ego_planner自主规划模块

本篇内容：如何运行ego-planner以及控制无人机进行规划避障
本篇内容属于高级飞行，真机运行时具有一定的危险和炸机风险，请注意做好保护措施，未了解过的用户可以先观看从0制作自主空中机器人 | 开源 | 浙江大学Fast-Lab课程

关于Ego-Planner

Ego-Planner 是一种用于机器人导航和路径规划的算法，它基于局部规划的概念，旨在为机器人提供实时、高效和可靠的路径规划。Ego-Planner 的出现为机器人导航和路径规划领域提供了一种高效、实时的解决方案，对于提高机器人的自主性和实用性具有重要意义。

！使用前建议熟悉外部定位飞行与指令控制飞行

ego_planner路径与主要文件

• Sunray/Simulation/sunray_simulator/sunray_sim_ego.launch
• Sunray/Simulation/sunray_simulator/sunray_sim_ego_global_map.launch
• Sunray/Simulation/sunray_simulator/map_generator.launch

相关节点与参数说明

ego-planner：主节点

• fsm*: 规划器状态机参数
  • flight_type：控制飞行模式，不同数值对应不同的目标点设置方式
  • thresh_replan_time：重规划的时间间隔，数值越小规划频率越高
  • thresh_no_replan_meter： 距离终点小于此阈值时停止规划
  • planning_horizon：规划的时间范围，通常建议将 规划范围 设置为 传感器感知范围的1.5倍
  • realworld_experiment： 区分仿真和实际环境的标志位
• grip_map：网格地图参数
  • resolution：定义了栅格地图的 分辨率
  • obstacles_inflation：表示障碍物膨胀半径
  • ground_height：地面高度
  • virtual_ceil_height：表示 虚拟天花板高度
  • map_size_*: 地图大小
• manager：规划管理器参数
  • drone_id: 无人机 ID，用于多机协同
  • max_vel::最大飞行速度限制
  • max_acc: 最大加速度限制
  • max_jerk: 最大加加速度限制
  • control_points_distance: 控制点间距，影响轨迹平滑度
• optimization：B 样条优化参数
  • lambda_smooth: 平滑系数:较高的‌lambda_smooth‌值会使轨迹更加平滑，减少急剧的转向和加速，从而提高行驶的稳定性和舒适性
  • lambda_collision：避障系数:较低的‌lambda_smooth‌值可能会使轨迹更接近障碍物，但有助于更好地避开障碍物，尤其是在复杂环境中
  • lambda_feasibility： 可行性权重，确保轨迹可执行

• point_cloud_transform：ego-planner的规划结果以一个自定义的话题输出，需要转换为sunray控制节点中的对应的消息
  • input_point_topic：输入的局部点云话题
  • output_point_topic：输出的全局点云话题
  • odom_topic：用于坐标转换的里程计话题
  • frame_id：全局坐标系下的点云数据中填充的 frame_id
  • child_frame_id：全局坐标系下的点云数据中填充的 child_frame_id

• positionCmd2sunray：ego-planner的规划结果以一个自定义的话题输出，需要转换为sunray控制节点中的对应的消息
  • cmd_sub_topic：需要订阅的positionCmd话题
  • control_pub_topic：转换结果发布的话题
  • control_type：控制类型 0：XyzPosYaw 1：XyzVelYaw 2：XyzPosVelYaw
  • enable_yaw：是否控制偏航角，true：无人机偏航角会进行转动 false：无人机偏航角固定不动

• goal2swarm：该节点的作用是接收rviz中的2DNav指点信息并重新赋值Z的高度，以新话题发布
  • uav_num：无人机数量，单机转态下写1即可
  • goal_type：默认选择1 订阅move_base_simple/goal话题
  • use_hight：是否自定高度，true：z=z_hight
  • z_hight：自定义目标点高度

• traj_server：将 ego_planner 输出的 B 样条轨迹转换为位置指令（position_cmd），供无人机控制器使用
  • time_forward：轨迹前瞻时间（秒），决定提前多久计算未来位置指令，影响轨迹跟踪的平滑性

接口说明

在Sunray的控制模块中通过订阅两个话题实现对无人机状态和任务的控制

• sunray/setup
  消息定义：Sunray/General_Module/sunray_common/sunray_msgs/msg/UAVSetup.msg
  消息说明：该消息用于对控制模块中的模式设置、解锁、上锁、停桨等操作，详细功能请阅读消息定义
  • 例：执行解锁
  复制代码

  rostopic pub /uav1/sunray/setup sunray_msgs/UAVSetup "header:
  seq: 0
  stamp:
     secs: 0
     nsecs: 0
     frame_id: ''
  cmd: 1
  px4_mode: ''
  control_state: ''" -1

  • 例：切换至CMD_CONTROL
  复制代码

  rostopic pub /uav1/sunray/setup sunray_msgs/UAVSetup "header:
  seq: 0
  stamp:
     secs: 0
     nsecs: 0
     frame_id: ''
  cmd: 4
  px4_mode: ''
  control_state: 'CMD_CONTROL'" -1

• sunray/uav_control_cmd
  消息定义：Sunray/General_Module/sunray_common/sunray_msgs/msg/UAVControlCMD.msg
  消息说明：该消息用于对无人机发布控制方式与对应控制项的值，详细功能请阅读消息定义
  • 例：发布位置控制
  复制代码

  rostopic pub /uav1/sunray/uav_control_cmd sunray_msgs/UAVControlCMD "header:
     seq: 0
     stamp: {secs: 0, nsecs: 0}
     frame_id: ''
  cmd: 1
  desired_pos: [1.0, 1.0, 1.0]
  desired_vel: [0.0, 0.0, 0.0]
  desired_acc: [0.0, 0.0, 0.0]
  desired_att: [0.0, 0.0, 0.0]
  desired_thrust: 0.0
  desired_yaw: 0.0
  desired_yaw_rate: 0.0
  latitude: 0.0
  longitude: 0.0
  altitude: 0.0"  -1

操作演示

以下基于仿真演示

在仿真场景中，可脱离 QGC 实现控制： 当use_rc_control参数设为false时，需通过键盘控制输入 102 先切换至 Offboard 模式，再输入 101 执行解锁操作

脚本启动前提：切换到脚本所在的根目录~/Sunray/scripts_sim下进行操作！

以下操作基于无人机已经起飞！！！

• 单个无人机EGO测试脚本（EGO地图输入来自三维激光雷达实时点云）

## 脚本启动
./sunray_uav_ego_sim.sh

• 单个无人机EGO测试脚本（EGO地图输入来自map_generator生成的全局点云）

## 脚本启动
./sunray_uav_ego_global_map_sim.sh