apm固件启用offboard 模式

Question

无人机需要从东北地天坐标系变成机体坐标系，但是guided模式有限制必须切换到off board模式，尝试了很多办法在虚拟机中都不能实现，由于我们是apm固件网上找不到详细教程，还请有人可以帮我一下

Answer 1

下午好🌅🌅🌅
本答案参考通义千问

你提到的问题是关于 ArduPilot（APM固件） 在 Offboard 模式 下的使用，以及如何将无人机从 东北天坐标系（ENU） 转换为 机体坐标系（Body Frame）。这是许多开发者在使用 PX4 或 ArduPilot 时会遇到的问题，尤其是在尝试实现自主控制或与 ROS、MAVROS 等系统集成时。

---

✅ 问题总结

1. 无法进入 Offboard 模式：尽管尝试了多种方法，但始终无法成功切换到 Offboard 模式。
2. 坐标系转换问题：需要将 ENU 坐标系下的控制指令转换为机体坐标系。
3. 没有详细教程：由于 APM 固件相对老旧，网上资料较少，导致开发困难。

---

🧠 解决方案详解

一、确保正确配置并启用 Offboard 模式

1.1 使用 MAVLink 工具检查飞行模式

• 使用 QGroundControl 或 MAVROS 连接飞控。
• 检查当前飞行模式是否为 Guided 或 Offboard。
• 如果不能切换，可能是以下原因：

1.2 配置参数设置

• ARMING_REQUIRE_GPS：设为 0，允许无 GPS 时启动。
• RC_CHANNELS_OVERRIDE：用于手动控制，但在 Offboard 中应关闭。
• OFFBOARD_ENABLE：设置为 1，启用 Offboard 模式支持。

重要提示：某些版本的 APM 固件中可能没有直接的 OFFBOARD_ENABLE 参数，需通过代码修改或使用 MAVROS 的 set_mode API 实现。

1.3 使用 MAVROS 设置 Offboard 模式

如果你使用的是 ROS + MAVROS，可以通过如下代码设置 Offboard 模式：

import rospy
from mavros_msgs.srv import SetMode

def set_offboard_mode():
    rospy.wait_for_service('/mavros/set_mode')
    try:
        set_mode = rospy.ServiceProxy('/mavros/set_mode', SetMode)
        resp = set_mode(base_mode=0, custom_mode="OFFBOARD")
        if resp.mode_sent:
            print("Switch to OFFBOARD mode successful.")
        else:
            print("Failed to switch to OFFBOARD mode.")
    except Exception as e:
        print("Service call failed: %s" % e)

if __name__ == "__main__":
    set_offboard_mode()

注意：确保已正确连接 MAVROS，并且 /mavros/set_mode 服务可用。

---

二、坐标系转换：ENU → Body Frame

2.1 理解坐标系差异

| 坐标系 | 定义 | |--------|------| | ENU（East-North-Up） | 地面参考系，以东、北、上为方向。 | | Body Frame | 机体坐标系，以无人机的前后左右为方向。 |

2.2 转换方法（基于四元数）

你需要将 ENU 控制指令（如速度、位置）转换为机体坐标系下的控制指令。

2.2.1 使用四元数进行旋转

假设你有 ENU 中的速度向量 $ V_{enu} $，要将其转换为机体坐标系下的速度 $ V_{body} $，可以使用以下公式：

$$ V_{body} = R^T \cdot V_{enu} $$

其中 $ R $ 是从机体到 ENU 的旋转矩阵（由四元数计算得到）。

2.2.2 Python 示例代码（使用 pyquaternion 库）

from pyquaternion import Quaternion

# 假设你已经获取了四元数（来自 IMU 或 EKF）
quat = Quaternion(w, x, y, z)  # w, x, y, z 为四元数的四个分量

# ENU 中的速度向量 (vx_enu, vy_enu, vz_enu)
v_enu = [1.0, 0.5, 0.0]

# 将四元数转换为旋转矩阵
R = quat.transformation_matrix[:3, :3]  # 取前 3x3 作为旋转矩阵

# 转换为机体坐标系
v_body = R.T @ v_enu  # R 的转置（即逆矩阵）

print("Body frame velocity:", v_body)

重要提示：在实际应用中，建议使用 MAVROS 提供的 mavros_msgs/PositionTarget 或 mavros_msgs/VelocityTarget 消息，它们可以直接处理 ENU 和 Body Frame 的转换。

---

三、调试建议

3.1 检查通信状态

• 确保 MAVLink 通信正常，包括：
  • 心跳包（Heartbeat）正常
  • 姿态信息（ATTITUDE）和 位置信息（GLOBAL_POSITION_INT）能被接收

3.2 使用 QGroundControl 监控

• 打开 QGroundControl，查看：
  • Flight Mode
  • Position and Attitude
  • MAVLink Inspector 查看消息内容

3.3 使用 ROS 话题监控

• 使用 rostopic echo /mavros/state 查看飞行模式
• 使用 rostopic echo /mavros/local_position/pose 获取姿态信息

---

✅ 总结

| 步骤 | 内容 | |------|------| | 1 | 使用 MAVROS 设置 Offboard 模式 | | 2 | 通过四元数将 ENU 转换为 Body Frame | | 3 | 检查通信状态与飞行模式 | | 4 | 使用 QGroundControl 或 ROS 工具调试 |

---

🛠️ 最终建议

如果你正在使用 APM 固件，建议考虑升级到 PX4 或 ArduPilot 的最新版本，因为 APM 已逐渐被弃用，而 PX4 对 Offboard 模式的支持更完善、文档也更丰富。

---

如需进一步帮助，请提供以下信息：

• 使用的飞控型号（如 Pixhawk 2.1）
• APM 固件版本
• 是否使用 ROS 或其他框架
• 具体的错误日志或现象描述

我可以为你定制更详细的解决方案！