Simulação do Drone

Ambiente containerizado com Podman para simulação de drones, integrando o controlador de voo ArduPilot SITL com o simulador 3D Gazebo Harmonic. Desenvolvido para funcionar em Linux, testado em ambientes Fedora.

• Visão Geral
• Pré-requisitos
• Instalação Rápida
• Uso
• Conectando um GCS Externo
• Streaming de Vídeo
• Personalização
• Build
• Estrutura do Projeto
• Solução de Problemas

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Visão Geral

O projeto executa dois contêineres dentro de um Pod:

┌─────────────────────────────── Pod (ardupilot-sim) ────────────────────────────────┐
│                                                                                │
│  ┌─────────────────────┐    UDP/JSON (9005)    ┌────────────────────────────┐  │
│  │   ArduPilot SITL    │◄─────────────────────►│     Gazebo Harmonic        │  │
│  │  (controlador de    │                       │  (física, sensores, 3D)    │  │
│  │   voo simulado)     │                       │      GPU (/dev/dri)        │  │
│  └──────┬──────────────┘                       └──────────┬─────────────────┘  │
│         │ TCP                                             │ UDP                │
│         │ 5760, 5762, 5763                                │ 5600               │
└─────────┼─────────────────────────────────────────────────┼────────────────────┘
          ▼                                                 ▼
    GCS Externo                                      Streaming de Vídeo
    (Mission Planner,                                (GStreamer)
    QGroundControl,
    MAVProxy)

Componente	Descrição
ArduPilot SITL	Simula o controlador de voo do drone. Recebe comandos MAVLink e envia estado do veículo.
Gazebo Harmonic	Simula a física, sensores (IMU, GPS, câmera) e renderiza o ambiente 3D. Comunica-se com o ArduPilot via JSON.

Portas de Rede

Porta	Protocolo	Uso
5760	TCP	Conexão MAVLink primária (GCS externo)
5762	TCP	Conexão MAVLink secundária
5763	TCP	Conexão MAVLink terciária
9005	UDP	Comunicação interna ArduPilot <-> Gazebo (JSON SITL)
5600	UDP	Streaming de vídeo (GStreamer)

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Pré-requisitos

Sistema Operacional

• Linux ou WSL com passthrough de GPU

Hardware

• GPU (necessária para o Gazebo Harmonic, mesmo que integrada)

Software

Verifique se as seguintes ferramentas estão instaladas:

podman --version    # Podman 4.0+
make --version      # GNU Make
git --version       # Git
envsubst --version  # gettext (para substituição de variáveis nos YAMLs)

Para instalar no Fedora/RHEL:

sudo dnf install podman make git gettext

No Ubuntu/Debian:

sudo apt update
sudo apt install podman make git gettext

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Uso

Clonar o repositório

git clone --recurse-submodules https://github.com/KaueAbade/ardupilot-sim.git
cd ardupilot-sim

Iniciar a simulação completa (Gazebo + ArduPilot)

Este é o modo principal. Inicia ambos os contêineres em um único Pod, com o ArduPilot conectado ao Gazebo:

make run

Este comando faz o download dos conteineres do repositório

Você verá:

• Janela do Gazebo com o ambiente 3D e o drone Iris na pista
• Console do MAVProxy com informações de telemetria e prompt de comandos

Para testar um voo básico no console do MAVProxy:

STABILIZE> mode guided
GUIDED> arm throttle
GUIDED> takeoff 10

Ou inicie um vôo por meio de seu GCS Externo de preferência

Apenas ArduPilot SITL

Para testes de lógica de voo sem o simulador 3D (não requer GPU):

make run-ardupilot

Apenas Gazebo Harmonic

Para testar cenários e modelos 3D sem o controlador de voo:

make run-gazebo

Parar qualquer uma das simulações

make stop

Resumo dos comandos

Comando	Descrição
make help	Lista todos os comandos disponíveis
make run	Inicia a simulação completa (Gazebo + ArduPilot)
make run-ardupilot	Inicia apenas o ArduPilot SITL
make run-gazebo	Inicia apenas o Gazebo Harmonic
make build	Builda todos os contêineres
make build-ardupilot	Builda apenas o contêiner do ArduPilot SITL
make build-gazebo	Builda apenas o contêiner do Gazebo Harmonic
make stop	Para todos os pods da simulação
make clean	Limpa todas as imagens geradas

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Conectando um GCS Externo

O ArduPilot SITL expõe portas MAVLink via TCP na rede local. Para conectar uma estação de controle terrestre:

Mission Planner / QGroundControl

1. Abra o programa
2. Conecte via TCP, endereço 127.0.0.1, porta 5762

MAVProxy (linha de comando)

O console do MAVProxy já é iniciado automaticamente dentro do contêiner. Para conectar uma instância adicional da máquina host:

mavproxy.py --master=tcp:127.0.0.1:5762

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Streaming de Vídeo (Câmera do Gazebo)

O streaming de video da câmera virtual do Gazebo é iniciado automaticamento pelo make run ou make run-gazebo.

A stream estará disponível na porta UDP 5600 no formato h.264.

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Personalização

Trocar o mundo/cenário

Os mundos disponíveis estão em gazebo-harmonic/src/worlds/:

Arquivo	Descrição
iris_runway.sdf	Drone Iris com gimbal em uma pista (padrão)
iris_warehouse.sdf	Drone Iris em um armazém
gimbal.sdf	Cenário de teste para gimbal
zephyr_runway.sdf	Asa-fixa Zephyr em uma pista
zephyr_parachute.sdf	Asa-fixa Zephyr com paraquedas

Para alterar o mundo, edite o argumento args no arquivo drone_sim.yaml:

args: ["/usr/bin/gz", "sim", "-v4", "-r", "iris_warehouse.sdf"]
                                          ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

Trocar o modelo do drone

Os modelos disponíveis estão em gazebo-harmonic/src/models/:

• iris_with_ardupilot/ — Iris quadcopter com plugin ArduPilot
• iris_with_gimbal/ — Iris com gimbal (usado no cenário padrão)
• iris_with_standoffs/ — Iris com estrutura de suporte
• zephyr_with_ardupilot/ — Asa-fixa Zephyr com plugin ArduPilot
• zephyr_with_parachute/ — Zephyr com paraquedas
• gimbal_small_1d/, gimbal_small_2d/, gimbal_small_3d/ — Gimbals de 1, 2 e 3 graus de liberdade

Os modelos são referenciados nos arquivos .sdf dos mundos via <uri>model://nome_do_modelo</uri>.

Alterar parâmetros do ArduPilot

Arquivos .parm ficam em gazebo-harmonic/src/config/:

• gazebo-iris-gimbal.parm — Parâmetros do Iris com gimbal (tipo de frame, limites do gimbal, mapeamento RC)

Esses arquivos são montados no contêiner via volume e podem ser editados sem rebuild.

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Build

Clonar o repositório

git clone --recurse-submodules https://github.com/KaueAbade/ardupilot-sim.git
cd ardupilot-sim

Buildar as imagens

make build

Esse comando faz o download da seguinte imagem:

• gazebo:harmonic-full — Gazebo Harmonic (Imagem da comunidade)

E builda estas três:

• ghcr.io/KaueAbade/ardupilot-sim/ardupilot:latest — Ambiente de Desenvolvimento Ardupilot
• ghcr.io/KaueAbade/ardupilot-sim/ardupilot-sitl:latest — ArduPilot SITL (ArduCopter compilado para placa SITL)
• ghcr.io/KaueAbade/ardupilot-sim/gazebo-harmonic-ardupilot:latest — Gazebo Harmonic com plugin ardupilot_gazebo

Note

O primeiro build pode levar 30 minutos ou mais, pois compila o ArduPilot, baixa o toolchain ARM e builda o plugin do Gazebo. Builds seguintes utilizam cache do Podman e são muito mais rápidas.