AirSim无人机键盘控制

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前言

有时候为了方便在AirSim调试无人机，验证一些视觉模块，使用键盘来控制无人机移动显得十分必要，或者，有时候我们想手动控制验证一下自己实现的底层飞控性能，这时，我们特别希望能够通过自写程序全方位手动控制无人机。鉴于AirSim官方提供的键盘控制Demo程序比较简单，每个时刻只能根据一个按键状态来控制无人机进行简单飞行，也就是说一个时刻无法提供多个控制度(前进&上升&自旋&平移)，我将分享一下自己在AirSim仿真中项目中实现的多按键控制。

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本文实现效果

一、环境依赖

Pygame。它是一个Python的扩展库，它囊括了SDL库以及这个库的一些依赖库，它是极度轻便的并且可以运行在几乎所有的平台和操作系统上，在本案例中我们使用Pygame来可视化以及捕捉键盘鼠标事件。

pip3 install pygame

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二、多按键检测

1.Pygame中的常用的键盘鼠标事件

代码如下：

import pygame

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode((640, 480))
pygame.display.set_caption('keyboard ctrl')
screen.fill((0, 0, 0))

while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            sys.exit()
            
        # >------>>>  处理鼠标事件   <<<------< #
        if event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            print("Mouse Down: ", event)
        if event.type == pygame.MOUSEBUTTONUP:
            print("Mouse Up", event)
        if event.type == pygame.MOUSEMOTION:
            print("Mouse is moving now: ", event)
            
        # >------>>>  处理键盘事件   <<<------< #
        if event.type == pygame.KEYDOWN:
            if event.key == pygame.K_RETURN:
                print("keyboard event: ", event)

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2.利用Pygame实现的多按键检测

代码如下：

import sys
import pygame

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode((640, 480))
pygame.display.set_caption('keyboard ctrl')
screen.fill((0, 0, 0))


while True:

    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            sys.exit()

    scan_wrapper = pygame.key.get_pressed()
    print("pressed keys is ", scan_wrapper)
    
    # press 'Esc' to quit
    if scan_wrapper[pygame.K_ESCAPE]:
        pygame.quit()
        sys.exit()

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AirSim中键盘控制实现

为了充分彰显程序键盘控制的开放性，这里添加了加速按键(按下空格键进行10倍加速)：

import sys
import time
import airsim
import pygame

# >------>>>  pygame settings   <<<------< #
pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode((640, 480))
pygame.display.set_caption('keyboard ctrl')
screen.fill((0, 0, 0))

# >------>>>  AirSim settings   <<<------< #
# 这里改为你要控制的无人机名称(settings文件里面设置的)
vehicle_name = "Drone"
AirSim_client = airsim.MultirotorClient()
AirSim_client.confirmConnection()
AirSim_client.enableApiControl(True, vehicle_name=vehicle_name)
AirSim_client.armDisarm(True, vehicle_name=vehicle_name)
AirSim_client.takeoffAsync(vehicle_name=vehicle_name).join()

# 基础的控制速度(m/s)
base_velocity = 2.0
# 设置临时加速比例
speedup_ratio = 10.0
# 用来设置临时加速
speedup_flag = False

# 基础的偏航速率
base_yaw_rate = 5.0


while True:

    yaw_rate = 0.0
    velocity_x = 0.0
    velocity_y = 0.0
    velocity_z = 0.0

    time.sleep(0.02)

    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            sys.exit()

    scan_wrapper = pygame.key.get_pressed()

    # 按下空格键加速10倍
    if scan_wrapper[pygame.K_SPACE]:
        scale_ratio = speedup_ratio
    else:
        scale_ratio = speedup_ratio / speedup_ratio

    # 根据 'A' 和 'D' 按键来设置偏航速率变量
    if scan_wrapper[pygame.K_a] or scan_wrapper[pygame.K_d]:
        yaw_rate = (scan_wrapper[pygame.K_d] - scan_wrapper[pygame.K_a]) * scale_ratio * base_yaw_rate

    # 根据 'UP' 和 'DOWN' 按键来设置pitch轴速度变量(NED坐标系，x为机头向前)
    if scan_wrapper[pygame.K_UP] or scan_wrapper[pygame.K_DOWN]:
        velocity_x = (scan_wrapper[pygame.K_UP] - scan_wrapper[pygame.K_DOWN]) * scale_ratio

    # 根据 'LEFT' 和 'RIGHT' 按键来设置roll轴速度变量(NED坐标系，y为正右方)
    if scan_wrapper[pygame.K_LEFT] or scan_wrapper[pygame.K_RIGHT]:
        velocity_y = -(scan_wrapper[pygame.K_LEFT] - scan_wrapper[pygame.K_RIGHT]) * scale_ratio

    # 根据 'W' 和 'S' 按键来设置z轴速度变量(NED坐标系，z轴向上为负)
    if scan_wrapper[pygame.K_w] or scan_wrapper[pygame.K_s]:
        velocity_z = -(scan_wrapper[pygame.K_w] - scan_wrapper[pygame.K_s]) * scale_ratio

    # print(f": Expectation gesture: {velocity_x}, {velocity_y}, {velocity_z}, {yaw_rate}")

    # 设置速度控制以及设置偏航控制(存在一定问题，大家测试过才知道)
    AirSim_client.moveByVelocityBodyFrameAsync(vx=velocity_x, vy=velocity_y, vz=velocity_z, duration=0.02,
                                      yaw_mode=airsim.YawMode(True, yaw_or_rate=yaw_rate), vehicle_name=vehicle_name)

    # press 'Esc' to quit
    if scan_wrapper[pygame.K_ESCAPE]:
        pygame.quit()
        sys.exit()

下期预告

增加键盘控制第一视角图像实时显示，以及进行代码封装，方便移植。