Tello-Talent-ROS2

此项目是基于tello_ros项目的二次开发，使用大疆RoboMaster Tello Talent (RMTT)无人机，调用ORB_SLAM3与OctoMap进行建图，并在ROS2-humble环境中进行测试。

tello_ros项目的详细说明请参阅src/tello_ros/README.md.

安装

此项目在Ubuntu22.04，ROS2-humble环境中进行开发，因此需要首先安装ROS2，对于中国大陆的ROS初学者，推荐使用鱼香ROS一键安装工具：

wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros

正式部署之前需要安装相关依赖：

# 安装asio
sudo apt install libasio-dev

# 安装ros附加功能包
sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-cv-bridge/
ros-$ROS_DISTRO-camera-calibration-parsers/
ros-$ROS_DISTRO-robot_state_publisher/
ros-$ROS_DISTRO-joint_state_publisher/

# 确保当前Python环境下已经安装以下库
pip3 install catkin_pkg empy==3.3.4 lark numpy	# 也可使用conda等工具

# 下载仓库
cd ~/WorkSpace	# 自定义一个下载目录
git clone https://github.com/FallThrive/Tello-Talent-ROS2.git tello_ws

基本安装 tello_ros

编译ros2_shared tello_description tello_driver tello_msgs四个功能包即可实现无人机基本飞行功能。

原项目的tello_gazebo功能包适配的是Gazabo Classic版本，因此未安装Gazabo Classic（例如安装的为Gazebo Harmonic）建议跳过此功能包的编译。

cd ~/WorkSpace/tello_ws	# 以自己的项目目录为准
chmod +x src/tello_ros/tello_description/src/replace.py
colcon build --symlink-install --packages-select ros2_shared tello_description tello_driver tello_msgs

当然，如果ubuntu系统支持Gazebo Classic，也可以使用以下命令安装（提示：目前Gazebo Classic已经停止维护）：

sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-gazebo-ros-pkgs
cd ~/WorkSpace/tello_ws	# 以自己的项目目录为准
colcon build --symlink-install --packages-select tello_gazebo

可选安装 tello_extras

tello_slam

1. 安装Pangolin

下载Pangolin到自定义目录，Pangolin被拆分为几个组件，安装时可以只包含所需的组件，大多数依赖项都是可选的，详细的说明可以直接参阅官方文档。

# 下载仓库
cd ~/Source	# 自定义一个下载目录
git clone --recursive https://github.com/stevenlovegrove/Pangolin.git
cd Pangolin

# 安装依赖项
./scripts/install_prerequisites.sh recommended	# 这里只安装了必需的

# 配置与编译（也可使用Ninja提高编译速度）
cmake -B build
cmake --build build
sudo cmake --build build --target install

# 安装Python绑定
cmake --build build -t pypangolin_pip_install

# 添加到LD_LIBRARY_PATH环境变量
echo 'export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH' >> ~/.bashrc

2. 安装ORB_SLAM3

首先下载ORB_SLAM3的仓库，详细说明可以查阅官方文档，这里推荐使用开发者zang09修改后的仓库，从C++11支持到了C++14，在ROS2的foxy（zang09测试）和humble环境中通过了测试。

cd ~/Source	# 自定义一个安装目录
git clone https://github.com/UZ-SLAMLab/ORB_SLAM3.git ORB_SLAM3				# 原版
git clone https://github.com/zang09/ORB-SLAM3-STEREO-FIXED.git ORB_SLAM3	# 推荐

cd ORB_SLAM3
chmod +x build.sh
./build.sh

# 安装Sophus
cd Thirdparty/Sophus/build
sudo make install

3. 安装OctoMap

tello_map使用OctoMap将点云数据发布到地图，因此，需要安装OctoMap：

sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-octomap*

该命令将会安装以下功能包：

octomap
octomap_mapping
octomap_msgs
octomap_ros
octomap_rviz_plugins
octomap_server

4. 编译tello_slam功能包

设置FindORB_SLAM3.cmake里第8行ORB_SLAM3_ROOT_DIR为自己的ORB_SLAM3路径。

设置CMakeLists.txt里第5行ENV{PYTHONPATH}为自己的ROS Python功能包路径。

cd ~/WorkSpace/tello_ws	# 以自己的项目目录为准
cd tello/extras/tello_slam/vocabulary
tar -xf ORBvoc.txt.tar.gz
colcon build --symlink-install --packages-select tello_slam

新特性

项目功能包整体路径如下：

tello_ws/
├── src/
│   ├── ros2_shared/      # ROS2共享工具包
│   ├── tello_ros/        # Tello无人机ROS驱动主包
│   │   ├── tello_description/  # URDF模型描述文件
│   │   ├── tello_driver/       # 无人机驱动节点
│   │   ├── tello_gazebo/       # Gazebo仿真支持
│   │   └── tello_msgs/         # 自定义消息类型
│   └── tello_extras/     # 扩展功能包
│       ├── tello_slam/         # SLAM功能实现包
│       └── tello_yolo/         # YOLO目标跟随（计划中）
├── build/                # 编译输出目录（已忽略）
├── install/              # 安装目录（已忽略）
└── log/                  # 日志目录（已忽略）

使用键盘控制

在tello_driver功能包的tello_key_main节点，可以使用键盘控制无人机，采用美国手布局方式，即左手控制垂直运动与左右转向，右手控制前进后退与左右平移，与手柄控制保持一致：

---------------------------
T: Takeoff, B: Land, Q: Quit
---------------------------
Left Hand    Right Hand
   W             I    
 A S D         J K L  
---------------------------
W/S: Up/Down, A/D: Yaw Left/Right
I/K: Forward/Backward, J/L: Left/Right
Hold a button to move, release to stop.
---------------------------

节点每10ms会发布一次/cmd_vel话题，如果键盘没有输入则将所有速度置零，因此需要长按来控制无人机运动。

如果需要修改键盘控制的无人机速度，可以修改tello_key_node.hpp中的LINEAR_SPEED与ANGULAR_SPEED.

在项目目录打开终端，一个终端运行tello_driver_main节点，另一个终端运行tello_key_main节点以进行使用：

# 终端1
. install/setup.bash
ros2 run tello_driver tello_driver_main

# 终端2
. install/setup.bash
ros2 run tello_driver tello_key_main

SLAM建图

该功能参考ORB_SLAM3_ROS2项目，部署在tello_extras文件夹下tello_slam功能包，使用ORB_SLAM3进行纯视觉单目相机建图，使用OctoMap建立栅格地图。

tello系列无人机搭载的为单目相机，并且SDK提供的并不是完整IMU数据，因此这里只保留了单目相机mono模式，默认使用ORB词汇表ORBvoc.txt和tello相机配置文件tello_cam.yaml.

mono节点将点云数据发布到~pointcloud话题，消息类型为sensor_msgs/PointCloud2；同时，实现map -> base_link的坐标系映射。

在终端中运行如下命令，即可运行ORB_SLAM3和无人机模型tello.urdf；同时启动手柄控制节点，并使用配置文件slam.rviz加载RViz2：

. install/setup.bash
ros2 launch tello_slam slam_launch.py

以上，将发布的tf坐标变换为：

map -> base_link -> camera_link

获取点云话题~pointcloud后，可以使用OctoMap建立栅格地图，终端运行如下命令，可以在启用ORB_SLAM3的同时，调用配置文件tello_octomap.yaml以启用OctoMap：

. install/setup.bash
ros2 launch tello_slam slam_map_launch.py
# 无需额外再启动slam_launch.py

OctoMap将会发布以下话题：

• ~octomap_full - 完整概率三维占用地图
• ~octomap_binary - 精简二进制三维占用地图
• ~octomap_point_cloud_centers - 占用体素中心点云
• ~occupied_cells_vis_array - 占用体素可视化方块
• ~free_cells_vis_array - 空闲体素可视化方块
• ~projected_map - 二维投影占用栅格

鸣谢

• ros2_shared 来自 https://github.com/ptrmu/ros2_shared
• tello_ros 修改自 https://github.com/clydemcqueen/tello_ros
• tello_slam 修改自 https://github.com/zang09/ORB_SLAM3_ROS2

ToDoList

• 编译tello_ros项目，在ROS2-humble中测试基本功能
• 使用键盘控制无人机运动
• 使用ORB_SLAM3发布点云话题
• 使用OctoMap建立栅格地图
• 使用YOLO+PID进行目标检测与跟随
• 使用强化学习进行运动控制