Dronekitによる python apiとアプリ開発の概要

Dronekitによる Python APIと
アプリ開発の概要
@ogochan
2015年７月２０日

DroneKit-Pythonとは
• DroneKitの中心的API
• companion computer上で稼動して、
AruduPilotと通信する
• 自律運転(オートパイロット)を高度化する
• MAVLinkで通信する
• 制御だけでなくテレメータ機能もある
• OSS(Apacheライセンス)でGithubにホストされ
ている

Pythonかよ！
• 「RubyやC++じゃねーの？」
• ↑と文法的にかけ離れてるわけじゃない
• 後述するようにプログラムとして難しいわけじゃない
(「凄いテクニック」とかいらない)
• ぶっちゃけPythonよくわからなくても、サンプル見た
らなんとなくわかる(私もそうだった)
たいした問題じゃない！

APIの機能
• 機体リストの取得
• 機体の状態を設定、テレメトリの取得
• 非同期に状態変更を受信する
• waypoint mission(通過点を指定した飛行)の
作成と管理(自動モード)
• 指定した場所への誘導(誘導モード)
• 機体へのメッセージ送信
• 設定済みラジコンチャンネルの書き換え

API一覧
クラス API 機能値
droneapi.lib.APIConnection exit 現在のスレッドが終了しているかどうか終了していたらTrue
get_vehicles 現在のコネクションで制御可能な機体の取得制御可能なVehicleオブジェクトの集合
droneapi.lib.Vehicle
location 現在のLocation droneapi.lib.Location
attitude 現在のAttitude droneapi.lib.Attitude
velocity 現在の速度 [ vx, vy, vz ]
mode 現在の飛行モードの取得と設定 droneapi.lib.VehicleMode
airspeed 現在の対気速度 double
groundspeed 現在の対地速度 double
gps_0 GPSの情報 droneapi.lib.GPSInfo
armed 装備状態 boolean
mount_status ジンバルの状態 [ pitch, yaw, roll ] or None
battery バッテリの状態 droneapi.lib.Battery
channel_override RCチャネルの直接的な変更ハッシュ
channel_readback RCチャネルの読み出しハッシュ
add_attribute_observer 属性オブザーバの追加
commands 現在の飛行の通過点(waypoint)の取得 droneapi.lib.CommandSequence
flush() いわゆるflush
message_factory 生MAV Linkメッセージを作成するオブジェクトを得る
parameters 機体のパラメータ(編集可能)を得る droneapi.lib.Parameters
remove_attribute_observer 属性オブザーバの削除
send_mavlink 生MAV Linkメッセージの送信
set_mavlink_callback 非同期通知を受け取った時のcallbackの設定
droneapi.lib.Location 機体の位置
lat Latitude(緯度) double
lon Longitude(経度)
alt Altitude(高度)
is_relative 高度が絶対(海抜)か相対(ホーム位置)か True or False
droneapi.lib.Attitude 機体の方向
pitch ピッチ radian
yaw ヨー radian
roll ロール radian
droneapi.lib.VehicleMode フライトモード(機体特性に依る)
name モードの名前
droneapi.lib.GPSInfo GPSの情報
eph HDOP（Horizontal Dilution of Precision） cm
epv VDOP（Vertical Dilution of Precision） cm
fix_type GPSの運転モード 0: no, 2:2D, 3:3D
satellites_visible 見えている衛星の数
droneapi.lib.Battery バッテリーの状態
voltage 電圧 mV
current 電流 10mA
level 残量
droneapi.lib.CommandSequence 飛行の通過点(waypoint)の並び
takeoff(altitude) テイクオフ高度
add(cmd) 通過点の追加 droneapi.lib.Command
clear() コマンドリストの消去
count 通過点の数
download() 機体から通過点をダウンロード
goto(location) 指定位置への移動 droneapi.lib.Location
next 現在意味のある通過点の数
wait_valid() 通過点ダウンロードが終了するまでブロック
droneapi.lib.Parameters 機体のパラメータ
[]= パラメータの設定
[] パラメータの参照

キモ
いっぱいあるけど、
が理解出来れば、
だいたいOK
他はほとんどデータ操作

location 現在のLocation droneapi.lib.Location
attitude 現在のAttitude droneapi.lib.Attitude
velocity 現在の速度 [ vx, vy, vz ]
mode 現在の飛行モードの取得と設定 droneapi.lib.VehicleMode
airspeed 現在の対気速度 double
groundspeed 現在の対地速度 double
gps_0 GPSの情報 droneapi.lib.GPSInfo
armed 装備状態 boolean
mount_status ジンバルの状態 [ pitch, yaw, roll ] or None
battery バッテリの状態 droneapi.lib.Battery
channel_override RCチャネルの直接的な変更ハッシュ
channel_readback RCチャネルの読み出しハッシュ
add_attribute_observer 属性オブザーバの追加
commands 現在の飛行の通過点(waypoint)の取得 droneapi.lib.CommandSequence
flush() いわゆるflush
message_factory 生MAV Linkメッセージを作成するオブジェクトを得る
parameters 機体のパラメータ(編集可能)を得る droneapi.lib.Parameters
remove_attribute_observer 属性オブザーバの削除
send_mavlink 生MAV Linkメッセージの送信
set_mavlink_callback 非同期通知を受け取った時のcallbackの設定

droneapi.lib.Location
lat Latitude(緯度) double
lon Longitude(経度)
alt Altitude(高度)
is_relative 高度が絶対(海抜)か相対(ホーム位置)か True or False

droneapi.lib.Attitude
pitch ピッチ radian
yaw ヨー radian
roll ロール radian

droneapi.lib.Battery
voltage 電圧 mV
current 電流 10mA
level 残量

droneapi.lib.CommandSequence
takeoff(altitude) テイクオフ高度
add(cmd) 通過点の追加 droneapi.lib.Command
clear() コマンドリストの消去
count 通過点の数
download() 機体から通過点をダウンロード
goto(location) 指定位置への移動 droneapi.lib.Location
next 現在意味のある通過点の数
wait_valid() 通過点ダウンロードが終了するまでブロック

サンプル解説
http://python.dronekit.io/examples/index.html
にあるサンプルの解説をちょっとだけします。
今回は、
• Vehicle State
• Simple Go To (Copter)
• Follow Me
を解説します。

Vehicle State(1)
from droneapi.lib import VehicleMode
from pymavlink import mavutil
import time
api = local_connect()
v = api.get_vehicles()[0]
ライブラリのインポート
コネクションの確立
コネクション配下にある最初の機体の情
報の取得
値の出力をします

Vehicle State(2)
print "nGet all vehicle attribute values:"
print " Location: %s" % v.location
print " Attitude: %s" % v.attitude
print " Velocity: %s" % v.velocity
print " GPS: %s" % v.gps_0
print " Groundspeed: %s" % v.groundspeed
print " Airspeed: %s" % v.airspeed
print " Mount status: %s" % v.mount_status
print " Battery: %s" % v.battery
print " Mode: %s" % v.mode.name # settable
print " Armed: %s" % v.armed # settable
それぞれの値はそれぞれのクラスなの
だけど、’print’は良きにはからってくれま
す。
値の出力をします

Vehicle State(2)
Get all vehicle attribute values:
Location: Attitude: Attitude:pitch=-0.00405988190323,yaw=-0.0973932668567,roll=-
0.00393210304901
Velocity: [0.06, -0.07, 0.0]
GPS: GPSInfo:fix=3,num_sat=10
Groundspeed: 0.0
Airspeed: 0.0
Mount status: [None, None, None]
Battery: Battery voltage: 12590, current: 0, level: 99
Mode: STABILIZE
Armed: False
この辺の実行結果

Vehicle State(3)
print "Set Vehicle.mode=GUIDED
(currently: %s)" % v.mode.name
v.mode = VehicleMode("GUIDED")
v.flush()
while not v.mode.name=='GUIDED' and not
api.exit:
print " Waiting for mode change ..."
time.sleep(1)
print "Set Vehicle.armed=True (currently: %s)" %
v.armed
v.armed = True
v.flush()
while not v.armed and not api.exit:
print " Waiting for arming..."
time.sleep(1)
フライトモードを’GUDED’にします
確実な操作をするために、flushして状態
が変化するまで待ちます
‘armed’にします
同じく確実に操作するためにflushして状
態が変化するまで待ちます
機体を「armed」にします

Vehicle State(3)
Set Vehicle.mode=GUIDED (currently: STABILIZE)
Waiting for mode change ...
Got MAVLink msg: COMMAND_ACK {command : 11, result : 0}
GUIDED> Mode GUIDED
Set Vehicle.armed=True (currently: False)
Waiting for arming...
APM: ARMING MOTORS
APM: Initialising APM...
ARMED

Vehicle State(4)
def mode_callback(attribute):
print " CALLBACK: Mode changed to: ",
v.mode.name
print "nAdd mode attribute observer for
Vehicle.mode"
v.add_attribute_observer('mode', mode_callback)
print " Set mode=STABILIZE (currently: %s)" %
v.mode.name
v.mode = VehicleMode("STABILIZE")
v.flush()
print " Wait 2s so callback invoked before
observer removed"
time.sleep(2)
v.remove_attribute_observer('mode',
mode_callback)
オブザーバの内容です。「オブザーバ」と
か言ってますが、要するにコールバック
です。
モード変更のオブザーバとして登録しま
す
モードを‘STABILIZE’にします
確実に操作するためにflushして状態が
変化するまで待ちます
オブザーバを外すのを2秒待ちます
オブザーバを外します
オブザーバをつけたり外したりします

Vehicle State(4)
Add mode attribute observer for Vehicle.mode
Set mode=STABILIZE (currently: GUIDED)
Wait 2s so callback invoked before observer removed
STABILIZE> Mode STABILIZE
CALLBACK: Mode changed to: STABILIZE

Vehicle State(5)
print "nGet home location"
cmds = v.commands
cmds.download()
cmds.wait_valid()
print " Home WP: %s" % cmds[0]
現在のミッションの通過点(waypoint)をダ
ウンロードします
ダウンロードが完了するまで待ちます
一番最初の通過点は初期位置です
機体の初期位置(home location)を得ます

Vehicle State(5)
Get home location
Requesting 0 waypoints t=Fri May 15 11:35:58 2015 now=Fri May 15 11:35:58 2015
Home WP: MISSION_ITEM {target_system : 255, target_component : 0, seq : 0, frame : 0,
command : 16, current : 0, autocontinue : 1, param1 : 0.0, param2 : 0.0, param3 : 0.0, param4 :
0.0, x : -35.3632621765, y : 149.165237427, z : 583.729980469}

Vehicle State(6)
print "nRead vehicle param 'THR_MIN': %s" %
v.parameters['THR_MIN']
print "Write vehicle param 'THR_MIN' : 10"
v.parameters['THR_MIN']=10
v.flush()
print "Read new value of param
'THR_MIN': %s" % v.parameters['THR_MIN']
パラメータ‘THR_MIN’を読みます。
パラメータ’THR_MIN’を10に設定します
完了するまで待ちます
あらためてパラメータ’THR_MIN’を読み
ます
なお、’THR_MIN’とはストットルの最小値
を意味します。
機体のパラメータの読み出し書き込みをします

Vehicle State(6)
Read vehicle param 'THR_MIN': 130.0
Write vehicle param 'THR_MIN' : 10
timeout setting THR_MIN to 10.000000
Read new value of param 'THR_MIN': 10.0

Vehicle State(7)
print "nOverriding RC channels for roll and yaw"
v.channel_override = { "1" : 900, "4" : 1000 }
v.flush()
print " Current overrides are:",
v.channel_override
print " Channel default values:",
v.channel_readback # All channel values before
override
# Cancel override by setting channels to 0
print " Cancelling override"
v.channel_override = { "1" : 0, "4" : 0 }
v.flush()
チャネルの値を変更します
反映させます
上書きされた値を表示します
元の値を表示します
上書きをやめてコントローラの値に戻し
ます(0を設定するのはそういう意味)
反映させます
RCチャンネルの上書き

Vehicle State(7)
Overriding RC channels for roll and yaw
Current overrides are: {'1': 900, '4': 1000}
Channel default values: {'1': 1500, '3': 1000, '2': 1500, '5': 1800, '4': 1500, '7': 1000, '6': 1000, '8':
1800}
Cancelling override

Vehicle State(8)
print "nReset vehicle atributes/parameters and
exit“
v.mode = VehicleMode("STABILIZE")
v.armed = False
v.parameters['THR_MIN']=130
v.flush()
機体モードを’STABILIZE’に
armedをFalseに
スロットル最小値を130に
反映させます
ヤバそうな値は元に戻しておきます

Vehicle State(8)
Reset vehicle atributes/parameters and exit
APM: DISARMING MOTORS
DISARMED
timeout setting THR_MIN to 130.000000
APIThread-0 exiting...

Simple Go To (Copter) (1)
import time
from droneapi.lib import VehicleMode
from pymavlink import mavutil
コネクションの確立
コネクション配下にある最初の機体の情
報の取得
目的の場所に移動させるサンプルです

def arm_and_takeoff(aTargetAltitude):
print "Basic pre-arm checks"
if vehicle.mode.name == "INITIALISING":
print "Waiting for vehicle to initialise“
time.sleep(1)
while vehicle.gps_0.fix_type < 2:
print “Waiting for GPS...:”, vehicle.
gps_0. fix_type
time.sleep(1)
armedにし、目的の高度まで飛び上がる
関数(手続)を定義します
メッセージを出します
モードが’INITIALISING’であれば、
「初期化待ち」を表示して
1秒待ちます
GPSが有効になるまで
メッセージを出して
1秒待ちます
機体とGPSの初期化をします
GPSのfix_typeが2次元未満の場合は、
GPSは無効の状態です

print "Arming motors“
vehicle.mode = VehicleMode("GUIDED")
vehicle.armed = True
vehicle.flush()
while not vehicle.armed and not api.exit:
print " Waiting for arming...“
time.sleep(1)
モードが’GUIDED’にして
armedにします
変更を反映させて、
armedになるまで
メッセージを出して
1秒待ちます
armedにします
モードの’GUIDED’とは、通過点通りに飛
行する以外のモードです

print "Taking off!“
vehicle.commands.takeoff(aTargetAltitude)
vehicle.flush()
目的の高度まで飛行するコマンドを出し
反映させます
飛び立ちます

while not api.exit:
print " Altitude: ", vehicle.location.alt
if vehicle.location.alt >=
aTargetAltitude * 0.95:
print "Reached target altitude“
break;
time.sleep(1)
APIが生きている限り
高度を表示します
目的の高度であるか調べ、
目的の高度であればメッセー
ジを出して、
ループを抜けます
そうでなければ1秒待ちます
目的の高度になるまで処理を待ちます

arm_and_takeoff(20)
print "Going to first point..."
point1 = Location(-35.361354, 149.165218, 20,
is_relative=True)
vehicle.commands.goto(point1)
vehicle.flush()
time.sleep(30)
print "Going to second point..."
point2 = Location(-35.363244, 149.168801, 20,
is_relative=True)
vehicle.commands.goto(point2)
vehicle.flush()
time.sleep(20)
print "Returning to Launch"
vehicle.mode = VehicleMode("RTL")
vehicle.flush()
目的高度まで飛び立たせます
最初のポイントに飛行します
最初の点のLocationを作ります
移動するよう指示して
反映させます
30秒待ちます(多分その間に飛行する)
次のポイントに飛行します
次のポイントのLocationを作ります
移動するよう指示して
反映させます
20秒待ちます(多分その間に飛行する)
帰投モードにします
反映させます
メインのコントロールです

Follow Me(1)
import gps
import socket
import time
from droneapi.lib import VehicleMode, Location
このサンプルでは、GPSデーモンと通信し
て、その位置に移動させるために、今ま
でとはちょっと違うライブラリもインポート
しています
「付いて来る」

Follow Me(2)
def followme():
try:
if v.mode.name == "INITIALISING":
print "Vehicle still booting, try
again later"
return
cmds = v.commands
is_guided = False
gpsd = gps. gps ( mode = gps.
WATCH_ENABLE)
「付いて来る」関数を定義します
例外処理を考慮します
いつもの準備
モードが’INITIALISING’であれば、
「後にしろ」を表示して
おしまい
Commandを取得します
GPSが取得出来るようにしま
す
機体とGPSの初期化をします

Follow Me(3)
while not api.exit:
gpsd.next()
if is_guided and v.mode.name != "GUIDED":
print "User has changed flight modes -
aborting follow-me“
break
if (gpsd.valid & gps.LATLON_SET) != 0:
altitude = 30
dest = Location(gpsd.fix.latitude,
gpsd.fix.longitude, altitude,
is_relative=True)
print "Going to: %s" % dest
cmds.goto(dest)
is_guided = True
v.flush()
time.sleep(2)
APIが生きている間
GPSデータを取得します
モードに矛盾があったら停止
GPSデータが有効であれば
高さを30mにして
GPSから取得した位置で
Locationを作り、
Locationを表示し
Locationに行くように指示
反映させて
2秒待ちます
「付いて来る」の本体

Follow Me(4)
except socket.error:
print "Error: gpsd service does not seem to
be running, plug in USB GPS or run run-fake-
gps.sh"
socketの例外の場合
例外処理

おまけ(DroneKitのbuild)
git clone git://github.com/diydrones/ardupilot.git
sudo apt-get install python-matplotlib python-
serial python-wxgtk2.8 python-lxml
sudo apt-get install python-scipy python-opencv
ccache gawk git python-pip python-pexpect
sudo pip install pymavlink MAVProxy
cd ardupilot
export PATH=$PATH:$HOME/ardupilot/jsbsim/src
export
PATH=$PATH:$HOME/ardupilot/Tools/autotest
sim_vehicle.sh -w
ソースを取得
いろいろ必要なものをインストール
環境変数作る
Buildもこの中で勝手にしてくれる
IA64、RaspberryPi上で可能(Ubuntu 14)

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