Конфигурирование

Аргумент aruco в файле ~/catkin_ws/src/clover/clover/launch/clover.launch должен быть в значении true:

<arg name="aruco" default="true"/>

Для включения распознавания карт маркеров аргументы aruco_map и aruco_detect в файле ~/catkin_ws/src/clover/clover/launch/aruco.launch должны быть в значении true:

<arg name="aruco_detect" default="true"/>
<arg name="aruco_map" default="true"/>

Для включения передачи координат в полетный контроллер по механизму VPE, аргумента aruco_vpe должен быть в значении true:

<arg name="aruco_vpe" default="true"/>

Настройка карты маркеров

Карта загружается из текстового файла, каждая строка которого имеет следующий формат:

id_маркера размер_маркера x y z угол_z угол_y угол_x

Где угол_N – это угол поворота маркера вокруг оси N в радианах.

Файлы карт располагаются в каталоге ~/catkin_ws/src/clover/aruco_pose/map. Название файла с картой задается в аргументе map:

<arg name="map" default="map.txt"/>

Смотрите примеры карт маркеров в вышеуказанном каталогеopen in new window.

Файл карты может быть сгенерирован с помощью инструмента genmap.py:

rosrun aruco_pose genmap.py length x y dist_x dist_y first -o test_map.txt

Где length – размер маркера, x – количество маркеров по оси x, y - количество маркеров по оси y, dist_x – расстояние между центрами маркеров по оси x, y – расстояние между центрами маркеров по оси y, first – ID первого (левого нижнего) маркера, test_map.txt – название файла с картой. Дополнительный ключ --bottom-left позволяет нумеровать маркеры с левого нижнего угла.

Пример:

rosrun aruco_pose genmap.py 0.33 2 4 1 1 0 -o test_map.txt

Дополнительную информацию по утилите можно получить по ключу -h: rosrun aruco_pose genmap.py -h.

Проверка

Для контроля карты, по которой в данный момент коптер осуществляет навигацию, можно просмотреть содержимое топика /aruco_map/image. Через браузер его можно просмотреть при помощи web_video_server по ссылке http://192.168.11.1:8080/snapshot?topic=/aruco_map/image:open in new window

Клевер публикует текущую позицию распознанной карты в топик aruco_map/pose. Также публикуется TF-фрейм aruco_map (VPE выключен) или aruco_map_detected (VPE включен). Используя топик aruco_map/visualization можно визуализировать текущую карту маркеров в rviz.

Наглядно позиция распознанной карты отображается в топике aruco_map/debug (просмотр доступен по ссылке http://192.168.11.1:8080/stream_viewer?topic=/aruco_map/debugopen in new window):

Система координат

По соглашениюopen in new window в маркерном поле используется стандартная система координат ENU:

  • ось x указывает на правую сторону карты маркеров;
  • ось y указывает кверху карты маркеров;
  • ось z указывает от плоскости карты маркеров.

Настройка VPE

Для работы механизма Vision Position Estimation необходимы следующие настройки PX4.

При использовании LPE (параметр SYS_MC_EST_GROUP = local_position_estimator, attitude_estimator_q):

  • В параметре LPE_FUSION включены флажки vision position, land detector. Флажок baro рекомендуется отключить.
  • Вес угла по рысканью по зрению: ATT_W_EXT_HDG = 0.5
  • Включена ориентация по Yaw по зрению: ATT_EXT_HDG_M = 1 Vision.
  • Шумы позиции по зрению: LPE_VIS_XY = 0.1 m, LPE_VIS_Z = 0.1 m.
  • LPE_VIS_DELAY = 0 sec.

При использовании EKF2 (параметр SYS_MC_EST_GROUP = ekf2):

  • В параметре EKF2_AID_MASK включены флажки vision position fusion, vision yaw fusion.
  • Шум угла по зрению: EKF2_EVA_NOISE = 0.1 rad.
  • Шум позиции по зрению: EKF2_EVP_NOISE = 0.1 m.
  • EKF2_EV_DELAY = 0.

СОВЕТ

На данный момент для полета по маркерам рекомендуется использование LPE.

Для проверки правильности всех настроек можно воспользоваться утилитой selfcheck.py.

СОВЕТ

Для использования LPE в Pixhawk необходимо скачать прошивку с названием px4fmu-v2_lpe.px4open in new window.

Полет

При правильной настройке коптер начнет удерживать позицию в режимах POSCTL и OFFBOARD автоматически.

Для автономных полетов можно будет использовать функции navigate, set_position, set_velocity. Для полета в определенные координаты маркерного поля необходимо использовать фрейм aruco_map:

# Вначале необходимо взлететь, чтобы коптер увидел карту меток и появился фрейм aruco_map:
navigate(x=0, y=0, z=2, frame_id='body', speed=0.5, auto_arm=True)  # взлет на 2 метра

time.sleep(5)

# Полет в координату 2:2 маркерного поля, высота 2 метра
navigate(x=2, y=2, z=2, speed=1, frame_id='aruco_map')  # полет в координату 2:2, высота 3 метра

Полет в координаты по ID маркера

Начиная с версии образа 0.18, доступны также полёты относительно отдельного маркера в карте, даже если дрон его не видит. По аналогии с навигацией по отдельным маркерам при настройке карты маркеров дрон сможет лететь в координаты относительно отдельного маркера, используя фрейм aruco_ID с соответствующим ID маркера.

Полет в точку над маркером 5 на высоту 1 метр:

navigate(frame_id='aruco_5', x=0, y=0, z=1)

Дополнительные настройки

Если коптер нестабильно удерживает позицию по VPE, попробуйте увеличить коэффициенты P PID-регулятора по скорости – параметры MPC_XY_VEL_P и MPC_Z_VEL_P.

Если коптер нестабильно удерживает высоту, попробуйте увеличить коэффициент MPC_Z_VEL_P или лучше подобрать газ висения – MPC_THR_HOVER.

Расположение маркеров на потолке

Маркеры на потолке

Для навигации по маркерам, расположенным на потолке, необходимо поставить основную камеру так, чтобы она смотрела вверх и установить соответствующий фрейм камеры.

Также в файле ~/catkin_ws/src/clover/clover/launch/aruco.launch необходимо выставить аргумент placement в значение ceiling:

<arg name="placement" default="ceiling"/>

Технология Optical Flow не может нормально работать при таком расположении камеры, поэтому в файле ~/catkin_ws/src/clover/clover/launch/clover.launch ее следует отключить:

<arg name="optical_flow" default="false"/>

При такой конфигурации фрейм aruco_map также окажется перевернутым. Таким образом, для полета на высоту 2 метра ниже потолка, аргумент z нужно устанавливать в 2:

navigate(x=1, y=2, z=1.1, speed=0.5, frame_id='aruco_map')