mirror of
https://gitee.com/mirrors_PX4/PX4-Autopilot.git
synced 2026-04-14 10:07:39 +08:00
168 lines
20 KiB
Markdown
168 lines
20 KiB
Markdown
# Візуальна інерціальна оцінка положення (VIO)
|
||
|
||
_Візуальна інерціальна одометрія_ (VIO) — це техніка [комп’ютерного бачення](../computer_vision/index.md), яка використовується для оцінки тривимірної _пози_ (локального положення та орієнтації) і _швидкості_ транспортного засобу, що рухається, відносно _локальної_ вихідної позиції.
|
||
Він зазвичай використовується для навігації транспортного засобу в ситуаціях, коли GPS відсутній або ненадійний (наприклад, у приміщенні або під час прольоту під мостом).
|
||
|
||
VIO використовує [Візуальну одометрію](https://en.wikipedia.org/wiki/Visual_odometry) для оцінки _позиції_ транспортного засобу на основі зображень із камери в поєднанні з інерційними вимірюваннями з IMU транспортного засобу (щоб виправити помилки, пов’язані зі швидким рухом транспортного засобу, що призводить до поганого захоплення зображення).
|
||
|
||
Ця тема надає керівництво щодо налаштування PX4 та супутнього комп'ютера для налаштування VIO.
|
||
|
||
:::info
|
||
Рекомендоване налаштування використовує ROS для передачі інформації VIO до PX4.
|
||
Однак сам PX4 не цікавиться джерелом повідомлень, якщо вони надаються через відповідний [інтерфейс MAVLink](../ros/external_position_estimation.md#px4-mavlink-integration).
|
||
:::
|
||
|
||
## Рекомендована настройка
|
||
|
||
Апаратна та програмна настройка для VIO запропонована в розділах нижче як ілюстрація того, як підключити систему VIO до PX4. Вона використовує готову систему відстеження камери та супутній комп'ютер, що працює під керуванням ROS.
|
||
ROS використовується для зчитування інформації про одометрію з камери та подачі її до PX4.
|
||
|
||
Прикладом підходящої відстежуючої камери є камера відстеження [Intel® RealSense™ T265](../peripherals/camera_t265_vio.md).
|
||
|
||
### Встановлення камери
|
||
|
||
Прикріпіть камеру до супутнього комп'ютера та закріпіть її на рамі:
|
||
|
||
- Прикріпіть камеру з лінзами, спрямованими вниз, якщо це можливо (за замовчуванням).
|
||
- Камери зазвичай дуже чутливі до вібрацій; рекомендується використовувати м'яке кріплення (наприклад, за допомогою віброізоляційної піни).
|
||
|
||
### Налаштування комп'ютера компаньйона
|
||
|
||
Для налаштування ROS та PX4:
|
||
|
||
- На комп'ютері-супутнику встановіть та налаштуйте [MAVROS](../ros/mavros_installation.md).
|
||
|
||
- Реалізуйте та запустіть вузол ROS для зчитування даних з камери та публікації відомостей VIO за допомогою MAVROS.
|
||
- Дивіться розділ нижче про вузол [ROS VIO](#vio_ros_node) для подробиць щодо вимог до цього вузла.
|
||
|
||
- Слідуйте інструкціям [нижче](#ekf2_tuning) для налаштування оцінювача EKF2 в PX4.
|
||
|
||
- Перевірте підключення до керуючого контролера.
|
||
|
||
Ви можете використовувати _QGroundControl_ [MAVLink Inspector](https://docs.qgroundcontrol.com/master/en/qgc-user-guide/analyze_view/mavlink_inspector.html), щоб переконатися, що ви отримуєте повідомлення `ODOMETRY` або `VISION_POSITION_ESTIMATE` (або перевірити наявність Повідомлення `HEARTBEAT`, які мають ідентифікатор компонента 197 (`MAV_COMP_ID_VISUAL_INERTIAL_ODOMETRY`)).
|
||
|
||
:::
|
||
|
||
- [Перевірте, чи VIO налаштовано правильно](#verify_estimate) перед першим польотом!
|
||
|
||
### ROS VIO node {#vio_ros_node}
|
||
|
||
У цьому рекомендованому налаштуванні ROS вузла VIO потрібно
|
||
|
||
1. інтерфейс з обраною апаратурою камери або сенсора,
|
||
2. створити повідомлення відомостей, що містять оцінку позиції, які будуть надіслані до PX4 за допомогою MAVROS, та
|
||
3. публікувати повідомлення для вказівки стану системи VIO.
|
||
|
||
Реалізація вузла ROS буде конкретною для використовуваної камери і буде потребувати розробки для використання відповідного інтерфейсу та драйверів для камери.
|
||
|
||
The odometry messages should be of the type [`nav_msgs/Odometry`](https://docs.ros.org/en/noetic/api/nav_msgs/html/msg/Odometry.html) and published to the topic `/mavros/odometry/out`.
|
||
|
||
Повідомлення відомостей повинні бути типу [`nav_msgs/Odometry`](http://docs.ros.org/en/noetic/api/nav_msgs/html/msg/Odometry.html) та публікуватися на темі `/mavros/odometry/out`.
|
||
Вони повинні ідентифікувати компонент як `MAV_COMP_ID_VISUAL_INERTIAL_ODOMETRY` (197) та вказувати `стан системи`. Рекомендовані значення статусу:
|
||
|
||
- `MAV_STATE_ACTIVE` коли система VIO працює як очікувалося,
|
||
- `MAV_STATE_CRITICAL` коли система VIO працює, але з низькою впевненістю, та
|
||
- `MAV_STATE_FLIGHT_TERMINATION` коли система зазнала відмови або впевненість в оцінці неприйнятно низька.
|
||
|
||
### PX4 Tuning {#ekf2_tuning}
|
||
|
||
Наступні параметри повинні бути задані для використання зовнішньої позиції з EKF2.
|
||
|
||
| Параметр | Налаштування для Зовнішньої Оцінки Положення |
|
||
| ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
|
||
| [EKF2_EV_CTRL](../advanced_config/parameter_reference.md#EKF2_EV_CTRL) | Встановіть _горизонтальне об'єднання позиції_, _вертикальне об'єднання позиції_, _об'єднання швидкості_ та _об'єднання кута_ курсу згідно з вашою бажаною моделлю об'єднання. |
|
||
| [EKF2_HGT_REF](../advanced_config/parameter_reference.md#EKF2_HGT_REF) | Set to _Vision_ to use the vision as the reference sensor for altitude estimation. |
|
||
| [EKF2_EV_DELAY](../advanced_config/parameter_reference.md#EKF2_EV_DELAY) | Встановіть різницю між міткою часу вимірювання та "фактичним" часом захоплення. Для отримання додаткової інформації див. [нижче](#tuning-EKF2_EV_DELAY). |
|
||
| [EKF2_EV_POS_X](../advanced_config/parameter_reference.md#EKF2_EV_POS_X), [EKF2_EV_POS_Y](../advanced_config/parameter_reference.md#EKF2_EV_POS_Y), [EKF2_EV_POS_Z](../advanced_config/parameter_reference.md#EKF2_EV_POS_Z) | Встановіть положення візуального датчика відносно корпусу транспортного засобу. |
|
||
|
||
Їх можна встановити в _QGroundControl_ > **Налаштування автомобіля > Параметри > EKF2** (не забудьте перезавантажити контролер польоту, щоб зміни параметрів набули чинності).
|
||
|
||
For more detailed/additional information, see: [Using PX4's Navigation Filter (EKF2) > External Vision System](../advanced_config/tuning_the_ecl_ekf.md#external-vision-system).
|
||
|
||
#### Tuning EKF2_EV_DELAY {#tuning-EKF2_EV_DELAY}
|
||
|
||
[EKF2_EV_DELAY](../advanced_config/parameter_reference.md#EKF2_EV_DELAY) - це _затримка оцінювача позиції за допомогою візійної системи відносно вимірювань_.
|
||
Іншими словами, це різниця між міткою часу візійної системи та "фактичним" часом захоплення, який був би записаний годинником IMU (тобто "базовий годинник" для EKF2).
|
||
|
||
Технічно це може бути встановлено на 0, якщо є правильне відміткове (не тільки час прибуття) та синхронізація часу (наприклад, за допомогою NTP) між MoCap та (наприклад) комп'ютерами ROS.
|
||
На практиці це може потребувати емпіричного налаштування, оскільки затримки в ланцюгу зв'язку дуже специфічні для конкретного обладнання.
|
||
Рідко коли система налаштована з повністю синхронізованим ланцюгом!
|
||
|
||
Приблизна оцінка затримки може бути отримана з журналів, перевіряючи зсув між частотами IMU та частотами EV:
|
||
|
||
|
||
|
||
:::info
|
||
Графік зовнішніх даних проти вбудованої оцінки (як вище) може бути створений за допомогою [FlightPlot](../log/flight_log_analysis.md#flightplot) або подібних засобів аналізу польоту.
|
||
:::
|
||
|
||
Значення можна додатково налаштувати, змінюючи параметр, щоб знайти значення, яке дає найнижчі інновації EKF під час динамічних маневрів.
|
||
|
||
## Check/Verify VIO Estimate {#verify_estimate}
|
||
|
||
:::info
|
||
Параметр [MAV_ODOM_LP](../advanced_config/parameter_reference.md#MAV_ODOM_LP), згаданий нижче, був вилучений у PX4 v1.14.
|
||
Цей розділ потрібно оновити. <!-- https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/pull/20501#issuecomment-1993788815 -->
|
||
:::
|
||
|
||
Виконайте наступні перевірки, щоб переконатися, що VIO працює належним чином _перед_ першим польотом:
|
||
|
||
- Встановіть параметр PX4 `MAV_ODOM_LP` на `1`.
|
||
Встановіть параметр PX4 `MAV_ODOM_LP` на `1`.
|
||
Після цього PX4 буде передавати отриману зовнішню позицію у вигляді повідомлень MAVLink [ODOMETRY](https://mavlink.io/en/messages/common.html#ODOMETRY).
|
||
Ви можете перевірити ці повідомлення MAVLink за допомогою [інспектора MAVLink](https://docs.qgroundcontrol.com/master/en/qgc-user-guide/analyze_view/mavlink_inspector.html) в _QGroundControl_
|
||
- Поверніть літак так, щоб кватерніон повідомлення `ODOMETRY` був дуже близьким до одиничного кватерніону (w=1, x=y=z=0).
|
||
- На цьому етапі корпус виробу зорієнтований у відповідності з ориєнтацією відносно зовнішньої системи координат.
|
||
- Якщо вам не вдається отримати кватерніон, близький до одиничного, без обертання або нахилу вашого літака, це, ймовірно, означає, що ваша рама все ще має зміщення нахилу або кочування.
|
||
У цьому випадку не продовжуйте і перевірте знову свої координатні рамки.
|
||
- Після зорієнтування ви можете підняти літак з землі, і ви маєте бачити, як координата z позиції зменшується.
|
||
Переміщення літака вперед повинно збільшувати координату x позиції, а переміщення вправо - збільшувати координату y.
|
||
Переміщення засобу праворуч повинно збільшити координату Y.
|
||
- Перевірте, що лінійні швидкості у повідомленні виражені в описаній відносно корпусу _FRD_ відліковій системі.
|
||
- Встановіть параметр PX4 `MAV_ODOM_LP` назад на 0.
|
||
PX4 припинить передавати повідомлення `ODOMETRY` назад.
|
||
|
||
Якщо ці кроки є послідовними, ви можете спробувати свій перший польот:
|
||
|
||
1. Покладіть літак на землю і почніть передавати зворотний зв'язок `ODOMETRY` (як вище).
|
||
Потягніть палицю газу вниз і зберметизуйте двигуни.
|
||
|
||
На цьому етапі, зліва палиця на найнижчому положенні, перейдіть у режим позиціонного контролю.
|
||
Ви повинні побачити зелену лампочку.
|
||
Зелена лампочка свідчить про те, що доступний зворотний зв'язок позиції, і позиційний контроль активований.
|
||
|
||
2. Покладіть палицю газу в середину (мертву зону), щоб літак підтримував свою висоту.
|
||
Підняття палиці збільшить висоту посилки, тоді як зниження значення зменшить її.
|
||
Так само, інша палиця змінить положення над землею.
|
||
|
||
3. Збільшуйте значення перемикача газу, і літак злетить. Відразу після цього поверніть його в середину.
|
||
|
||
4. Переконайтеся, що літак може утримувати свою позицію.
|
||
|
||
## Усунення проблем
|
||
|
||
Спочатку переконайтеся, що MAVROS успішно підключається до автопілота.
|
||
|
||
Якщо підключення відбувається належним чином, можливі проблеми/рішення:
|
||
|
||
- **Проблема:** У мене виникає дрейф / відліт дрона, коли він літає, але не коли я несу його без пропелерів.
|
||
- Якщо використовуєте [T265](../peripherals/camera_t265_vio.md), спробуйте його м'яко кріпити (ця камера дуже чутлива до високочастотних вібрацій).
|
||
|
||
- **Проблема:** У мене виникає "туалетний боулінг", коли ввімкнено VIO.
|
||
- Переконайтеся, що орієнтація камери відповідає трансформації в запущеному файлі.
|
||
Використовуйте [Інспектор MAVLink](https://docs.qgroundcontrol.com/master/en/qgc-user-guide/analyze_view/mavlink_inspector.html) _QGroundControl_, щоб перевірити, що швидкості в повідомленні `ODOMETRY`, що надходить від MAVROS, вирівнані з системою координат FRD.
|
||
|
||
- **Проблема:** Я хочу використовувати позицію зору для замикання петель, і також хочу запустити GPS.
|
||
- Це дійсно складно, оскільки коли вони не збігаються, це збентежить EKF.
|
||
За результатами тестування, надійніше використовувати візійну швидкість (якщо ви знайдете спосіб зробити цю конфігурацію надійною, дайте нам знати).
|
||
|
||
## Інформація для розробників
|
||
|
||
Розробники, які зацікавлені в розширенні цієї реалізації (або написанні іншої, яка може не залежати від ROS), повинні подивитися [використання візійних або систем відстеження руху для оцінки позиції.](../ros/external_position_estimation.md).
|
||
|
||
Ця тема також пояснює, як налаштувати VIO для використання з оцінювачем LPE (застарілим).
|
||
|
||
## Подальша інформація
|
||
|
||
- [Using PX4's Navigation Filter (EKF2) > External Vision System](../advanced_config/tuning_the_ecl_ekf.md#external-vision-system)
|