Ubuntu 20.04下 PX4+ROS+MAVROS+QGC+VRX 环境搭建完整版
目录
1 PX4环境搭建
1.1 下载 PX4 源码
1.2 运行 ubuntu.sh 安装所有工具链
1.3 环境配置验证
2 ROS搭建
2.1 添加ROS软件源
2.2 添加密钥
2.3 更新软件源
2.4 开始安装ros
2.5 初始化rosdep
2.6 设置环境变量
2.7 安装rosinstall
2.8 验证ros是否安装成功
3 安装MAVROS
3.1安装 MAVROS 扩展和消息包
3.2 下载并安装 geographiclib 数据集
3.3 配置和测试MAVROS
4 安装QGC
4.1 准备工作
4.2 下载QGround.AppImage
4.3 安装QGC
5 VRX环境搭建
5.1 安装前置依赖
5.2 获取源码
5.3 构建VRX仿真平台
文中涉及PX4内容的详细说明可参考官方文档教程
https://github.com/PX4/PX4-user_guide/blob/main/zh/dev_setup/dev_env_windows_wsl.md
建议在环境搭建之前修改ubuntu软件源，建议改为国内软件源，修改方法参考：
Ubuntu 20.04 修改国内软件源-CSDN博客
1 PX4环境搭建
1.1 下载 PX4 源码
git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive2024.9.25 更新
如果在git clone过程中克隆子项目出现不成功的情况，可以先克隆PX4-Autopilot代码
git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git指定版本克隆github代码，我是下载的v1.14.0版本的PX4源码
git clone -b v1.14.0 https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git再切换到PX4文件夹，再去克隆子项目
cd PX4-Autopilot git submodule update --init --recursive如果失败再继续执行 git submodule update --recursive，知道下载完成。注意此时没有--init
在该步骤中使用git远程克隆代码库可能会遇到网络不稳定等状况，需要解决网络问题，可以设置VPN，具体方法各显神通。安装过程中遇到的很多问题也基本都是由于网络连接不稳定产生的。
也可直接下载本人已经下载好的源码，如果需要最新的git提交版本，还是使用上述方法下载源码。
链接：https://pan.baidu.com/s/1TypkQKhMWOqp8Dd-oW0Z8g
提取码：px4u
下载后解压到主目录下：
unzip PX4-Autopilot.zip
1.2 运行 ubuntu.sh 安装所有工具链
下列终端命令在主目录下运行，终端输入下列命令，安装过程需要等待一会儿。
bash ./PX4-Autopilot/Tools/setup/ubuntu.sh安装完成后重启。
1.3 环境配置验证
安装完所有工具链之后，就可以开始仿真环境和固件的编译。
step1：编译环境测试，在终端输入
cd PX4-Autopilot
make px4_fmu-v3_default下面是可能出现的错误
错误1
该问题可能是网络问题，多重试几次。
step2：仿真环境测试
(注意，此处虚拟机的内存分配大小最小是4G，但是后续在编译gazebo是使用htop命令进行查看内存占用大小，内存最大占用约8G，建议允许的话内存往8G以上设置)
终端输入，运行jMAVSim仿真环境
make px4_sitl jmavsim成功编译和启动
终端输入，运行gazebo仿真环境
make px4_sitl gazebo注意：如果此处使用的是虚拟机分配了8G内存（我在实测时分配8G还不够）以下将出现下面的错误(c++: fatal error: Killed signal terminated program cc1plus)因为内存过小直接杀死cc1plus程序。
成功编译并启动
无人船仿真环境
make px4_sitl gazebo_boat
到此PX4环境已经搭建成功了！
* 这时可以给无人机发送 commander takeoff 和commander land 指令，无人机可以执行对应的起飞降落事件。
官方文档指出建议配合地面站一起执行无人机指令。这样的目的是通过远端界面控制无人机，对用户友好。
INFO
You may need to start QGroundControl before proceeding, as the default PX4 configuration requires a ground control connection before takeoff.
无人机地面站QGC的安装详见第4部分。
2 ROS搭建
下面是在ubuntu中搭建ROS的步骤。
2.1 添加ROS软件源
在搭建px4时更换了国内源应该也可以。
sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ros/ubuntu/ $DISTRIB_CODENAME main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
2.2 添加密钥
sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
添加成功后显示下面内容
2.3 更新软件源
sudo apt update
2.4 开始安装ros
完成上述软件源的配置和更新就可以开始安装ros了，我是在ubuntu20.04上安装的ros1，不同的ubuntu版本也会有不同的ros版本(melodic、noetic、kinetic)，ubuntu20.04对应的是ros-neotic。
Ubuntu 20.04 -> Noetic
Ubuntu 18.04 -> Melodic
Ubuntu 16.04 -> Kinetic
执行下面的命令
sudo apt install ros-noetic-desktop-full
更换ros源后安装过程应该会比较快，安装完成后可以再运行一次上述命令，显示下面的内容说明安装成功
2.5 初始化rosdep
sudo rosdep init如果出现下面内容说明初始化成功
在初始化过程中可能会遇到几个错误
错误1：找不到命令
按照错误提示安装即可
sudo apt install python3-rosdep2
错误2：ip地址出错
ERROR: cannot download default sources list from:https: //raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.listWebsite may be down.
输入下面命令
sudo gedit /etc/hosts
在打开的hosts文件中添加如下内容，保存退出
185.199.110.133 raw.githubusercontent.com
这个错误的原因是因为该域名对应的ip地址会变动，若上面提供的ip地址不正确那么需要自己查一下，可以通过免费ip地址查询 - 免费ip归属地查询接口查询该域名的ip地址，查询结果如下：
错误3：ERROR: default sources list file already exists: /etc/ros /rosdep/sources.list.d/20-default.listPlease delete if you wish to re-initialize
输入下面命令
sudo rm /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list
若遇到上述中的一个或几个错误，按照上述解决办法解决之后再运行 sudo rosdep init 应该就能初始化成功了。
2.6 设置环境变量
(1) 输入下列命令，注意${ROS_DISTRO}应根据你的ubuntu版本替换成melodic、noetic或kinetic，我的是neotic
echo "source /opt/ros/${ROS_DISTRO}/setup.bash" >> ~/.bashrc
ubunutu20.04替换成
echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
* 如果不小心设置的版本出错了，比如应该是neotic，但是你使用的是melodic，即使你使用了错误版本的命令，执行命令后也会显示，bash: /opt/ros/melodic/setup.bash: 没有那个文件或目录。那么可以先执行：
gedit .bashrc
打开.bashrc文件，把最后一行 source /opt/ros/melodic/setup.bash 的 melodic 改为noetic，保存退出即可。
(2) 输入下列命令，让环境变量生效
source ~/.bashrc
2.7 安装rosinstall
运行下列命令
sudo apt install python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool
2.8 验证ros是否安装成功
在终端输入roscore验证是否安装成功
roscore如果出现Resource not found: roslaunch错误，说明可能是之前的安装因为网络原因没有装完整，重复执行安装命令即可
sudo apt install ros-noetic-desktop-full
若安装成功则会显示如下界面
到此说明ros安装成功，可以在终端开启小海龟仿真器测试一下。Crtl+Alt+T开启一个新的终端，输入一下命令
rosrun turtlesim turtlesim_node
再开启一个终端，输入
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
这个时候就可以通过键盘上的上下左右键控制小海龟的移动了。
到此为止恭喜你完成了ros的安装！！！
3 安装MAVROS
MAVROS是一个ROS节点，用于在ROS系统中与无人机飞控系统进行通信。它通过将MAVLink消息转换为ROS消息，实现了ROS系统与无人机之间的数据交换和控制。MAVROS支持多种无人机硬件平台，如Pixhawk、PX4、ArduPilot等，这些平台使用MAVLink通讯协议进行数据传输。
MAVROS的安装官方文档 ROS (1) with MAVROS Installation Guide | PX4 Guide (main)，官方文档还提供源码安装(Source installation)的方式，有兴趣的可以自己了解。
接下来开始安装MAVROS
3.1安装 MAVROS 扩展和消息包
安装 ros-neotic-mavros、ros-neotic-mavros-extras、ros-neotic-mavros-msgs。
- ros-neotic-mavros 是 MAVROS 的主软件包，它是 MAVLink 到 ROS 的桥梁，允许你在 ROS 环境中使用 MAVLink 协议进行无人机或其他机器人系统的通信。
- ros-neotic-mavros-extras 是 MAVROS 的附加扩展包，包含了一些额外的插件和功能，这些功能可能不在主 MAVROS 包中。它提供了更广泛的 MAVLink 消息支持和其他实用工具。
- ros-neotic-mavros-msgs 是 MAVROS 使用的 ROS 消息定义包，包含了 MAVLink 消息的 ROS 表示。这些消息定义使得 MAVROS 可以在 ROS 网络中发布和订阅 MAVLink 消息。
打开终端，执行下面的命令，其中的 ${ROS_DISTRO}替换为你需要安装的ros版本，第二行命令就是替换为noetic的执行命令。
sudo apt-get install ros-${ROS_DISTRO}-mavros ros-${ROS_DISTRO}-mavros-extras ros-${ROS_DISTRO}-mavros-msgs
sudo apt-get install ros-noetic-mavros ros-noetic-mavros-extras ros-noetic-mavros-msgs安装过程中若出现 unable to locate package 错误，可能是由于以下几种常见原因：
(1) ROS 源列表未更新：你可能还未添加 ROS 的软件包源，或者未更新你的包列表。
(2) 输入错误：变量${ROS_DISTRO} 没有正确替换为你所使用的 ROS 发行版名称。
(3) 软件包源未设置正确：你的系统可能没有配置正确的 ROS 软件包源。
(4) 网络问题：无法连接到 ROS 软件包服务器。
3.2 下载并安装 geographiclib 数据集
GeographicLib是一个用于地理计算的库，MAVROS（MAVLink到ROS的桥）依赖于它来处理地理信息，例如坐标转换和地图数据。
执行下面的命令。第一个命令下载一个名为 install_geographicLib_datasets.sh 的脚本文件。
wget https://raw.githubusercontent.com/mavlink/mavros/master/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh
chmod a+x ./install_geographiclib_datasets.sh
sudo bash ./install_geographiclib_datasets.sh执行两条命令成功的显示分别如下：
到此，MAVROS的安装就成功了！！！
3.3 配置和测试MAVROS
安装完成后，需要对Mavros进行配置以使其与你的无人机和地面站进行通信。这通常涉及到编辑配置文件和设置环境变量。具体步骤将取决于你的无人机型号和地面站软件。
同样的，测试MAVROS可以参考官方文档提供的测试用例。具体的测试步骤和运行测试用例后续也会通过博客记录下来。
4 安装QGC
QGC 是 PX4 的地面控制站，是 PX4 无人控制系统不可分割的一部分，可以运行在Windows，OS X或Linux等多个平台。使用QGC，可以将PX4固件烧写到硬件，设置机器，改变不同的参数，获得实时航班信息，创建和执行完全自主的任务。QGC通过MAVLink消息格式与飞行控制端进行通信。
QGC地面站具备 ①刷固件，②初始设置，③电调校准，④飞控参数调节，⑤监控飞控状态，⑥航点任务上传，⑦日志下载等功能，并且QGC是一个完全开源的项目，可在其基础上进行二次开发。
下面是在ubuntu20.04上安装QGC(QGroundControl)地面站的详细步骤。
4.1 准备工作
打开终端，运行下列命令
# 将当前用户（${USER}）添加到 dialout 组中,dialout 组通常有权访问串行端口设备（如 /dev/ttyUSB0）
sudo usermod -a -G dialout $USER
# 移除 modemmanager 包,modemmanager 可能会干扰串行连接,因为它会自动尝试管理连接到系统的串行设备
sudo apt-get remove modemmanager -y
# 安装 GStreamer 的一些插件和库。GStreamer 是一个多媒体框架，QGC 使用它来处理视频流。
sudo apt install gstreamer1.0-plugins-bad gstreamer1.0-libav gstreamer1.0-gl -y
sudo apt install libfuse2 -y
sudo apt install libxcb-xinerama0 libxkbcommon-x11-0 libxcb-cursor-dev -y4.2 下载QGround.AppImage
在官网下载QGround.AppImage，可以下载后上传ubuntu系统，或直接在ubuntu上下载。
4.3 安装QGC
chmod +x ./QGroundControl.AppImage
./QGroundControl.AppImage安装成功并运行如下图所示
到此为止QGC已经安装成功了！！！
在第1部分提到运行gazebo或jMAVSim需要配合QGC来对无人机收发指令，那么同时运行QGC和gazebo/jMAVSim，并通过终端发送 commander takeoff 和 commander land 命令可以看到仿真环境中无人机执行了起飞和降落的操作。
现在QGC安装成功后可以通过QGC界面的 takeoff 和 land 按钮给仿真环境中的无人机发送MAVLink消息，从而控制无人机起飞和降落。
5 VRX环境搭建
VRX (Virtual RobotX) 是由 Open Source Robotics Foundation (OSRF) 和 RoboNation 共同开发的一个基于 Gazebo 仿真器 的水上机器人竞赛仿真平台。它模拟了水上环境中的机器人任务，旨在为 RoboNation 旗下的 RobotX 竞赛 提供一个虚拟的竞赛环境，用于团队开发和测试自主导航、探测和控制算法。
下面是VRX的搭建步骤。
5.1 安装前置依赖
sudo apt update
sudo apt full-upgrade
sudo apt install -y build-essential cmake cppcheck curl git gnupg libeigen3-dev libgles2-mesa-dev lsb-release pkg-config protobuf-compiler qtbase5-dev python3-dbg python3-pip python3-venv ruby software-properties-common wget
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list'
wget http://packages.osrfoundation.org/gazebo.key -O - | sudo apt-key add -
sudo apt update
DIST=noetic
GAZ=gazebo11
sudo apt install ${GAZ} lib${GAZ}-dev ros-${DIST}-gazebo-plugins ros-${DIST}-gazebo-ros ros-${DIST}-hector-gazebo-plugins ros-${DIST}-joy ros-${DIST}-joy-teleop ros-${DIST}-key-teleop ros-${DIST}-robot-localization ros-${DIST}-robot-state-publisher ros-${DIST}-joint-state-publisher ros-${DIST}-rviz ros-${DIST}-ros-base ros-${DIST}-teleop-tools ros-${DIST}-teleop-twist-keyboard ros-${DIST}-velodyne-simulator ros-${DIST}-xacro ros-${DIST}-rqt ros-${DIST}-rqt-common-plugins5.2 获取源码
mkdir -p ~/vrx_ws/src
cd ~/vrx_ws/src
git clone https://github.com/osrf/vrx -b gazebo_classic
5.3 构建VRX仿真平台
step1: build
加载 ROS Noetic 环境，并编译 ROS 工作空间中的所有包，包括刚刚克隆的 VRX 仿真平台代码。catkin_make 是 ROS 的构建工具，确保所有依赖都被正确编译和链接。
source /opt/ros/noetic/setup.bash
cd ~/vrx_ws
catkin_make
step2: run
# 加载新构建的工作空间环境,使得系统能够找到新编译的VRX包和节点
source ~/vrx_ws/devel/setup.bash
# 启动VRX仿真环境,vrx.launch是启动文件,会启动Gazebo仿真器和相关的ROS节点,并加载VRX场景和模型
roslaunch vrx_gazebo vrx.launch
运行如图所示：
到这里就已经全部安装完成了！
文中可能并没有覆盖到所有安装过程中可能会出现的问题，大家可以在评论区留言一起解决！祝大家安装顺利！
作者：miiiiiiss--un-non
本人博客：https://blog.csdn.net/NowJzy
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