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XI35 装机全过程

本篇记录 XI35 机体的组装过程，以及飞控、ORIN的配置，最终实现 fast-drone-250 的过程。

所有的 配件型号 及 相关资料 可在 配件型号采购表 中找到。

总重 540g -> 780g（安装了相机和orin）

目录：

1 机体安装步骤

1.1 整体流程

  • 将电机安装到机架上，使用四个M2*6，注意机架的上下面，孔位有凹槽的为上面

  • 穿电池绑带

  • 将M3转M2橡胶减震柱穿过电驱和飞控的四角安装孔（技巧：橡皮筋技巧）

  • 使用M2*20安装电驱，8pin接口朝机头，接口贴着机架

  • 电机线修修剪（用剥线钳），焊接(加松香)；电源线和滤波电容焊接

  • 连接飞控（见下面QCG版本问题），连接电池，更改电机序号映射和转向

  • 连接接收机（遥传一体模块中靠近LED的是RC接口）到飞控的 RC 端口，数传（遥传一体模块中的另一个接口）到 TELEM1 端口，GPS模块连接 到 GPS 端口

  • 线穿过镂空部分把这几个模块都放到机架顶部

  • （略）M2*12固定摄像头座，M2*16固定图传天空端

  • M3*6安装前六个铝柱的上部，第七个在尾部的立柱先不装（b站视频说错了，应该看三维动图）

  • （略）M2*12安装配重打印件

  • 3d打印天线座安装，大的套在机架尾部，小的套在涵道圈，打印件有弹性，孔偏小，需要M3螺丝旋转 着才能穿过

  • 把各个数据线的飞控端都装上（tele2（连接到orin的），gps，接收机）

  • 机架，七个铝柱，涵道圈，菱形底架，从上至下叠起来后从下往上安装M3*14

  • 调试完成后安装桨叶，使用M2*10安装

  • 打印相机和orin的安装连接件，使用M2*>=8的螺丝将其固定到机架上，螺母锁上

  • 安装orin：orin载板安装孔是M3，若使用M2立柱，导致只能用M2螺丝，螺帽太小会穿过，因此要在螺丝上加两个螺母
    • 或者直接使用 M3*>=25 立柱
    • 先将螺丝都穿过打印件后，再将其安装到机架上，降低安装难度

  • 安装 d435，使用 M6 螺丝

  • 飞控上的 uart4（/dev/ttyS3） 连接到 ORIN 的 uart1（/dev/ttyTHS0）（左侧端口）

参考：NxtPX4v2开源飞控装机和配置全流程教程

1.2 px4 与 orin 串口连接线的线序与焊接

由于 nxt-px4 和 orin 载板上的串口端口型号不同，需要将各自配套的线材剪断，并按照串口正确的线序进行焊接，线序对应关系如下：

nxt-px4 黑(GND) 红(5V) 黄(Tx) 绿(Rx)
orin 3(GND) x(5V) 1(Rx) 2(Tx)

2 飞控配置

2.1 基本配置

  • 测试电机转向

  • 遥控器和接收机对频，并在地面站校准

  • 配置通道功能，用于飞行模式切换、紧急停止等（注意：有三档的前两档一致）详见 px4ctrl
    • 5通道2档：自稳和offboard
    • 6通道3档：是否接受命令
    • 7通道3档：急停
    • 8通道2档：px4ctrl对px4的重启

  • 电压电流采样设置，电池节数为6

  • 传感器校准
    • 飞控与罗盘方向设置：ROTATION_ROLL_180
    • 陀螺仪与加速度计校准
    • 校准地平线

细节参考 NxtPX4v2开源飞控装机和配置全流程教程

2.2 与 ORIN 通信相关的配置

主要参考 Nxt-FC，github 上的 readme 进行设置，不要按照商家给的安装教程里的进行设置。主要是配置 MAV_0 的参数

  • MAV_0_CONFIG: TELE2 (Serial Configuration for MAVLink (instance 0))
  • MAV_0_FLOW_CTRL: Auto-detected
  • MAV_0_FORWARD: Enabled
  • MAV_0_MODE: External Vision
  • MAV_0_RADIO_CTL: Enabled
  • MAV_0_RATE: 92160 B/s

2.3 获得高分辨率和高频率的 IMU 数据所需的配置

create file in your tf-card /etc/extras.txt

mavlink stream -d /dev/ttyS3 -s ATTITUDE -r 200

mavlink stream -d /dev/ttyS3 -s HIGHRES_IMU -r 1000

then using the following settings:

  • IMU_GYRO_RATEMAX: 2000Hz
  • IMU_INTEG_RATE: 400Hz
  • MAV_0_MODE: External vision
  • Set Uart4(SER_TELE2) to 921600
  • MAV_0_RATE 92160B/s

after these settings you will have 250Hz /imu/data_raw /imu/data

3 ORIN NX 配置

3.1 安装 jetpack 5.1.3 linux for jetson orin nx modules:

  • 在 PC 上的 ubuntu 里安装 sdkmanager

  • 按住 REC 键并给 orin 上电，上电后可松开，之后将 typeC 插到 Recovery Port（在底板短边上的那个typec口，即 USB1），另一端连接到 PC

  • 按照 sdkmanager 的引导操作即可，可选择组件安装
    • 此时 opencv 可以不装，因为此阶段安装的 opencv 不支持 cuda 加速

  • 下载镜像

  • 安装镜像
    • 注意 username不能是大写字母，否则 sdkmanager 无法自动设置orin的用户名等后续的默认设置参数，进一步导致无法通过usb以太网连接orin
    • 一切安装完成后，忘记拔掉 usb 将导致板子一直无法正常启动，外接屏幕无画面，拔掉后就一切正常
  • 如果 PC 上的 ubuntu 硬盘空间不足，可外接移动硬盘，将 Download Folder 和 Target HW image folder 设置在移动硬盘（FAT）里
    • 注意：移动硬盘的文件系统不能是 windows 的 FAT，而应该是 EXT4，否则镜像将会安装错误

3.2 ROS 安装

参考 从零制作自主空中机器人:

  • 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 apt update

  • sudo apt install ros-noetic-desktop-full

  • echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc

  • 建议没有ROS基础的同学先去B站学习古月老师的ROS入门教程

测试 ROS:

  • 打开三个终端，分别输入
    • roscore
    • rosrun turtlesim turtlesim_node
    • rosrun turtlesim turtle_teleop_key

3.3 realsense 驱动安装

  • sudo apt-key adv --keyserver keyserver.ubuntu.com --recv-key F6E65AC044F831AC80A06380C8B3A55A6F3EFCDE || sudo apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv-key F6E65AC044F831AC80A06380C8B3A55A6F3EFCDE

  • sudo add-apt-repository "deb https://librealsense.intel.com/Debian/apt-repo $(lsb_release -cs) main" -u

  • sudo apt-get install librealsense2-dkms

  • sudo apt-get install librealsense2-utils

  • sudo apt-get install librealsense2-dev

  • sudo apt-get install librealsense2-dbg

  • 测试：realsense-viewer

  • 注意测试时左上角显示的USB必须是3.x，如果是2.x，可能是USB线是2.0的，或者插在了2.0的USB口上（3.0的线和口都是蓝色的）
  • roslaunch realsense2_camera rs_camera.launch 无法正常工作，报符号错误，这是是手使用动编译的opencv4.5.4但没添加对应路径的问题

3.4 安装 mavros

  • sudo apt-get install ros-noetic-mavros
  • cd /opt/ros/noetic/lib/mavros
  • sudo ./install_geographiclib_datasets.sh

3.5 安装ceres与glog与ddyanmic-reconfigure

  • 解压3rd_party.zip压缩包

  • 进入glog文件夹打开终端

  • sudo chmod 777 autogen.sh && sudo chmod 777 configure

  • ./autogen.sh && ./configure && make && sudo make install

  • sudo apt-get install liblapack-dev libsuitesparse-dev libcxsparse3.1.2 libgflags-dev libgoogle-glog-dev libgtest-dev

  • 进入ceres文件夹打开终端

  • mkdir build

  • cd build

  • cmake ..

  • sudo make -j4

  • sudo make install

  • sudo apt-get install ros-noetic-ddynamic-reconfigure

注意，安装的版本是 `ceres 2.0.0` 版本，编译需使用 `std=c++14` 及以上，后续需把 vinsfusiongpu 里的所有包都改成 c++14 标准

3.6 OpenCV 安装

如果我们在 sdkmanager 中勾选了安装 opencv 的选项，安装的版本将会是 OpenCV 4.5.4，但不支持 cuda 加速，此时我们下载相同版本的 opencv 源码，在 CMAKE 选项上打开支持 cuda 加速的选项，再进行编译。

安装过程参考 Jetson Orin NX 开发指南（5）: 安装 OpenCV 4.6.0 并配置 CUDA 以支持 GPU 加速，注意版本的不同即可，我们安装的是 4.5.4

注意，编译支持cuda的 opencv时，cmake选项里 CUDA_ARCH_BIN=8.7，而不是 7.2

3.7 安装 cv_bridge 功能包

为什么需要自己下载 cv_bridge 源码并编译呢？

安装 noetic full版本时已经下载了 cv_bridge 的二进制文件，其编译时使用的是 opencv 4.2 的函数，因此链接时需要链接到opencv 4.2的 so 文件，但 orin 上新安装的支持 cuda 加速的 opencv 是 4.5.4 版本，因此该 cv_bridge 只能链接到 4.5 版本的 opencv 库，vins 在执行到 cv_bridge 相关的函数时就无法正常执行，最后报内存溢出的错。

解决办法：下载 cv_bridge 的源码，然后指定 4.5 版本的opencv进行编译，编译完成后将其路径添加到 ~/.bashrc 文件中，并刷新环境变量，具体参考 Jetson Orin NX 开发指南（5）: 安装 OpenCV 4.6.0 并配置 CUDA 以支持 GPU 加速

3.8 下载并编译 Fast-drone-XI35

原本需要分成两部：

  • clone 浙大官方的 Fast-drone-250 的仓库
  • 将其中的 vins-fusion 替换成 fins-fusion-gpu 版本

为了简化操作：

  • 把替换成 gpu 版本的 fast-drone-250 push 到 Fast-Drone-XI35，直接 clone 该仓库即可，之后进行编译。

其中所作的修改均是针对的 vins-fusion-gpu，包括：

  • 由于 ceres 2.0.0 需使用 std=c++14，因此把 vinsfusiongpu 里的所有包的 CMakeLists.txt 都改成 c++14 标准

  • 设置 OpenCV 路径为带有 GPU 加速的 opencv 4.5.4，opencv 可以指定到 编译的文件夹 或 安装的文件夹

  • 由于 vins-fusion-gpu 原仓库使用的是 opencv 3，而现在安装的是 opencv 4，OpenCV 4 系列和 OpenCV 3 系列有一些变量的名称发生了改变，因此我们这里只要将相应的变量名称进行修正，就能顺利通过编译

  • 具体参考：Jetson Orin NX 开发指南（6）: VINS-Fusion-gpu 的编译和运行

4 Docker 配置与使用

TODO

5 需要注意的问题

飞控相关

  • 安装好后typeC不好插

  • 小心滤波电容短路

  • QGC v4.0.11无法识别 px4 pro 1.14.0
    • QGC 4.3.0 可以识别
  • imu频率在地面站上看一直是50Hz，不知用NX板连接 SER_TELE2 时会不会达到250Hz
    • 会

  • 智能充充电电流设置为1.3A会时不时自动停止充电，需要频繁人为重启，设置为1A则正常（电池充放电能力为0.5C，既 3000mAh*0.5h^-1 = 1500mA = 1.5A）

  • 电机线焊接方向没选择好，导致挤在一起，可能会影响散热
    • ！！！加上电源线没焊好，会挡住飞控上的 TELE2 接口，不得不重新焊接

orin 相关

  • orin载板安装孔是M3，使用M2立柱，导致只能用M2螺丝，螺帽太小会穿过，因此要在螺丝上加两个螺母

  • orin和nxtpx4通过串口相连，但两端的接口不同，需要自己焊接线

  • px4的/dev/ttyS3 连接到 orin 的 /dev/ttyTHS0

  • 安装ceres与glog与ddyanmic-reconfigure时，执行 ./autogen.sh && ./configure && make && sudo make install 前要加两句 sudo chmod 777 autogen.sh && sudo chmod 777 configure

  • unable to locate package libcxsparse3.1.2
    • 使用sdkmanager预装的opencv不支持cuda，需要卸载，重新安装支持cuda加速的版本
    • 或者不卸载，直接安装支持 cuda 加速的版本，之后cmake文件里把路径指向编译所在的文件夹，因为卸载时用 autoremove会把 ros的full版本删掉一部分，需要重新下回来，并照着vinsfusiongpu的readme修改路径
    • 更好的操作是不要使用 sudo make uninstall 卸载 opencv，而是
      • 找到之前装opencv的build文件夹，进入后执行卸载指令 sudo make uninstall
      • 然后再把之前留在usr文件夹里的剩余文件都删掉
      • sudo rm -r /usr/local/include/opencv4 /usr/local/share/opencv4 /usr/local/lib/libopencv*
      • sudo rm -r /usr/include/opencv4 /usr/share/opencv4 /usr/lib/libopencv* `
  • roslaunch realsense2_camera rs_camera.launch 无法正常工作，报符号错误，这是是手使用动编译的opencv4.5.4但没添加对应路径的问题
  • VINS无法正常运行，原因有多个
    • 一个是是编译支持cuda的 opencv时， cmake选项里 CUDA_ARCH_BIN=8.7，填成了7.2
    • 另一个重要原因是，安装 noetic full版本时已经下载了 cv_bridge 的二进制文件，其编译时使用的是 opencv 4.2的函数，因此链接时需要链接到opencv 4.2的 so文件，但orin上新安装的支持cuda加速的opencv是 4.5.4 版本，因此该cv_bridge 只能链接到 4.5 版本的opencv库，vins在执行到cv_bridge 相关的函数时就无法正常执行，最后报内存溢出的错。解决办法：下载 cv_bridge 的源码，然后指定 4.5版本的opencv进行编译，编译完成后将其路径添加到 ~/.bashrc 文件中，并刷新环境变量
    • 参考 Jetson Orin NX 开发指南（6）: VINS-Fusion-gpu 的编译和运行_jetson orin nx跑vins-CSDN博客
  • 设置好外参初始值后，里程计输出出现姿态较准确，但平移量反复波折，仿佛被约束在一点，不随实际运动而运动，且容易出现巨大漂移
    • 外参中旋转矩阵的符号错了，本来以为相机坐标系是z朝前y朝上，实际情况时z朝前y朝下，修改后里程计正常

  • 自动起飞后会超调一下

  • 飞行过程上下起伏，可能需要调一下PID参数

  • 起飞和飞行时机身倾斜，需要校准一下地平线

参考

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