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四足机器人多地形行走案例拆解

📚 共计 30 章节

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四足机器人概述

发展历程、应用领域、主流构型对比（MIT Mini Cheetah vs Spot vs ANYmal）。

运动学基础

正运动学与逆运动学、D-H参数法、单腿工作空间分析。

D-H工作空间

步态规划入门

静步态与动步态、Trot步态原理、步态周期与占空比。

动力学基础

牛顿-欧拉法、拉格朗日法、足端力分配。

牛顿-欧拉力分配

控制框架概览

状态估计、轨迹规划、底层控制（PD/PID）、MPC与WBC简介。

仿真环境搭建

Gazebo + ROS 2 环境配置、URDF模型导入、仿真物理参数调优。

状态估计基础

IMU数据处理、关节编码器读取、足端接触检测。

IMU接触检测

机身姿态控制

基于四元数的姿态表示、姿态误差计算、PD控制器实现。

单腿摆动控制

摆线轨迹规划、贝塞尔曲线插值、位置环与速度环调试。

摆线贝塞尔

Trot步态实现

相位协调、支撑相与摆动相切换、机身高度与姿态调节。

相位支撑相

行走速度控制

前向速度、侧向速度、转向角速度的映射与限幅。

速度映射限幅

地形感知入门

激光雷达点云处理、高程图构建、地形分类（平地/斜坡/楼梯）。

点云高程图

斜坡行走策略

机身俯仰预补偿、足端触地角度调整、重心投影控制。

俯仰补偿重心

楼梯攀爬策略

台阶检测、前足预定位、后足跟随策略、机身抬升时序。

台阶检测跟随

崎岖地形行走

足端轨迹自适应调整、阻抗控制、虚拟模型控制。

阻抗控制虚拟模型

摔倒检测、自复位运动学规划、基于力矩的起身控制。

自复位力矩控制

跳跃与越障

预载荷阶段、爆发力控制、空中姿态调整、落地缓冲。

爆发力落地缓冲

MPC控制原理

模型预测控制基本概念、预测模型构建、代价函数设计。

MPC代价函数

WBC控制原理

全身控制任务优先级、零空间投影、多任务融合。

MPC与WBC联合控制

MPC生成足端力参考、WBC分配关节力矩、工程实现要点。

联合控制力矩分配

强化学习入门

RL基本概念、状态空间与动作空间设计、奖励函数设计。

仿真训练环境

Isaac Gym环境配置、并行训练、域随机化。

Isaac Gym域随机化

策略迁移与部署

Sim-to-Real迁移、模型导出、边缘端部署。

Sim-to-Real边缘端

硬件选型与设计

电机选型（扭矩/转速）、减速器选择、结构材料与轻量化。

电机轻量化

嵌入式系统开发

主控芯片选型、实时操作系统、CAN/SPI通信协议。

传感器融合

IMU+编码器+足端力传感器、卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波。

远程遥控与图传

遥控器协议（SBUS/CRSF）、无线图传方案、延迟优化。

系统集成与调试

硬件联调、软件栈集成、常见问题排查。

性能测试与评估

行走速度测试、能耗评估、地形通过性测试。

项目总结与展望

技术路线回顾、开源资源推荐、未来趋势（具身智能、群体协作）。

开源具身智能