オープンなドローンスタック（PX4、ArduPilot、Dronecode）

製品と提供内容 #

どんな組織か

このハブは、ドローンにコンパニオンコンピュータとROS 2を載せるエンジニアや、2つのオープンなオートパイロットのどちらを選ぶか検討しているエンジニアに向けたものです。ここには単一の企業はありません。Linux Foundationのプレスリリースによれば、Dronecode Foundationは2014年にLinux Foundationの一部として設立され、ベンダー中立を掲げています。同財団のプロジェクトページによれば、PX4 Autopilot、MAVLinkプロトコル、QGroundControl地上局、MAVSDKライブラリをホストしています。また、多くのフライトコントローラが準拠するPixhawkのオープンハードウェア設計も管理しています。

もう一つの主要なオートパイロットがArduPilotです。ardupilot.orgによれば、最初の公開リポジトリは2009年にさかのぼります。商用パートナーの資金提供を受けながら、専門家と愛好家のコミュニティが開発しており、1,000,000台を超える機体に搭載されていると公表しています。ArduPilotはDronecodeのプロジェクトではありませんが、QGroundControlとMAVLinkはどちらにも対応しています。

ツールとAPI

PX4 v1.17.0は2026年5月13日にリリースされました。Pixhawk設計に準拠したフライトコントローラなどで動作し、ソフトウェア・イン・ザ・ループ（SITL）シミュレーションでも動きます。ROS 2との接続はuXRCE-DDSです。ファームウェア内のクライアントがコンパニオンコンピュータ上のMicro XRCE-DDSエージェントと通信し、エージェントがuORBトピックをROS 2のトピックとして公開します。PX4 v1.17では実験的な代替手段としてZenohが追加されましたが、PX4 ROS 2ガイドはほとんどのユーザーにDDSを推奨しています。推奨環境はUbuntu 24.04上のROS 2 Jazzy、またはUbuntu 22.04上のHumbleです。ワークスペースには、ファームウェアのメッセージ定義と同じバージョンのpx4_msgsパッケージが必要です。v1.16以降は、Message Translation Nodeでバージョンの不一致を橋渡しできます。

ArduPilotはファームウェアにDDSサポート（AP_DDS）を組み込んでいます。ArduPilot ROS 2インターフェースのページによれば、ap/pose/filtered、ap/twist/filtered、ap/navsat/navsat0、ap/tfなどのトピックを配信し、アーミング・モード変更・パラメータ用のサービスを提供します。同じページには、サポート対象のROSバージョンはHumbleであり、ArduPilotはROSのディストリビューション間で安定したインターフェースをまだ維持していないとも書かれています。現行のリリース系列は4.7で、2026年10月にCopter・Rover・Sub・Tracker向けの4.7.2がタグ付けされました。

どちらのオートパイロットもMAVLinkを話すため、MAVROS、MAVSDK、QGroundControlはどちらとも使えます。推定器と制御ループについては、空中・フィールドロボットのトピックで詳しく扱っています。

つまずきやすい点: ファームウェアとROSメッセージのバージョンを一致させる必要があります。コンパニオンコンピュータとのシリアルまたはUDP接続のタイミングが、オフボードループをどこまで速くできるかを制限します。各オートパイロットはそれぞれ独自のパラメータセットを持つため、PX4で調整済みの機体設定はArduPilotの設定にはほとんど参考になりません。

移行メモ

最大の落とし穴は座標系です。PX4のメッセージは、ワールド座標系にNED（北・東・下）、機体座標系にFRD（前・右・下）を使います。ROSはREP 103に従いENUとFLUを使います。ArduPilotのDDSのポーズとツイストのトピックは、すでにホーム位置を基準とするローカルENUで表されており、オドメトリはREP 105のodomからbase_linkへの変換に従います。PX4の場合は自分で変換するか、px4_ros_comのframe_transformsライブラリを使います。次のコードは、位置と姿勢をROSの慣例からPX4の慣例に変換します。

import numpy as np
from scipy.spatial.transform import Rotation as R

# World frames: ENU (ROS, REP 103) and NED (PX4). Swap x and y, negate z.
ENU_TO_NED = np.array([[0.0, 1.0, 0.0],
                       [1.0, 0.0, 0.0],
                       [0.0, 0.0, -1.0]])
# Body frames: FLU (ROS) and FRD (PX4). A rotation of pi about x.
FLU_TO_FRD = np.diag([1.0, -1.0, -1.0])

position_enu = np.array([10.0, 2.0, 5.0])  # 10 m east, 2 m north, 5 m up
print("position NED (m):", ENU_TO_NED @ position_enu)

# Attitude: vehicle yawed 30 degrees left of east in ROS (ENU/FLU).
q_enu_flu = R.from_euler("z", 30, degrees=True)  # SciPy quaternions are (x, y, z, w)
rot_ned_frd = ENU_TO_NED @ q_enu_flu.as_matrix() @ FLU_TO_FRD.T
yaw_ned = R.from_matrix(rot_ned_frd).as_euler("ZYX", degrees=True)[0]
print(f"yaw in NED (deg from north, clockwise): {yaw_ned:.1f}")
print("quaternion NED/FRD (x, y, z, w):", np.round(R.from_matrix(rot_ned_frd).as_quat(), 4))

出力はNEDでの位置が (2, 10, -5) m、ヨー角が60.0度です。ENUで東から北へ30度の向きは、NEDでは北から時計回りに60度になります。なお、メッセージ定義によれば、VehicleAttitudeなどのpx4_msgsは四元数を (w, x, y, z) の順で格納し、FRDからNEDへの回転を表します。SciPyとROSのメッセージは (x, y, z, w) の順です。

オートパイロット間の移行: MAVLinkメッセージは共通ですが、フライトモード・パラメータ名・ROS 2トピックはまったく異なります。乗り換えは新規の統合作業として扱ってください。

注意点

• ArduPilotのGPLv3。 ArduPilotのライセンスページによれば、ArduPilotを搭載して出荷する製品は、それがオープンソースであることを顧客に伝え、ソースコードを提供するかそのリンクを示す必要があります。またGPLv3により、購入者はユーザー向け製品のファームウェアを置き換えることができます。PX4のBSD-3ライセンスにはこうした義務はありません。商用製品では、これが選択の決め手になることがよくあります。
• 規制は国ごとに異なる。 飛行ルール、リモートID、操縦者の資格は国によって異なります。オートパイロットが飛行を合法にするわけではありません。
• インターフェースは変わる。 両プロジェクトとも、リリースごとにROS 2インターフェースを改訂します。ファームウェアとメッセージパッケージのバージョンはセットで固定してください。
• 安全。 オフボードのコードはまずSITLでテストしてください。RCによるオーバーライドとジオフェンスを必ず用意し、コンパニオンコンピュータを安全な着陸への唯一の経路にしないでください。