Control PX4 with reComputer Jetson

Emparejar una computadora compañera de alto rendimiento como la reComputer Mini J3010 (Jetson Orin Nano 4G) con un controlador de vuelo PX4 crea la arquitectura central para una amplia gama de sistemas no tripulados inteligentes, incluyendo automóviles autónomos, barcos y drones. Esta poderosa combinación desbloquea aplicaciones innovadoras en campos como logística, investigación científica, búsqueda y rescate, y agricultura de precisión.

Esta configuración permite tareas complejas a bordo como navegación visual, seguimiento de objetos y evasión de obstáculos en tiempo real. El enlace de comunicación entre estos dos "cerebros" es crítico para el rendimiento general y la confiabilidad del sistema.

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Lo Que Aprenderás

• Cómo conectar físicamente tu Jetson a un Pixhawk.
• Los pros y contras de uXRCE-DDS, MAVSDK y MAVROS.
• Instrucciones de configuración paso a paso para los tres métodos de comunicación.
• Cómo verificar la conexión y solucionar problemas comunes.

Prerrequisitos

Antes de comenzar, asegúrate de tener lo siguiente:

• Hardware: Todos los dispositivos listados en la tabla "Entorno de Laboratorio" a continuación.
• Software: Una instalación nueva de Jetson Pack 6.2 y ROS 2 Humble.
• Herramientas: git y pip instalados en tu Jetson.
• Conocimiento: Familiaridad básica con la línea de comandos de Linux, conceptos de ROS 2 (nodos, tópicos) y parámetros PX4 en QGroundControl.

Configuración del Sistema

Entorno de Laboratorio

Componente	Dispositivo/Software	Versión/Modelo
Computadora Compañera	Dispositivo	reComputer Mini J3010 (Jetson Orin Nano 4G)
	SO	Ubuntu 22.04 (JetPack 6.2)
	ROS	ROS 2 Humble
Controlador de Vuelo	MCU	Pixhawk 4 Mini
	Firmware	PX4 v1.15
PC Estación de Tierra	SO	Ubuntu 22.04
	QGC	QGroundControl v5.0 o superior

Conexión de Hardware

Recomendamos encarecidamente usar el UART nativo del Jetson para una conexión robusta que no ocupe un puerto USB.

• Cableado: Use un cable JST-GH de 4 pines para conectar el puerto TELEM1 del Pixhawk 4 Mini al header UART1 del Jetson Orin Nano.
• Archivo de Dispositivo: Este puerto serie corresponde a /dev/ttyTHS1 en el SO del Jetson.

Detalles del Puerto y Pinout del Pixhawk 4 Mini (Haga clic para expandir)

UART	Dispositivo	Descripción del Parámetro QGC	Etiqueta del Puerto en FC
UART1	/dev/ttyS0	GPS1	GPS Module
USART2	/dev/ttyS1	TELEM1	TELEM1
USART3	/dev/ttyS2	TELEM2	N/A
UART4	/dev/ttyS3	TELEM/SERIAL4	UART/I2C B
USART6	/dev/ttyS4	N/A	RC IN
UART7	/dev/ttyS5	N/A	Debug
UART8	/dev/ttyS6	N/A	Not connected (no PX4IO)

Puertos TELEM1, TELEM2

Pin	Señal	Voltaje
1(rojo)	VCC	+5V
2(negro)	TX(out)	+3.3V
3(negro)	RX(in)	+3.3V
4(negro)	CTS(in)	+3.3V
5(negro)	RTS(out)	+3.3V
6(negro)	GND	GND

Puerto DSM RC

Pin	Señal	Voltaje
1(nulo)	VDD_5V_SBUS_RC	+5V
2(amarillo)	SBUS*	+3.3V
3(nulo)	RSSI**	+3.3V
4(rojo)	VDD_3V3_SPEKTRUM	+3.3V
5(negro)	GND	GND

Puerto UART & I2C B *

Pin	Señal	Voltaje
1(rojo)	VCC	+5V
2(negro)	TX(out)	+3.3V
3(negro)	RX(in)	+3.3V
4(negro)	SCL2	+3.3V
5(negro)	SDA2	+3.3V
6(negro)	GND	GND

Puerto SBUS RC

Pin	Señal	Voltaje
1(rojo)	VDD_5V_SBUS_RC	+5V
2(amarillo)	SBUS*	+3.3V
3(null)	RSSI**	+3.3V
4(null)	VDD_3V3_SPEKTRUM	+3.3V
5(negro)	GND	GND

---

Notas al pie:

• * (Puerto UART e I2C B): Un puerto de repuesto para conectar sensores que soporten comunicación serie o I2C, por ejemplo, se puede conectar aquí un segundo módulo GPS.
• * (Señal SBUS): Conecta aquí el cable de señal del receptor SBUS o DSM/Spektrum.
• **** (Señal RSSI): Envía la información de intensidad de señal RC al piloto automático.

CRÍTICO: Configurar Permisos del Puerto Serie

Para evitar usar sudo en cada comando serie, debes añadir tu usuario al grupo dialout. Esta es una configuración única crucial.

sudo usermod -a -G dialout $USER

You must reboot the Jetson for this change to take effect!

Choosing Your Method: A Comparison

Before diving in, understand the trade-offs. The right choice depends entirely on your project's goals.

Feature	uXRCE-DDS (ROS 2 Native) 🚀	MAVSDK (High-Level API) 🐍	MAVROS (ROS Bridge) 🌉
Architecture	PX4 and ROS 2 share a DDS data space for native communication.	A standalone C++ library (with wrappers) providing a high-level API.	A bridge/gateway that translates MAVLink protocol to ROS topics/services.
Performance	Highest. Zero-copy data transfer with the lowest latency.	High. The API calls directly generate efficient MAVLink messages.	Good. A slight overhead exists due to the MAVLink-to-ROS translation layer.
Ease of Use	Moderate. Requires compiling the Agent and px4_msgs.	Easiest. Intuitive, function-based API ideal for rapid prototyping.	Steep learning curve but offers the deepest integration with the ROS ecosystem.
Flexibility	Excellent. Provides direct access to all internal PX4 uORB topics.	Limited. Exposes common actions (takeoff, waypoints) but not raw data.	Excellent. Access to nearly all MAVLink messages, parameters, and services.
ROS Integration	Native ROS 2. The official, future-proof method for ROS 2.	ROS Agnostic. Can be used in any project, easily wrapped in a ROS node.	ROS Centric. The de-facto standard for ROS 1 and widely used in ROS 2.
Use Case	Performance-critical ROS 2 projects needing low-level data access.	Task-level scripting, rapid prototyping, non-ROS projects, and education.	Complex robotics systems integrated with ROS packages like Nav2 or MoveIt.

Method 1: uXRCE-DDS (Native ROS 2 Integration)

This is PX4's official solution for ROS 2, bridging its internal uORB messaging system directly into the ROS 2 network for zero-overhead communication.

Step 1: Compile the Micro XRCE-DDS Agent

The Agent is a small program on the Jetson that acts as a broker between the flight controller's serial connection and the ROS 2 network.

Terminal on Jetson

# 1. Clone the specific version of the Agent repository
cd ~
git clone -b v2.4.2 https://github.com/eProsima/Micro-XRCE-DDS-Agent.git
cd Micro-XRCE-DDS-Agent

# 2. IMPORTANT: Patch the Fast-DDS dependency version
# The v2.12.x tag for fastdds was removed by the vendor; we update it to a working one.
sed -i 's/v2.12.x/v2.13.x/g' SuperBuild.cmake

# 3. Build and install the Agent
mkdir build && cd build
cmake ..
make
sudo make install # Installs MicroXRCEAgent globally

Paso 2: Construir el Paquete ROS 2 px4_msgs

Para permitir que ROS 2 entienda los temas de PX4, debes construir sus definiciones de mensajes.

Terminal on Jetson

# 1. Create a ROS 2 workspace
mkdir -p ~/px4_ros_ws/src
cd ~/px4_ros_ws/src

# 2. Clone the required repositories
git clone https://github.com/PX4/px4_msgs.git
git clone https://github.com/PX4/px4_ros_com.git # Contains examples

# 3. Checkout the branch matching your firmware version
cd px4_msgs
git checkout release/1.15

# 4. Build the workspace
cd ~/px4_ros_ws
source /opt/ros/humble/setup.bash
colcon build

Compatibilidad de Hardware para uXRCE-DDS

La versión de px4_msgs debe alinearse con la versión de tu firmware PX4. Esto es crítico para la compatibilidad.

Además, el soporte completo nativo de ROS 2 vía uXRCE-DDS, que se convirtió en estándar en el firmware PX4 v1.14 y posteriores, requiere controladores de vuelo con 2MB de memoria flash (como el Pixhawk 4 Mini usado en esta guía).

El hardware clásico más antiguo como el popular Pixhawk 2.4.8 (y otras placas basadas en FMUv2) solo tienen 1MB de flash. No pueden ejecutar el firmware estándar pre-compilado requerido para este método uXRCE-DDS. Aunque crear un firmware personalizado y reducido es teóricamente posible, es un proceso complejo.

Si estás usando un Pixhawk 2.4.8 u otra placa de 1MB de flash, recomendamos encarecidamente que omitas este método y procedas directamente al Método 2 (MAVSDK) o Método 3 (MAVROS), ya que ambos usan el protocolo MAVLink que es completamente soportado en tu hardware.

info

La rama de px4_msgs debe coincidir con la versión de tu firmware PX4 para asegurar que las definiciones de mensajes sean compatibles.

Paso 3: Configurar el Firmware PX4

Conéctate a QGroundControl y establece los siguientes parámetros:

1. UXRCE_DDS_CFG: Establece a TELEM1. Esto activa el cliente XRCE-DDS en ese puerto.
2. SER_TEL1_BAUD: Establece a 921600 8N1.
3. MAV_1_CONFIG: Establece a Disabled. Esto es crucial para prevenir que MAVLink entre en conflicto en el mismo puerto.
4. Guarda los parámetros y reinicia el controlador de vuelo.

Paso 4: Lanzar y Verificar

1. Iniciar el Agente en el Jetson (en una terminal):

   Terminal 1: Run Agent

   MicroXRCEAgent serial --dev /dev/ttyTHS1 -b 921600

2. Verificar Tópicos de ROS 2 (en una nueva terminal):

   Terminal 2: Verify Topics

   # Source your workspace in every new terminal
   source ~/px4_ros_ws/install/setup.bash
   
   # You should see a list of topics starting with /fmu/
   ros2 topic list | grep /fmu/
   
   # Echo a topic to see live data streaming from the FCU
   ros2 topic echo /fmu/out/vehicle_odometry

---

Método 2: MAVSDK (API de Alto Nivel)

MAVSDK proporciona una API simple y moderna para controlar drones programáticamente, abstrayendo las complejidades del protocolo MAVLink. Es perfecto para escribir scripts de misión de alto nivel.

Paso 1: Configurar el Firmware PX4

En QGroundControl, cambia la configuración del puerto de modo DDS de vuelta al modo MAVLink.

1. UXRCE_DDS_CFG: Establece de vuelta a Disabled.
2. MAV_1_CONFIG: Establece a TELEM 1 para asignar el puerto a MAVLink.
3. MAV_1_MODE: Establece a Onboard para especificar que el enlace es para una computadora compañera.
4. SER_TEL1_BAUD: Asegúrate de que esto siga siendo 921600 8N1.
5. Guarda los parámetros y reinicia el controlador de vuelo.

Paso 2: Instalar MAVSDK-Python

Terminal on Jetson

pip3 install mavsdk

Paso 3: Escribir y Ejecutar un Script de Control

Este script de Python se conecta, despega a 10 metros, espera, y luego aterriza.

takeoff_and_land.py

import asyncio
from mavsdk import System

async def run():
    # Create a drone object and connect to the flight controller
    drone = System()
    await drone.connect(system_address="serial:///dev/ttyTHS1:921600")

    print("Waiting for drone to connect...")
    # This is an asynchronous generator that yields connection state updates
    async for state in drone.core.connection_state():
        if state.is_connected:
            print("--> Drone discovered!")
            break

if __name__ == "__main__":
    # Run the asyncio event loop
    asyncio.run(run())

Ejecuta el script desde tu terminal: python3 takeoff_and_land.py.

---

Método 3: MAVROS (El Puente ROS Poderoso)

MAVROS es el gateway MAVLink-a-ROS probado en batalla, que ofrece funcionalidad integral y estabilidad sin igual para sistemas complejos basados en ROS.

Paso 1: Configurar el Firmware PX4

La configuración de PX4 para MAVROS es idéntica a la configuración de MAVSDK. Asegúrate de que TELEM1 esté configurado para MAVLink en modo Onboard.

Paso 2: Instalar MAVROS y Dependencias

Terminal on Jetson

sudo apt update
sudo apt install ros-humble-mavros ros-humble-mavros-msgs

¡Prevenir un Fallo Común!

MAVROS requiere un conjunto de datos geográficos para las transformaciones de coordenadas. Un conjunto de datos faltante es una causa común de fallos al inicio. Este script lo descarga e instala.

Terminal on Jetson

sudo bash /opt/ros/humble/lib/mavros/install_geographiclib_datasets.sh 

Paso 3: Lanzar y Verificar

1. Lanzar el nodo MAVROS:

   Terminal 1: Lanzar MAVROS

   source /opt/ros/humble/setup.bash
   
   # Launch mavros, specifying the FCU connection URL via a parameter
   ros2 launch mavros px4.launch fcu_url:="serial:///dev/ttyTHS1:921600"

2. Verificar la Conexión:

   En un nuevo terminal, haz echo del tópico de estado de MAVROS.

   Terminal 2: Verificar Conexión

   ros2 topic echo /mavros/state

   Observa la salida. Una vez que el campo connected cambie a true, MAVROS se está comunicando exitosamente con tu PX4.

---

Solución de Problemas Comunes

Si tienes problemas, revisa primero estos problemas comunes.

• "Permission Denied" en Puerto Serial: Olvidaste agregar tu usuario al grupo dialout y reiniciar. Ve la sección "Conexión de Hardware".
• "No such file or directory" para /dev/ttyTHS1: Verifica dos veces tu cableado físico. ¿Está encendido el controlador de vuelo? Ejecuta ls /dev/ttyTHS* para confirmar el nombre del dispositivo.
• MAVROS se Bloquea al Iniciar: Probablemente omitiste el paso install_geographiclib_dataset.sh. Ejecuta el comando del Método 3.
• colcon build Falla: Asegúrate de haber configurado primero el entorno ROS 2 (source /opt/ros/humble/setup.bash). Para problemas de dependencias más complejos, podrías necesitar ejecutar rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y.

Palabras Finales

Ahora tienes tres métodos poderosos para habilitar la comunicación entre un Jetson Orin y un controlador de vuelo PX4. La mejor herramienta depende de la arquitectura de tu proyecto, las necesidades de rendimiento y la velocidad de desarrollo. Al entender las compensaciones, puedes construir una base robusta para cualquier aplicación de dron autónomo.

¡Feliz vuelo! 🚁

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