MIT Cheetah-Software 四足机器人控制入门指南

项目概述

MIT Cheetah-Software 是一个用于控制四足机器人的开源软件系统，特别为MIT研发的Mini Cheetah和Cheetah 3机器人设计。该系统提供了完整的仿真环境和硬件控制接口，使研究人员能够快速开发和测试各种控制算法。

环境配置

系统依赖安装

在Ubuntu系统上，需要先安装以下基础依赖包：

sudo apt install mesa-common-dev freeglut3-dev coinor-libipopt-dev libblas-dev liblapack-dev gfortran liblapack-dev coinor-libipopt-dev cmake gcc build-essential libglib2.0-dev

对于较新版本的Ubuntu(18.10或19.04)，Qt可以通过以下方式安装：

sudo apt install libqt5 libqt5gamepad5

第三方库要求

系统还需要以下三个关键库：

1. LCM：轻量级通信库，版本1.3.1或更高
2. Qt：图形界面框架，需要5.10.0或更高版本，且必须包含gamepad库
3. Eigen：线性代数库

代码构建流程

1. 获取代码仓库
2. 进入项目目录
3. 执行类型生成脚本
4. 创建并进入build目录
5. 使用CMake生成构建系统
6. 使用make进行编译

cd scripts
./make_types.sh
cd ..
mkdir build
cd build
cmake ..
make -j

测试验证

编译完成后，可以通过运行common/test-common来执行基础测试。需要注意：

• OSQP测试可能因求解器非确定性而偶尔失败，重新运行即可
• CASADI测试可能因动态库加载问题失败，这不会影响基本功能

控制器硬件配置

系统推荐使用Logitech F310游戏手柄作为控制输入设备，使用时需注意：

1. 手柄背面的开关应置于"X"位置
2. 更改开关位置后需要重新连接设备
3. 模式按钮附近的LED指示灯应保持熄灭状态

仿真环境使用指南

配置文件说明

仿真器有两个主要配置文件：

1. simulator-defaults.yaml：仿真器默认参数
2. default-terrain.yaml：地形配置，可添加障碍物和调整地面摩擦系数

启动流程

1. 连接游戏手柄
2. 运行sim/sim启动仿真器
3. 选择"Mini Cheetah"和"Simulator"
4. 点击"Start"按钮

控制模式切换

1. 启动MIT控制器：user/MIT_Controller/mit_ctrl m s
2. 在仿真器中将控制模式设为10（准备状态）
3. 待机器人停止移动后，设为模式1
4. 最后设为模式4，机器人将开始小跑步态

视图操作技巧

• 点击拖动：调整视角
• 滚轮：缩放视图
• 按住t键：最大速度运行仿真
• 空格键：切换自由相机模式
• W/A/S/D/R/F键：移动相机位置

开发自定义控制器

项目结构

自定义控制器应放置在user目录下，并需要修改user/CMakeLists.txt添加编译配置。可以参考JPos_Controller示例项目。

控制器基类

自定义控制器需要继承RobotController基类，并实现以下关键方法：

1. runController：主控制循环，默认1kHz频率
2. getUserControlParameters：返回用户参数指针（如不使用返回nullptr）

可用资源

在控制器中可访问以下重要资源：

1. _quadruped：机器人常量参数（连杆长度、齿轮比、惯量等）
2. _model：机器人动力学模型
3. _legController：腿部控制接口
4. _stateEstimate：状态估计结果
5. _driverCommand：游戏手柄输入
6. _controlParameters：控制参数
7. _visualizationData：调试可视化接口

腿部控制方式

_legController提供多种控制模式，所有控制器的输出将被叠加：

1. 关节扭矩控制（tauFeedForward）
2. 足端力控制（forceFeedForward）
3. 关节位置PD控制（qDes + qdDes）
4. 笛卡尔空间PD控制（pDes + vDes）

硬件部署注意事项

在实际机器人上运行时，与仿真环境的主要区别包括：

1. 只能看到状态估计结果，无法使用"cheater模式"
2. 调试可视化功能不可用
3. 需要特别注意安全检查和故障处理

开发建议

1. 先在仿真环境中充分测试算法
2. 逐步增加控制复杂度，从简单的位置控制开始
3. 充分利用LCM工具进行调试和数据记录
4. 注意控制频率和实时性要求
5. 开发过程中定期检查机器人状态估计的准确性

通过本指南，开发者可以快速上手MIT Cheetah-Software系统，并基于此开发自己的四足机器人控制算法。系统提供了从仿真到硬件部署的完整工具链，大大降低了四足机器人控制算法的开发门槛。