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从 ROS 2 发飞行指令

需要：uBotROS 0.1.2 及以上 0.1.x（含依赖 uBotCore、uBotSensor）

用 uBot ROS Attitude Command 和 uBot ROS Motor Command 接收 ROS 2 的姿态、角速度和电机指令，交给 UE 里的无人机，用来研究飞控。

快速用法

Section titled “快速用法”

两个组件和 接收 cmd_vel 的速度指令组件用法相同：每收到一条有效指令就触发事件，没有现成的执行器时也可以直接在蓝图里处理：

连线：

  1. On Attitude Command (AttitudeCmd) 的 执行，连到 Print String 的 执行
  2. On Attitude Command (AttitudeCmd) 的 Command，连到 Break UBot Attitude Command 的 UBot Attitude Command
  3. Break UBot Attitude Command 的 Normalized Thrust，连到 To String (Float) 的 In Double
  4. To String (Float) 的 Return Value，连到 Print String 的 In String
每收到一条姿态或角速度指令，在屏幕上显示它的推力（0 到 1）
  1. 指令已经换算成 UE 的轴向。Use Thrust 为 false 时，推力无意义，由无人机自己保持高度。

步骤

Section titled “步骤”

  1. 装 ROS 2 端的消息包

    桥在订阅时才加载消息类型，所以只用其中一个组件时，只需要装对应的消息包：ros-humble-mavros-msgs（姿态和角速度）或 ros-humble-actuator-msgs（单电机）。两个都用：sudo apt install ros-humble-mavros-msgs ros-humble-actuator-msgs。

  2. 添加组件

    在无人机的蓝图上点「Components」面板的「Add」，搜索 uBot ROS Attitude Command（姿态和角速度）或 uBot ROS Motor Command（单电机），可以两个都加。属性在「Details」面板的「U Bot > ROS > Command」下：

    复制出来的示例无人机加了 ROSAttitudeCommand 和 ROSMotorCommand 两个组件，选中前者，Details 面板里 U Bot 的 ROS 下是 Command 分类的各项属性

  3. 确定话题

    默认话题是 /<namespace>/cmd_attitude（mavros_msgs/msg/AttitudeTarget）和 /<namespace>/cmd_motors（actuator_msgs/msg/Actuators）。命名空间取自 uBot Identity，规则与 接收 cmd_vel 相同。

  4. 确定谁来执行指令

    目标是实现了 uBotCore 姿态或电机指令接口的对象，例如 uBotAerial 的 uBot Multirotor Dynamics，见 物理无人机的指令与控制模式。Target Component 为空时自动查找。

  5. 从 ROS 2 发指令

    终端窗口
    # 姿态：ROS 世界系下的绝对姿态，机头指向 +y（向左），推力 60%
    ros2 topic pub -r 50 /drone/cmd_attitude mavros_msgs/msg/AttitudeTarget "{orientation: {z: 0.7071068, w: 0.7071068}, thrust: 0.6}"
    # 角速度：绕 z 轴 1 rad/s（向左偏航），不给推力（保持高度）
    ros2 topic pub -r 50 /drone/cmd_attitude mavros_msgs/msg/AttitudeTarget "{type_mask: 192, body_rate: {z: 1.0}}"
    # 四个电机的转速（rad/s）
    ros2 topic pub -r 100 /drone/cmd_motors actuator_msgs/msg/Actuators "{velocity: [800.0, 800.0, 800.0, 800.0]}"

    命令里的 drone 换成你的命名空间。

关键属性

Section titled “关键属性”

两个组件共有的 5 个属性（来自 uBot ROS Command Receiver）与速度指令组件相同。速度指令组件另有 Max Linear Speed Meters Per Second 和 Max Angular Speed Radians Per Second 两个限速，这两个组件没有：

属性 默认值 作用
Auto Start Receiver true Begin Play 时订阅
Robot Namespace Override 空 空则用 uBot Identity 的命名空间
Command Topic Override 空 非空时替代默认话题
Target Component 空 接收指令的组件；空则自动查找
Command Timeout Seconds 0.5 s 超过这么久（仿真时间）没有新指令，就释放指令；0 关闭超时

选中 ROSMotorCommand 时的 Details 面板：U Bot 的 ROS 下 Command 分类里的属性与姿态指令组件相同

输出与事件

Section titled “输出与事件”

消息如何转换

Section titled “消息如何转换”

AttitudeTarget 由 type_mask 决定是姿态指令还是角速度指令：

type_mask 结果
不含 IGNORE_ATTITUDE（128） 姿态指令：orientation（ROS 世界系）换算成 UE 的姿态；body_rate 不使用
含 IGNORE_ATTITUDE 角速度指令：body_rate（FLU）换算成 UE 的角速度；带 IGNORE_ROLL_RATE（1）、IGNORE_PITCH_RATE（2）、IGNORE_YAW_RATE（4）的轴为 0
不含 IGNORE_THRUST（64） thrust（飞行器最大总推力的比例）截到 0 到 1 后使用
含 IGNORE_THRUST 不给推力，无人机自己保持高度

Actuators 的换算：velocity[] 有值时按电机转速（rad/s，负值按 0），否则用 normalized[]（截到 0 到 1）；position[] 不使用。值的个数与目标的电机数（Get Motor Count）不同时不下发，触发 On Command Error。

ROS 世界系和机体系（FLU）到 UE 轴向的换算见 坐标与单位。

节点和事件

Section titled “节点和事件”
节点 作用
On Attitude Command / On Body Rate Command 每条有效的姿态或角速度指令换算后触发，Command 是结果
On Motor Command 每条有效的电机指令换算后触发
On Command Timeout 每次超时触发一次，在目标收到释放之后
On Command Error 订阅失败、消息畸形、个数不符或目标不可用；Error Message 是原因
Get Last Attitude Command / Get Last Body Rate Command / Get Last Motor Command 最近一条有效指令
Set Target Component 用一个组件直接替换 Target Component；传空则恢复自动查找

超时与安全

Section titled “超时与安全”

超过 Command Timeout Seconds 没有新指令时，目标收到一次 Release Attitude Command 或 Release Motor Command，由无人机自己兜底。uBotAerial 的物理无人机默认刹车悬停，见 物理无人机的指令与控制模式。End Play 时指令仍然有效也会释放。

连线：

  1. On Command Timeout (AttitudeCmd) 的 执行，连到 Print String 的 执行
  2. On Command Error (AttitudeCmd) 的 执行，连到 Print String 的 执行
  3. On Command Error (AttitudeCmd) 的 Error Message，连到 Print String 的 In String
超时释放后，或指令出错时提示

注意事项

Section titled “注意事项”
  • 订阅的 QoS 是 best_effort / volatile / 深度 10，ros2 topic pub 默认的 reliable 发布者可以直接用。
  • ROS 2 端要持续发布：发布间隔超过 Command Timeout Seconds，指令就被释放。上面的例子用 -r 50 和 -r 100。
  • 这两个组件不含控制逻辑，只换算消息。飞控在无人机一侧（内置或 自己写）。

相关参考

Section titled “相关参考”