四足机器人腿部控制框架：legged_control 安装与配置完全指南

项目基础介绍及编程语言

legged_control 是一个专为腿部机器人设计的高性能控制栈与框架，它结合了非线性模型预测控制(NMPC)和全身体力控制器(WBC)，基于OCS2（Optimal Control Software Suite）和ROS控制系统。此项目旨在提供一个易于部署且高性能的模型，适用于A1等机器人，并通过ROS接口轻松适配自定义机器人体系结构。核心编程语言是C++。

关键技术和框架

• NMPC (Nonlinear Model Predictive Control)：一种优化控制策略，用于实时地计算最优控制输入。
• WBC (Whole Body Control)：一种控制算法，确保机器人以协调的方式利用全身资源来完成任务。
• OCS2 (Optimal Control Software Suite)：提供了高效的求解器和工具，用于实现在线优化。
• ROS (Robot Operating System)：提供了一套开发机器人软件的标准平台，包括通信、感知、决策等模块。
• Pinocchio 和 hpp-fcl：用于机器人动力学和碰撞检测的重要库。

准备工作与详细安装步骤

步骤1: 环境准备

• 操作系统: Ubuntu 20.04 或更高版本
• ROS版本: ROS Noetic Ninjemys
• 必要依赖:

  sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade
  sudo apt-get install liburdfdom-dev liboctomap-dev libassimp-dev
  

步骤2: 获取源码

• 克隆legged_control仓库到本地：

  git clone https://github.com/qiayuanl/legged_control.git
  

• 同时需要克隆并编译OCS2及其依赖库：

  git clone https://github.com/leggedrobotics/ocs2.git
  git clone --recurse-submodules https://github.com/leggedrobotics/pinocchio.git
  git clone --recurse-submodules https://github.com/leggedrobotics/hpp-fcl.git
  
  cd hpp-fcl
  mkdir build; cd build
  cmake .. && make -j$(nproc) && sudo make install
  cd ../..
  
  # 对于pinocchio和ocs2，你需要按照它们的官方文档进行编译安装。
  

步骤3: 编译legged_control

• 设置Catkin Workspace（假设你已经有了一个catkin workspace），然后进入src目录添加legged_control及其相关包：

  cd ~/your_catkin_ws/src
  ln -s /path/to/legged_control .   # 若不直接将代码放入ws中
  

• 编译：

  cd ~/your_catkin_ws
  catkin config -DCMAKE_BUILD_TYPE=RelWithDebInfo
  catkin build ocs2_legged_robot_ros ocs2_self_collision_visualization legged_controllers legged_unitree_description legged_gazebo legged_unitree_hw
  

  注意：如果仅用于仿真，可以跳过legged_unitree_hw的编译。

步骤4: 设置环境变量

• 根据你的机器人类型设置ROBOT_TYPE环境变量：

  export ROBOT_TYPE=a1
  

步骤5: 运行模拟或硬件测试

模拟运行

• 启动空世界：

  roslaunch legged_unitree_description empty_world.launch
  

• 加载控制器：

  roslaunch legged_controllers load_controller.launch cheater:=false
  

• 切换到控制器：

  rosservice call /controller_manager/switch_controller "start_controllers: ['controllers/legged_controller'] stop_controllers: [''] strictness: 0 start_asap: false timeout: 0.0"
  

硬件部署（需在真实的机器人上进行）

• 确保硬件连接正确后，启动相应的硬件节点。

至此，您已经完成了legged_control项目的安装与基本配置，接下来就可以通过RViz或其他ROS工具进一步控制和调整您的四足机器人了。