4、MAVSDK与多机控制：MAVSDK Python库安装、连接单机与多机、基础指令（起飞、降落、悬停）

好，咱们进入第四章。这一章是真正动手的开始。

前面几章我们聊了PX4的架构、多机协同的逻辑，但那些都是纸上谈兵。从这章开始，我们要让代码真正飞起来。MAVSDK，说白了就是PX4给开发者开的一扇门。你不需要去啃晦涩的MAVLink协议栈，直接用Python就能控制无人机。

我个人习惯把MAVSDK比作「遥控器的API版」。你按一下摇杆，飞机就动；你调一个API，飞机也动。只不过API能做的事情，比摇杆多得多。

4.1 MAVSDK Python库的安装

先搞定环境。我建议你用Python 3.8以上版本，太老的版本有些依赖会出问题。

# 推荐使用虚拟环境，避免污染全局Python
python3 -m venv px4_env
source px4_env/bin/activate  # Linux/Mac
# 或者 Windows: px4_env\Scripts\activate

# 安装MAVSDK
pip install mavsdk

嗯，这里要注意。如果你是在树莓派或者NVIDIA Jetson这类ARM架构的设备上装，可能会遇到编译问题。我曾经在Jetson Nano上折腾了整整一下午，最后发现是缺少libssl-dev。

装完之后验证一下：

python3 -c "from mavsdk import System; print('MAVSDK installed successfully')"

没报错就说明成了。我每次在新环境配完都会跑这一句，省得后面调试半天发现是库没装好。

4.2 连接单机：从地面站到代码

连接无人机，本质上就是建立一个通信通道。MAVSDK支持多种连接方式，最常用的是UDP和串口。

连接方式	适用场景	连接字符串示例
UDP	仿真环境（Gazebo/SITL）	udp://:14540
串口	真实飞控（Pixhawk等）	serial:///dev/ttyUSB0:57600
TCP	远程连接或桥接	tcp://192.168.1.100:5760

我个人在开发阶段几乎只用UDP连仿真。为什么呢？因为串口动不动就掉线，而且调试信息不好抓。仿真环境里你可以随便炸机，不心疼。

来看一个完整的单机连接代码：

import asyncio
from mavsdk import System

async def connect_single_drone():
    drone = System()
    
    # 连接到仿真环境中的无人机
    await drone.connect(system_address="udp://:14540")
    
    print("正在等待无人机连接...")
    async for state in drone.core.connection_state():
        if state.is_connected:
            print(f"无人机已连接！UUID: {state.uuid}")
            break

# 运行
asyncio.run(connect_single_drone())

这里有个细节：async for 是MAVSDK的典型用法。它是个异步迭代器，会不断监听状态变化。我第一次用的时候还纳闷，为什么不用普通的 await？后来才明白，连接状态是动态的，你需要持续监听才能知道什么时候真正连上了。

4.3 连接多机：区分每一架飞机

单机连接搞定了，多机呢？说白了就是给每架飞机分配不同的端口。

在PX4 SITL仿真中，启动多机的标准做法是：

# 启动第一架飞机，端口14540
make px4_sitl gazebo-classic_iris__

# 启动第二架飞机，端口14541
PX4_SIM_MODEL=iris ./build/px4_sitl_default/bin/px4 -i 1

# 启动第三架飞机，端口14542
PX4_SIM_MODEL=iris ./build/px4_sitl_default/bin/px4 -i 2

每架飞机的实例ID（-i参数）不同，对应的UDP端口也不同。规则很简单：实例0用14540，实例1用14541，以此类推。

代码里怎么连？看这个：

async def connect_multiple_drones(count=3):
    drones = []
    
    for i in range(count):
        drone = System()
        port = 14540 + i
        await drone.connect(system_address=f"udp://:{port}")
        
        # 等待连接确认
        async for state in drone.core.connection_state():
            if state.is_connected:
                print(f"无人机 {i} 已连接，端口: {port}")
                drones.append(drone)
                break
    
    return drones

4.4 基础指令：起飞、悬停、降落

连接上了，该让飞机动起来了。MAVSDK的动作指令封装得非常简洁，核心就三个：arm()、takeoff()、land()。

先看一个完整的起飞-悬停-降落流程：

async def basic_flight(drone):
    # 1. 先解锁
    print("正在解锁...")
    await drone.action.arm()
    
    # 2. 起飞到5米高度
    print("起飞中...")
    await drone.action.takeoff()
    
    # 3. 悬停5秒
    print("悬停中...")
    await asyncio.sleep(5)
    
    # 4. 降落
    print("降落中...")
    await drone.action.land()
    
    print("任务完成！")

这段代码看起来简单，但有几个坑我得提醒你：

• 解锁前检查： 确保GPS信号良好（至少6颗星），否则 arm() 会失败。我在室内测试时经常被这个坑到。
• 起飞高度： takeoff() 默认飞到2.5米，但你可以通过 drone.param.set_param_float("MIS_TAKEOFF_ALT", 5.0) 修改。
• 悬停不是静止： 受风力和GPS精度影响，飞机会在小范围内漂移。别指望它像钉子一样钉在空中。

4.5 多机同时起飞：同步的艺术

单机飞没意思，咱们来点真格的——让三架飞机同时起飞。

这里的关键是「同步」。你不能让飞机A先飞，飞机B后飞，那样就乱套了。正确的做法是：先让所有飞机都准备好，然后同时发送指令。

async def sync_takeoff(drones):
    # 第一步：所有飞机解锁
    print("正在解锁所有飞机...")
    tasks = [drone.action.arm() for drone in drones]
    await asyncio.gather(*tasks)
    
    # 第二步：同时起飞
    print("所有飞机同时起飞！")
    tasks = [drone.action.takeoff() for drone in drones]
    await asyncio.gather(*tasks)
    
    # 第三步：同时悬停
    print("所有飞机悬停中...")
    await asyncio.sleep(10)
    
    # 第四步：同时降落
    print("所有飞机同时降落！")
    tasks = [drone.action.land() for drone in drones]
    await asyncio.gather(*tasks)

asyncio.gather 是Python异步编程里的「并发执行器」。它会同时启动所有协程，然后等待它们全部完成。说白了就是「大家一起上」。

你想想看，如果不用 gather，而是用 for 循环一个个调用，那第二架飞机要等第一架起飞完才开始，这就不是多机协同了，是单机串行表演。

4.6 本章知识体系

下面这张图帮你梳理了本章的核心逻辑：

4.7 常见问题与调试技巧

最后分享几个我踩过的坑，希望能帮你省点时间：

• 连接超时： 检查防火墙是否阻挡了UDP端口。仿真环境下，14540端口必须开放。
• 解锁失败： 大概率是GPS信号不足，或者飞控处于「安全模式」。检查QGroundControl的状态指示灯。
• 多机端口冲突： 用 netstat -tulpn | grep 1454 查看端口占用情况。
• 异步代码卡死： 确保事件循环没有嵌套。MAVSDK要求所有操作在同一个事件循环中执行。