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Prometheus適配ROS2，助力無(wú)人機(jī)開(kāi)發(fā)生態(tài)全面升級(jí)

2024-12-31 09:24 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 作者：阿木實(shí)驗(yàn)室 來(lái)源：阿木實(shí)驗(yàn)室
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Prometheus是一套開(kāi)源的自主無(wú)人機(jī)軟件系統(tǒng)平臺(tái)，為無(wú)人機(jī)的智能與自主飛行提供全套解決方案。隨著機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）從 ROS1 向 ROS2 的演進(jìn)，以及無(wú)人...

Prometheus是一套開(kāi)源的自主無(wú)人機(jī)軟件系統(tǒng)平臺(tái)，為無(wú)人機(jī)的智能與自主飛行提供全套解決方案。隨著機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）從 ROS1 向 ROS2 的演進(jìn)，以及無(wú)人機(jī)生態(tài)對(duì)高性能、低延遲通信的需求不斷提升，Prometheus 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在繼承 V2 版本功能的基礎(chǔ)上推出 Prometheus_ROS2版本。這一版本實(shí)現(xiàn)了對(duì) Ubuntu 22.04 LTS 系統(tǒng)的兼容，同時(shí)遷移至 ROS2 Humble，并引入了 XRCE-DDS 作為高效的通信中間層，同時(shí)還推出了基于 MAVROS2 的版本以支持不同的開(kāi)發(fā)需求。

升級(jí)內(nèi)容

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AMOVLAB

兼容 ROS2 Humble 并支持 Ubuntu 22.04 LTS

Prometheus完全支持 ROS2 Humble 版本，運(yùn)行于 Ubuntu 22.04 LTS 系統(tǒng)。相比 ROS1，ROS2 提供了更強(qiáng)的跨平臺(tái)支持（包括實(shí)時(shí)系統(tǒng)和嵌入式設(shè)備）、分布式通信架構(gòu)以及更高的實(shí)時(shí)性和可靠性。通過(guò)遷移至 ROS2，Prometheus V3 能夠在多無(wú)人機(jī)協(xié)作、復(fù)雜任務(wù)計(jì)算、分布式智能等場(chǎng)景中表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。

ROS2優(yōu)勢(shì)：

分布式架構(gòu)：去除了中央節(jié)點(diǎn)管理器，采用DDS通信中間件，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間直接通信，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性。

先進(jìn)通信機(jī)制：支持不同的QoS配置，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸，減少延遲和丟包，適應(yīng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

跨平臺(tái)支持：不僅支持Linux，還擴(kuò)展至Windows、macOS及RTOS，提供廣闊開(kāi)發(fā)空間。

實(shí)時(shí)性提升：通過(guò)優(yōu)化通信機(jī)制和減少系統(tǒng)開(kāi)銷，顯著提高實(shí)時(shí)性能。

優(yōu)化開(kāi)發(fā)體驗(yàn)：支持模塊化開(kāi)發(fā)和測(cè)試，提供豐富API接口，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)工作。

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NEWS TODAY

引入 XRCE-DDS 通信中間層

XRCE-DDS（eXtremely Resource Constrained Environment DDS）是 DDS（Data Distribution Service）的輕量化實(shí)現(xiàn)，專為資源受限的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠提供高效的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和分布式通信能力。

優(yōu)勢(shì)：

極低的資源占用：XRCE-DDS 針對(duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，資源占用極低，適用于計(jì)算能力有限的硬件平臺(tái)（如微控制器、無(wú)人機(jī)飛控板等）。

輕量級(jí)協(xié)議：相比標(biāo)準(zhǔn) DDS 協(xié)議，XRCE-DDS 的消息頭更短，減少了傳輸開(kāi)銷。

高效的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信：通過(guò)可靠的實(shí)時(shí)通信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間快速數(shù)據(jù)交換。

跨平臺(tái)支持：與全功能 DDS 實(shí)現(xiàn)（如 Fast DDS、Connext DDS 等）無(wú)縫集成，支持復(fù)雜的分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

高擴(kuò)展性：XRCE-DDS 支持分布式系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，可以輕松擴(kuò)展到多無(wú)人機(jī)協(xié)作和分布式任務(wù)場(chǎng)景。

QoS（服務(wù)質(zhì)量）：與標(biāo)準(zhǔn) DDS 一致，支持對(duì)通信的可靠性、延遲、帶寬等進(jìn)行精細(xì)化控制，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)時(shí)性。

在 Prometheus中：XRCE-DDS 被用作通信中間層，實(shí)現(xiàn) Prometheus 與 PX4 飛控之間的高速數(shù)據(jù)交互。Prometheus 通過(guò) XRCE-DDS 獲取來(lái)自 PX4 的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，如姿態(tài)、位置、速度、傳感器數(shù)據(jù)等，同時(shí)支持向 PX4 發(fā)送控制指令（例如姿態(tài)控制、速度控制、位置控制等）。相比傳統(tǒng)的 MAVLink 協(xié)議，XRCE-DDS 顯著降低了通信延遲和資源開(kāi)銷，使 Prometheus 能以更高效的方式與 PX4 進(jìn)行互聯(lián)。

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AMOVLAB

推出 MAVROS2 支持版本

為了滿足開(kāi)發(fā)者對(duì) MAVLink 框架的需求，Prometheus同時(shí)也推出了基于 MAVROS2 的支持版本。MAVROS2 是 ROS2 中 MAVLink 的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，繼承了 MAVROS 在無(wú)人機(jī)控制中的成熟生態(tài)。通過(guò) MAVROS2，開(kāi)發(fā)者可以快速訪問(wèn) MAVLink 消息接口，完成與 PX4 的通信配置。

優(yōu)勢(shì)：

成熟生態(tài)：MAVROS2 是 MAVROS 的升級(jí)版，兼容 MAVLink 協(xié)議的完整功能，擁有廣泛的社區(qū)支持和豐富的工具鏈。

易用性：MAVROS2 提供了現(xiàn)成的話題、服務(wù)和工具（如 mavlink_console、ros2 topic 等），降低了無(wú)人機(jī)開(kāi)發(fā)的門檻。

穩(wěn)定性：MAVLink 協(xié)議經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

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AMOVLAB

升級(jí)通信架構(gòu)與模塊化設(shè)計(jì)

Prometheus 對(duì)通信模塊進(jìn)行了全面優(yōu)化，通過(guò) XRCE-DDS 和 ROS2 的分布式通信框架，Prometheus 具備了動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、可靠數(shù)據(jù)傳輸和低延遲通信能力。同時(shí)，Prometheus_ROS2 版本重新設(shè)計(jì)了模塊化架構(gòu)，方便開(kāi)發(fā)者根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求自由組合功能模塊。

Q

DDS與MAVROS2如何選擇？

如果用戶追求最新，那么選擇XRCE-DDS可以帶來(lái)的顯著優(yōu)勢(shì)：實(shí)時(shí)性和通信效率高，也就是提供更高效的性能和更低的延遲。但如果用戶還是習(xí)慣 MAVLink 框架，或者還是需要 MAVLink 框架，選擇MAVROS2， 更易用，工具支持更豐富，現(xiàn)有的資料都很齊全完整，用戶根據(jù)自己需求選擇。

實(shí)操效果

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AMOVLAB

位置控制

2

AMOVLAB

軌跡控制

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AMOVLAB

速度控制

除了上述舉例，Wiki里面還有更多控制指令，等待大家解鎖。

Prometheus作為無(wú)人機(jī)開(kāi)源生態(tài)的重要升級(jí)，全面融合 ROS2 和 XRCE-DDS，通過(guò)支持 Ubuntu 22.04、ROS2 Humble 及兼容 MAVROS2，提升了通信效率和系統(tǒng)性能，同時(shí)保留了對(duì)傳統(tǒng) MAVLink 用戶的支持，標(biāo)志著無(wú)人機(jī)開(kāi)發(fā)新階段，為任務(wù)規(guī)劃、多機(jī)協(xié)作和智能感知等領(lǐng)域提供更優(yōu)方案，在未來(lái)，Prometheus 將持續(xù)優(yōu)化，支持更多的硬件平臺(tái)和技術(shù)發(fā)展，助力無(wú)人機(jī)智能化的快速演進(jìn)。目前Prometheus先移植的是uav_control部分（12232024），其他部分會(huì)隨著研發(fā)的深入不斷推出，請(qǐng)大家敬請(qǐng)期待。

資料獲取

WIKI鏈接：http://u5a.cn/DcroB

關(guān)注阿木實(shí)驗(yàn)室公眾號(hào)，發(fā)送PrometheusV3或Prometheus_ROS2即可獲取進(jìn)群信息，進(jìn)入Prometheus學(xué)習(xí)交流群，與廣大開(kāi)發(fā)者共同進(jìn)步。

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