UWB 套件集群飞行

本章以三架 UWB 套件无人机为例，介绍组网配置、定位检查和集群飞行操作。各无人机须使用同一套 UWB 基站坐标系。

实验环境：Windows 11 宿主机，VMware 17.5 Pro 虚拟机，Ubuntu 20.04 LTS。

配置联网模块

集群飞行需要所有无人机都连接到同一个局域网。因此，需为各无人机的 Mlink-esp Wi-Fi 模块配置 IP 地址。

使用 Mlink-esp 调试器配置

说明：Mlink-esp 调试器可简化组网配置。未配备该调试器的 FanciSwarm™ 集群套件用户，可通过原购买渠道向幻思创新申请；申请通过后，将免费寄送。

先将 Mlink-esp Wi-Fi 模块连接至 Mlink-esp 调试器，再通过 USB 将调试器连接至电脑。具体步骤如下：

连接 Mlink-esp 调试器

将 Mlink-esp Wi-Fi 模块从 FanciSwarm™ 无人机上取下，按照下图所示，将 Mlink-esp Wi-Fi 模块与 Mlink-esp 调试器连接。 注意：请按图示方向连接，严禁反接。反接会烧毁设备。

下载串口助手

下载串口助手并解压，在电脑上双击 sscom5.13.1.exe 文件。

打开串口助手并连接 Mlink-esp 调试器

打开上一步下载的串口助手软件，将 Mlink-esp 调试器与电脑连接。

设置串口助手

点击端口号下拉菜单，选择“......USB-SERIAL CH340”对应的端口，再按下一步说明输入 AT 指令，如下图所示。

发送 AT 指令

在输入框中依次输入以下 AT 指令并发送：（1）重启模块。输入以下指令并发送：

AT+RST\r\n

（2）恢复出厂设置。输入以下指令并发送：

AT+RESTORE\r\n

（3）设置为 Station 模式（默认使用 AP 模式）。输入以下指令并发送：

AT+CWMODE_DEF=1\r\n

（4）设置要连接的路由器名称和密码。输入以下指令并发送： 注意：Wi-Fi 名称不能使用中文。 （例：AT+CWJAP_DEF="Fancinnov","Mcontroller"\r\n）

AT+CWJAP_DEF="WiFi名称","WiFi密码"\r\n

串口助手接收界面显示“WIFI CONNECTED”时，表示组网模块已连接路由器；显示“WIFI GOT IP”时，表示模块已获得 IP 地址。若未显示上述信息，请重新尝试连接。

（5）查询 IP 地址。输入以下指令并发送：

AT+CIFSR\r\n

上述指令成功发送后，串口助手接收界面会显示路由器分配到该组网模块的 IP 地址。

（6）设置固定的 IP 地址。输入以下指令并发送：

AT+CIPSTA_DEF="ip","网关","子网掩码"\r\n

固定 IP 地址、网关和子网掩码须与实际局域网配置一致。例如，若局域网网关为 192.168.0.254、子网掩码为 255.255.255.0，且 192.168.0.100 尚未被占用，可发送 AT+CIPSTA_DEF="192.168.0.100","192.168.0.254","255.255.255.0"。指令中的符号均使用英文半角字符。每架无人机须分配不同的 IP 地址，并避免与网关或其他设备冲突；静态地址应避开路由器的 DHCP 自动分配范围，或在路由器中设置地址保留。

（7）查询 IP 地址，确认设置是否成功。输入以下指令并发送：

AT+CIFSR\r\n

若串口助手返回的 IP 地址与上一步设置一致，表示配置成功。请记录该 IP 地址。

特别说明 （1）配合 App 使用时，先打开 App，将手机连接至目标路由器的 Wi-Fi，再点击首页右上方的数传连接按钮，在输入框中填写已配置的组网模块 IP 地址。

确认配置完成，并记录模块的 IP 地址。

导入 ROS 工程

集群飞行的配置流程与单机飞行相似，主要区别如下：

launch 文件中需配置多个 fcu_bridge 节点，并逐一核对各节点的参数。
终端会同时输出多架无人机的信息，需根据各无人机的标识区分输出内容。
集群飞行前，必须确认每架无人机均已通过系统测试和单机试飞。

从 GitHub 获取源码（已完成此步骤时可跳过）

创建工作空间：

mkdir -p ~/ros_ws/src

拉取 fcu_core_v2 和 quadrotor_msgs：项目 README

修改 launch 文件参数

DRONE_IP：无人机 Mlink 的 IP 地址。
channel：1。
offboard：false。
use_uwb：true。
set_goal：false。
simple_target：true。

    <node pkg="fcu_core" type="fcu_bridge_001" name="fcu_bridge_001" output="screen" >
        <remap from="~odometry_001" to="/vins_estimator/odometry"/>
        <remap from="~imu_global_001" to="imu_global_001"/>
        <remap from="~odom_global_001" to="odom_global_001"/>
        <remap from="~path_global_001" to="path_global_001"/>
        <remap from="~path_target_001" to="path_target_001"/>
        <remap from="~goal_001" to="/move_base_simple/goal"/>
        <remap from="~motion_001" to="motion_001"/>
        <remap from="~command" to="/fcu_command/command"/>
        <remap from="~mission_001" to="/fcu_mission/mission_001"/>
        <param name="DRONE_IP" value="192.168.0.201" type="string"/> <!-- 修改为对应无人机 Mlink 的 IP 地址 -->
        <param name="DRONE_PORT" value="333"/>
        <param name="USB_PORT" value="/dev/ttyACM0" type="string"/>
        <param name="BANDRATE" value="460800"/>
        <param name="channel" value="1"/>
        <param name="offboard" value="false" type="bool"/>
        <param name="use_uwb" value="true" type="bool"/>
        <param name="set_goal" value="false" type="bool"/>
        <param name="simple_target" value="true" type="bool"/>
        <param name="odom_init_x" value="0.0"/> <!-- FLU 坐标系 -->
        <param name="odom_init_y" value="0.0"/>
        <param name="odom_init_z" value="0.0"/>
    </node>
        <node pkg="fcu_core" type="fcu_bridge_002" name="fcu_bridge_002" output="screen" >
        <remap from="~odometry_002" to="odometry_002"/>
        <remap from="~imu_global_002" to="imu_global_002"/>
        <remap from="~odom_global_002" to="odom_global_002"/>
        <remap from="~path_global_002" to="path_global_002"/>
        <remap from="~path_target_002" to="path_target_002"/>
        <remap from="~motion_002" to="motion_002"/>
        <remap from="~command" to="/fcu_command/command"/>
        <remap from="~mission_002" to="/fcu_mission/mission_002"/>
        <param name="DRONE_IP" value="192.168.0.202" type="string"/> <!-- 修改为对应无人机 Mlink 的 IP 地址 -->
        <param name="DRONE_PORT" value="333"/>
        <param name="USB_PORT" value="/dev/ttyACM0" type="string"/>
        <param name="BANDRATE" value="460800"/>
        <param name="channel" value="1"/>
        <param name="offboard" value="false" type="bool"/>
        <param name="use_uwb" value="true" type="bool"/>
        <param name="set_goal" value="false" type="bool"/>
        <param name="simple_target" value="true" type="bool"/>
    </node>
    <node pkg="fcu_core" type="fcu_bridge_003" name="fcu_bridge_003" output="screen" >
        <remap from="~odometry_003" to="odometry_003"/>
        <remap from="~imu_global_003" to="imu_global_003"/>
        <remap from="~odom_global_003" to="odom_global_003"/>
        <remap from="~path_global_003" to="path_global_003"/>
        <remap from="~path_target_003" to="path_target_003"/>
        <remap from="~motion_003" to="motion_003"/>
        <remap from="~command" to="/fcu_command/command"/>
        <remap from="~mission_003" to="/fcu_mission/mission_003"/>
        <param name="DRONE_IP" value="192.168.0.203" type="string"/> <!-- 修改为对应无人机 Mlink 的 IP 地址 -->
        <param name="DRONE_PORT" value="333"/>
        <param name="USB_PORT" value="/dev/ttyACM0" type="string"/>
        <param name="BANDRATE" value="460800"/>
        <param name="channel" value="1"/>
        <param name="offboard" value="false" type="bool"/>
        <param name="use_uwb" value="true" type="bool"/>
        <param name="set_goal" value="false" type="bool"/>
        <param name="simple_target" value="true" type="bool"/>
    </node>

系统测试

摆放基站：按照所用 UWB 套件的基站布置说明完成安装。
设置定位参数：使用手机 App 连接 Mlink，将第一架无人机的标签 ID 设置为 1，对应通信节点 001；其余无人机依次设置标签 ID。各 Wi-Fi 模块的 IP 地址须与 launch 文件中的配置一致。
放置无人机：先将各无人机放置在指定起飞位置，再按下文顺序开启基站并启动无人机。本节使用三机直线巡航示例，001、002、003 号无人机的初始坐标分别为（2, -1.5）、（2, -3）、（2, -4.5）。请将各无人机放置在基站坐标系中对应的位置。

lines.txt 航点记录文件：

文件头中的 DRONE_001 3 表示 001 号无人机有 3 个航点，后续各行依次为 X、Y、Z 和偏航角。位置单位为米，偏航角单位为度。DRONE_004 0 至 DRONE_006 0 表示对应无人机未设置航点。

DRONE_001 3
2.000000 -1.500000 1.000000 0.000000
3.500000 -1.500000 1.000000 0.000000
5.000000 -1.500000 1.000000 0.000000

DRONE_002 3
2.000000 -3.000000 1.000000 0.000000
3.500000 -3.000000 1.000000 0.000000
5.000000 -3.000000 1.000000 0.000000

DRONE_003 3
2.000000 -4.500000 1.000000 0.000000
3.500000 -4.500000 1.000000 0.000000
5.000000 -4.500000 1.000000 0.000000

DRONE_004 0

DRONE_005 0

DRONE_006 0

开启基站并重启无人机

开启四个基站。
按标签 ID 从大到小的顺序启动无人机：先启动 3 号机，再启动 2 号机，最后启动 1 号机。
检查各无人机和基站的 LED6 状态。
LED6 快速闪烁表示 UWB 定位系统工作正常，可进行下一步操作。否则，请重启无人机和基站后重新检查。

连接无人机：在虚拟机中进入 ros_ws 目录，打开终端并执行以下命令：

catkin_make
source ./devel/setup.bash

随后运行 ROS 程序：

roslaunch fcu_core fcu_core.launch

终端显示以下信息时，表示已收到无人机的心跳包：系统同时打开 RViz 界面，如下图所示。图中坐标点仅供参考，请以实际运行结果为准。 RViz 是一个三维可视化平台，可用于无人机位置及飞行轨迹的图形化显示。右侧 3D 视图区中的坐标轴表示世界坐标系：红色为 X 轴，绿色为 Y 轴，蓝色为 Z 轴。图中的红点代表无人机在世界坐标系中的位置。