廖德 Handel Working Spece: PX4 與 Gazebo 模擬器簡介

PX4 是一個開源的飛控軟體堆棧（Autopilot Software Stack），廣泛應用於無人機（UAVs）和其他無人駕駛系統。它提供了從低階感測器驅動到高階導航和控制的完整功能。

Gazebo 則是一個功能強大的 3D 機器人模擬環境。它能夠準確、高效地模擬機器人在複雜室內和室外環境中的運動和感測器數據。

PX4 在 Gazebo 模擬 中進行，是業界和學術界進行無人機軟體開發和測試的官方推薦和最常用方法之一，也被稱為 SITL (Software-In-The-Loop) 模擬的一種。

真實感： Gazebo 提供逼真的物理引擎、感測器模型（如 GPS、IMU、視覺感測器等）以及多樣化的環境（worlds），能高度模擬真實飛行情況。
多平台支援： 支援旋翼機（四軸、六軸）、固定翼、複合翼（VTOL）甚至無人車等多種載具模型。
非 ROS 依賴： PX4 SITL 可以獨立於 ROS 運行 Gazebo 進行模擬，但也可以輕鬆與 ROS 整合，以進行更複雜的機器人應用開發。

🛠️ 模擬架構與資料流程

在 PX4 Gazebo 模擬中，核心的資料流向如下：

方向	傳輸內容	作用說明
PX4 $\to$ Gazebo	執行器控制量（`HIL_ACTUATOR_CONTROLS` MAVLink 訊息）	PX4 飛控的核心姿態控制器輸出控制訊號，告訴模擬器「電機應該怎麼轉」。混控（Mixer）通常在 Gazebo 內部完成。
Gazebo $\to$ PX4	模擬感測器狀態（GPS、IMU、高度計等）	Gazebo 模擬器根據環境、物理模型和控制訊號，計算出當前載具的狀態，並將模擬的感測器數據回傳給 PX4 飛控。PX4 內部的估計模組（Estimator）會使用這些數據計算出飛行狀態。
外部 $\to$ PX4	遙控指令、任務指令	透過地面站軟體（如 QGroundControl, QGC）或開發工具（如 MAVROS），模擬操作者對飛機下達的控制或任務指令。

進行 Gazebo 模擬的一般流程（以 PX4 韌體原始碼目錄為例）：

安裝 Gazebo 和插件： 確保您的開發環境（通常是 Ubuntu）安裝了推薦版本的 Gazebo (如 Gazebo 9/11 或 Gazebo Classic) 以及 PX4 的模擬插件。
啟動模擬：
- 在終端機中運行 make posix_sitl_default gazebo_<載具類型> (例如：make posix_sitl_default gazebo_iris)。
- 這會啟動 PX4 的 SITL 應用，同時啟動 Gazebo 模擬器，並載入指定的載具模型（如四旋翼 iris）和環境（如 iris.world）。
連接地面站： 啟動 QGroundControl (QGC)，它通常會自動連接到正在運行的 SITL 實例。
控制與測試： 您可以使用 QGC 或命令列（PX4 Console/Shell）來解鎖（Arm）、起飛（Takeoff）、切換飛行模式，並測試您開發的控制演算法或任務邏輯。

PX4 韌體支援多種 Gazebo 模擬模型，常見的有：

如果您希望進一步了解如何在特定的作業系統上安裝和設定 Gazebo 模擬環境，或者想知道如何模擬特定的感測器或環境，我很樂意為您提供更多資訊。

請問您希望我為您搜尋關於 PX4 Gazebo 模擬環境的設定步驟，還是想了解如何在模擬中測試特定的飛行控制功能呢？