Havoc420mac/mi-task

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2025-08-21 11:25:38 +08:00

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低头匍匐前进步态设计

概述

本模块为小米CyberDog机器狗设计了一套低头匍匐前进的自定义步态，实现保持低身位、头部下垂的四足步态行走。

特点

低身位姿态: 机器人身体降低约5-8cm，保持稳定的低重心
头部下垂: 通过调整pitch角实现约14度的低头姿态
稳定匍匐: 采用对角步态，确保至少三足支撑的稳定性
可控速度: 缓慢而稳定的前进速度，适合低姿态移动
安全恢复: 提供完整的姿态过渡和恢复机制

文件结构

task_2/
├── crawl_gait.py              # 主要步态控制模块
├── Gait_Def_crawl.toml        # 步态定义文件
├── Gait_Params_crawl.toml     # 步态参数文件
├── file_send_lcmt.py          # LCM文件传输消息
├── robot_control_cmd_lcmt.py  # 机器人控制命令消息
├── task_2.py                  # 集成了匍匐步态的任务2
└── README_crawl_gait.md       # 本说明文件

步态设计原理

1. 步态定义（Gait_Def_crawl.toml）

采用16段式对角步态循环：

四足着地期: 提供稳定支撑，持续8个时间单位
单足摆动期: 每次只有一条腿离地，持续6个时间单位
步态顺序: FL → RR → FR → RL（对角步态模式）

2. 步态参数（Gait_Params_crawl.toml）

关键参数设置：

body_pos_des: [0.0, 0.25, 0.0, 0.0, 0.0, -0.05] - 低头且身体下降
body_vel_des: [0.08, 0.0, 0.0] - 缓慢前进速度（8cm/s）
step_height: [0.0, 0.06, 0.0, 0.0] - 摆动腿抬高6cm
landing_gain: 2.0 - 增加落地增益适应低姿态
mu: 0.25 - 摩擦系数

3. 姿态控制

Roll: 0.0° - 保持水平
Pitch: 14.3° (0.25 rad) - 实现低头姿态
Yaw: 0.0° - 保持朝向
Height: -5cm - 身体降低到匍匐位置

使用方法

1. 基本使用

from task_2.crawl_gait import run_low_crawl_demo

# 执行完整的匍匐前进演示（包含姿态过渡）
success = run_low_crawl_demo(ctrl, msg, distance=2.0, observe=True)

2. 分步控制

from task_2.crawl_gait import (
    transition_to_crawl_position,
    low_crawl_gait, 
    recover_from_crawl_position
)

# 步骤1: 过渡到匍匐姿态
transition_to_crawl_position(ctrl, msg, observe=True)

# 步骤2: 执行匍匐步态（8步约1米）
low_crawl_gait(ctrl, msg, step_count=8, observe=True)

# 步骤3: 恢复正常姿态
recover_from_crawl_position(ctrl, msg, observe=True)

3. 与任务2集成

from task_2.task_2 import run_task_2_with_crawl_demo

# 执行S型弯道 + 匍匐演示的完整任务
arrow_direction, crawl_success = run_task_2_with_crawl_demo(ctrl, msg, crawl_distance=1.5)

4. 测试函数

from task_2.task_2 import test_crawl_gait_only, test_crawl_transition_only

# 仅测试匍匐步态
test_crawl_gait_only(ctrl, msg, distance=2.0)

# 仅测试姿态过渡
test_crawl_transition_only(ctrl, msg)

参数调整指南

速度调整

修改Gait_Params_crawl.toml中的body_vel_des：

降低值 (如0.05) → 更慢更稳定
提高值 (如0.12) → 更快但可能不够稳定

身体高度调整

修改body_pos_des的第6个值：

-0.03 → 身体降低3cm（较轻度匍匐）
-0.08 → 身体降低8cm（更深度匍匐）

低头角度调整

修改body_pos_des的第2个值：

0.15 → 轻度低头（约8.6度）
0.35 → 深度低头（约20度）

步高调整

修改step_height值：

[0.0, 0.04, 0.0, 0.0] → 降低摆动高度（4cm）
[0.0, 0.08, 0.0, 0.0] → 增加摆动高度（8cm）

安全注意事项

地面要求: 确保地面平整，避免障碍物
空间需求: 保证足够的头部空间，避免碰撞
监控状态: 使用observe=True监控执行状态
急停机制: 支持KeyboardInterrupt安全停止
故障恢复: 自动尝试恢复到安全姿态

性能指标

前进速度: 约8cm/s
每步距离: 约10-15cm
姿态稳定性: 始终保持三足以上支撑
能耗效率: 低速步态，较为节能
适用场景: 低空间、需要低姿态通过的环境

故障排除

常见问题

步态不执行
- 检查TOML文件路径是否正确
- 确认LCM通信正常
- 验证机器人处于正确的初始状态
姿态不稳定
- 降低前进速度
- 增加步态持续时间
- 检查地面平整度
无法恢复正常姿态
- 手动调用recover_from_crawl_position()
- 检查机器人关节状态
- 重启机器人系统

调试模式

启用详细日志输出：

# 在导入后设置
import logging
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

技术参考

基于小米CyberDog自定义步态API
参考文档：小米机器人实验室自定义步态设计
步态设计参考task_4的框架设计

版本历史

v1.0 - 初始版本，实现基本低头匍匐步态
设计日期：2024年
作者：基于task_4步态框架设计

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