# Автономный полет

> **Note** Документация для версий [образа](image.md), начиная с версии **0.24**. Для более ранних версий см. [документацию для версии **0.23**](https://github.com/CopterExpress/clover/blob/v0.23/docs/ru/simple_offboard.md).

Модуль `simple_offboard` пакета `clover` предназначен для упрощенного программирования автономного полета дрона ([режим](modes.md) `OFFBOARD`). Он позволяет устанавливать желаемые полетные задачи и автоматически трансформирует [систему координат](frames.md).

`simple_offboard` является высокоуровневым способом взаимодействия с полетным контроллером. Для более низкоуровневой работы см. [mavros](mavros.md).

Основные сервисы – [`get_telemetry`](#gettelemetry) (получение телеметрии), [`navigate`](#navigate) (полет в заданную точку по прямой), [`navigate_global`](#navigateglobal) (полет в глобальную точку по прямой), [`land`](#land) (переход в режим посадки).

## Использование из языка Python

Для использования сервисов, необходимо создать объекты-прокси к ним. Используйте этот шаблон для вашей программы:

```python
import rospy
from clover import srv
from std_srvs.srv import Trigger

rospy.init_node('flight')

get_telemetry = rospy.ServiceProxy('get_telemetry', srv.GetTelemetry)
navigate = rospy.ServiceProxy('navigate', srv.Navigate)
navigate_global = rospy.ServiceProxy('navigate_global', srv.NavigateGlobal)
set_altitude = rospy.ServiceProxy('set_altitude', srv.SetAltitude)
set_yaw = rospy.ServiceProxy('set_yaw', srv.SetYaw)
set_yaw_rate = rospy.ServiceProxy('set_yaw_rate', srv.SetYawRate)
set_position = rospy.ServiceProxy('set_position', srv.SetPosition)
set_velocity = rospy.ServiceProxy('set_velocity', srv.SetVelocity)
set_attitude = rospy.ServiceProxy('set_attitude', srv.SetAttitude)
set_rates = rospy.ServiceProxy('set_rates', srv.SetRates)
land = rospy.ServiceProxy('land', Trigger)
```

Неиспользуемые функции-прокси можно удалить из кода.

## Описание API

> **Note** Незаполненные числовые параметры устанавливаются в значение 0.

### get_telemetry

Получить полную телеметрию коптера.

Параметры:

* `frame_id` – [система координат](frames.md) для значений `x`, `y`, `z`, `vx`, `vy`, `vz`. Пример: `map`, `body`, `aruco_map`. Значение по умолчанию: `map`.

Формат ответа:

* `frame_id` – система координат;
* `connected` – есть ли подключение к <abbr title="Flight Control Unit, полетный контроллер">FCU</abbr>;
* `armed` – состояние `armed` винтов (винты включены, если true);
* `mode` – текущий [полетный режим](modes.md);
* `x, y, z` – локальная позиция коптера *(м)*;
* `lat, lon` – широта, долгота *(градусы)*, необходимо наличие [GPS](gps.md);
* `alt` – высота в глобальной системе координат (стандарт [WGS-84](https://ru.wikipedia.org/wiki/WGS_84), не <abbr title="Above Mean Sea Level, выше среднего уровня моря">AMSL</abbr>!), необходимо наличие [GPS](gps.md);
* `vx, vy, vz` – скорость коптера *(м/с)*;
* `roll` – угол по крену *(радианы)*;
* `pitch` – угол по тангажу *(радианы)*;
* `yaw` – угол по рысканью *(радианы)*;
* `roll_rate` – угловая скорость по крену *(рад/с)*;
* `pitch_rate` – угловая скорость по тангажу *(рад/с)*;
* `yaw_rate` – угловая скорость по рысканью *(рад/с)*;
* `voltage` – общее напряжение аккумулятора *(В)*;
* `cell_voltage` – напряжение аккумулятора на ячейку *(В)*.

> **Note** Недоступные по каким-то причинам поля будут содержать в себе значения `NaN`.

Вывод координат `x`, `y` и `z` коптера в локальной системе координат:

```python
telemetry = get_telemetry()
print(telemetry.x, telemetry.y, telemetry.z)
```

Вывод высоты коптера относительно [карты ArUco-меток](aruco.md):

```python
telemetry = get_telemetry(frame_id='aruco_map')
print(telemetry.z)
```

Проверка доступности глобальной позиции:

```python
import math
if not math.isnan(get_telemetry().lat):
    print('Global position is available')
else:
    print('No global position')
```

Вывод текущей телеметрии (командная строка):

```bash
rosservice call /get_telemetry "{frame_id: ''}"
```

### navigate

Прилететь в обозначенную точку по прямой.

Параметры:

* `x`, `y`, `z` – координаты *(м)*;
* `yaw` – угол по рысканью *(радианы)*;
* `speed` – скорость полета (скорость движения setpoint) *(м/с)*;
* `auto_arm` – перевести коптер в `OFFBOARD` и заармить автоматически (**коптер взлетит**);
* `frame_id` – [система координат](frames.md), в которой заданы `x`, `y`, `z` и `yaw` (по умолчанию: `map`).

> **Note** Для полета без изменения угла по рысканью достаточно установить `yaw` в `NaN` (значение угловой скорости по умолчанию – 0).

Взлет на высоту 1.5 м со скоростью взлета 0.5 м/с:

```python
navigate(x=0, y=0, z=1.5, speed=0.5, frame_id='body', auto_arm=True)
```

Полет по прямой в точку 5:0 (высота 2) в локальной системе координат со скоростью 0.8 м/с (рысканье установится в 0):

```python
navigate(x=5, y=0, z=3, speed=0.8)
```

Полет в точку 5:0 без изменения угла по рысканью:

```python
navigate(x=5, y=0, z=3, speed=0.8, yaw=float('nan'))
```

Полет вправо относительно коптера на 3 м:

```python
navigate(x=0, y=-3, z=0, speed=1, frame_id='body')
```

Полет влево на 2 м относительно последней целевой точки полета дрона:

```python
navigate(x=0, y=2, z=0, speed=1, frame_id='navigate_target')
```

Повернуться на 90 градусов по часовой:

```python
navigate(yaw=math.radians(-90), frame_id='body')
```

Полет в точку 3:2 (высота 2) в системе координат [маркерного поля](aruco.md) со скоростью 1 м/с:

```python
navigate(x=3, y=2, z=2, speed=1, frame_id='aruco_map')
```

Взлет на высоту 2 м (командная строка):

```bash
rosservice call /navigate "{x: 0.0, y: 0.0, z: 2, yaw: 0.0, speed: 0.5, frame_id: 'body', auto_arm: true}"
```

> **Note** При программировании миссии дрона в терминах "вперед-назад-влево-вправо" рекомендуется использовать систему координат `navigate_target` вместо `body`, чтобы не учитывать неточность прилета дрона в предыдущую целевую точку при вычислении следующей.

### navigate_global

Полет по прямой в точку в глобальной системе координат (широта/долгота).

Параметры:

* `lat`, `lon` – широта и долгота *(градусы)*;
* `z` – высота *(м)*;
* `yaw` – угол по рысканью *(радианы)*;
* `speed` – скорость полета (скорость движения setpoint) *(м/с)*;
* `auto_arm` – перевести коптер в `OFFBOARD` и заармить автоматически (**коптер взлетит**);
* `frame_id` – [система координат](frames.md), в которой заданы `z` и `yaw` (по умолчанию: `map`).

> **Note** Для полета без изменения угла по рысканью достаточно установить `yaw` в `NaN`.

Полет в глобальную точку со скоростью 5 м/с, оставаясь на текущей высоте (`yaw` установится в 0, коптер сориентируется передом на восток):

```python
navigate_global(lat=55.707033, lon=37.725010, z=0, speed=5, frame_id='body')
```

Полет в глобальную точку без изменения угла по рысканью:

```python
navigate_global(lat=55.707033, lon=37.725010, z=0, speed=5, yaw=float('nan'), frame_id='body')
```

Полет в глобальную точку (командная строка):

```bash
rosservice call /navigate_global "{lat: 55.707033, lon: 37.725010, z: 0.0, yaw: 0.0, speed: 5.0, frame_id: 'body', auto_arm: false}"
```

### set_altitude

Изменить целевую высоту полета. Сервис используется для независимой установки высоты (и системы координат для расчета высота) в режимах полета [`navigate`](#navigate) и [`set_position`](#setposition).

Параметры:

* `z` – высота полета *(м)*;
* `frame_id` – [система координат](frames.md) для расчета высоты полета.

Установить высоту полета в 2 м относительно пола:

```python
set_altitude(z=2, frame_id='terrain')
```

Установить высоту полета в 1 м относительно [маркерного поля](aruco.md):

```python
set_altitude(z=1, frame_id='aruco_map')
```

### set_yaw

Изменить целевой угол по рысканью (и систему координат для его расчета), оставив предыдущую команду в силе.

Параметры:

* yaw – угол по рысканью *(радианы)*;
* frame_id – [система координат](frames.md) для расчета угла по рысканью.

Повернуться на 90 градусов по часовой (продолжая выполнять предыдущую команду):

```python
set_yaw(yaw=math.radians(-90), frame_id='body')
```

Установить угол по рысканью в ноль в системе координат [маркерного поля](aruco.md):

```python
set_yaw(yaw=0, frame_id='aruco_map')
```

Остановить вращение по рысканью (при использовании [`set_yaw_rate`](#setyawrate)):

```python
set_yaw(yaw=float('nan'))
```

### set_yaw_rate

Изменить целевую угловую скорость по рысканью, оставив предыдущую команду в силе.

Параметры:

* yaw_rate – угловая скорость по рысканью *(рад/с)*.

Положительное направление вращения (при виде сверху) – против часовой.

Начать вращение на месте со скоростью 0.5 рад/c против часовой (продолжая выполнять предыдущую команду):

```python
set_yaw_rate(yaw_rate=0.5)
```

### set_position

Установить цель по позиции и рысканью. Данный сервис следует использовать при необходимости задания продолжающегося потока целевых точек, например, для полета по сложным траекториям (круговой, дугообразной и т. д.).

> **Hint** Для полета на точку по прямой или взлета используйте более высокоуровневый сервис [`navigate`](#navigate).

Параметры:

* `x`, `y`, `z` – координаты точки *(м)*;
* `yaw` – угол по рысканью *(радианы)*;
* `auto_arm` – перевести коптер в `OFFBOARD` и заармить автоматически (**коптер взлетит**);
* `frame_id` – [система координат](frames.md), в которой заданы `x`, `y`, `z` и `yaw` (по умолчанию: `map`).

Зависнуть на месте:

```python
set_position(frame_id='body')
```

Назначить целевую точку на 3 м выше текущей позиции:

```python
set_position(x=0, y=0, z=3, frame_id='body')
```

Назначить целевую точку на 1 м впереди текущей позиции:

```python
set_position(x=1, y=0, z=0, frame_id='body')
```

### set_velocity

Установить скорости и рысканье.

* `vx`, `vy`, `vz` – требуемая скорость полета *(м/с)*;
* `yaw` – угол по рысканью *(радианы)*;
* `auto_arm` – перевести коптер в `OFFBOARD` и заармить автоматически (**коптер взлетит**);
* `frame_id` – [система координат](frames.md), в которой заданы `vx`, `vy`, `vz` и `yaw` (по умолчанию: `map`).

> **Note** Параметр `frame_id` определяет только ориентацию результирующего вектора скорости, но не его длину.

Полет вперед (относительно коптера) со скоростью 1 м/с:

```python
set_velocity(vx=1, vy=0.0, vz=0, frame_id='body')
```

### set_attitude

Установить тангаж, крен, рысканье и уровень газа (примерный аналог управления в [режиме `STABILIZED`](modes.md)). Данный сервис может быть использован для более низкоуровневого контроля поведения коптера либо для управления коптером при отсутствии источника достоверных данных о его позиции.

Параметры:

* `roll`, `pitch`, `yaw` – необходимый угол по тангажу, крену и рысканью *(радианы)*;
* `thrust` – уровень газа от 0 (нет газа, пропеллеры остановлены) до 1 (полный газ);
* `auto_arm` – перевести коптер в `OFFBOARD` и заармить автоматически (**коптер взлетит**);
* `frame_id` – [система координат](frames.md), в которой задан `yaw` (по умолчанию: `map`).

### set_rates

Установить угловые скорости по тангажу, крену и рысканью и уровень газа (примерный аналог управления в [режиме `ACRO`](modes.md)). Это самый низкий уровень управления коптером (исключая непосредственный контроль оборотов моторов). Данный сервис может быть использован для автоматического выполнения акробатических трюков (например, флипа).

Параметры:

* `roll_rate`, `pitch_rate`, `yaw_rate` – угловая скорость по тангажу, крену и рыканью *(рад/с)*;
* `thrust` – уровень газа от 0 (нет газа, пропеллеры остановлены) до 1 (полный газ).
* `auto_arm` – перевести коптер в `OFFBOARD` и заармить автоматически (**коптер взлетит**);

Положительное направление вращения `yaw_rate` (при виде сверху) – против часовой, `pitch_rate` – вперед, `roll_rate` – влево.

### land

Перевести коптер в [режим](modes.md) посадки (`AUTO.LAND` или аналогичный).

> **Note** Для автоматического отключения винтов после посадки [параметр PX4](parameters.md) `COM_DISARM_LAND` должен быть установлен в значение > 0.

Посадка коптера:

```python
res = land()

if res.success:
    print('Copter is landing')
```

Посадка коптера (командная строка):

```bash
rosservice call /land "{}"
```

> **Caution** В более новых версиях PX4 коптер выйдет из режима LAND в ручной режим, если сильно перемещать стики.

### release

В случае необходимости приостановки отправки setpoint-сообщений, используйте сервис `simple_offboard/release`:

```python
release = rospy.ServiceProxy('simple_offboard/release', Trigger)

release()
```

## Дополнительные материалы

* [Полеты в поле ArUco-маркеров](aruco.md).
* [Примеры программ и сниппеты](snippets.md).