室内无人机自主飞行控制系统

目标

围绕室内无人机自主飞行建立从 ROS 2 控制节点、PX4 Offboard 模式、Gazebo 仿真到真机联调的可复用开发与排障流程。

本人职责

• 使用 ROS 2 C++ 编写和维护功能包，组织节点、Topic、参数与 launch 启动流程。
• 完成 PX4、MAVLink、px4_msgs、Gazebo 和 QGroundControl 的环境配置与链路联调。
• 针对依赖缺失、编译失败、话题无数据和模式切换异常进行日志分析与命令行排查。

系统架构

1. ROS 2 节点订阅飞控状态和任务相关数据。
2. 控制节点按照 Offboard 要求持续发布控制模式与设定值。
3. px4_msgs 与 MAVLink 链路将 ROS 2 指令传递给 PX4。
4. Gazebo 用于仿真验证，QGroundControl 用于飞控状态、模式和参数检查。
5. 真机阶段通过飞控与 STM32 等嵌入式模块完成系统接入和调试。

硬件与软件环境

• **硬件：**无人机平台、飞控、STM32。
• **机器人软件：**ROS 2 Foxy、PX4、px4_msgs、Gazebo、QGroundControl。
• **开发环境：**Linux、C++、ament_cmake、colcon、Git。

关键实现

• 使用 ament_cmake/colcon 管理 ROS 2 工程构建和依赖。
• 通过 Topic 完成飞控状态订阅、控制指令发布和节点间数据流转。
• 使用 launch 文件统一管理节点启动和参数配置。
• 围绕 PX4 Offboard 流程检查控制模式、设定值发布频率、飞控状态和 MAVLink 通信链路。

问题与排查

• 对依赖缺失和编译失败，结合构建日志、包依赖和工作空间环境逐项定位。
• 对话题无数据，检查节点状态、Topic 名称、消息类型、QoS 和桥接链路。
• 对 Offboard 模式无法进入或保持，检查设定值发布、飞控解锁条件、模式参数和 QGroundControl 状态。
• 将排查步骤整理为“仿真验证—参数配置—通信检查—真机排障”的顺序，减少跨层问题定位成本。

测试方法

• 使用 colcon 完成功能包构建并确认节点可启动。
• 在 Gazebo 中检查仿真模型、飞控状态和控制链路。
• 使用 ROS 2 命令行工具检查节点、Topic、频率和消息内容。
• 使用 QGroundControl 检查 PX4 模式、参数和连接状态。

验证结果

• 已完成 ROS 2 功能包编译和基础仿真环境搭建。
• 已完成飞控接入、状态订阅、指令发布和 Offboard 调试流程的阶段性验证。
• 已形成覆盖构建、仿真、参数、通信和模式切换的可复用排障链路。

当前限制

• 当前公开材料没有完整的真机自主飞行测试条件、任务成功率和稳定运行数据。
• 因此项目页只陈述已验证的构建、仿真、飞控接入和调试流程，不扩展为未被证据支持的飞行成果。
• ROS 2 Foxy 与 Gazebo Classic 已结束官方支持。它们在此作为已验证项目环境记录保留，不代表新项目的推荐版本；新环境需按 PX4 与 ROS 2 官方兼容矩阵重新选择。

下一步

• 明确真机测试场景、任务流程和安全边界。
• 记录飞行成功率、模式切换异常、通信状态和恢复过程。
• 整理可公开的视频、飞行日志和系统照片后补充量化结果。