perceptive_legged_control 项目编译和仿真指南

项目介绍

主要实现了 Perceptive Locomotion Through Nonlinear Model-Predictive Control

测试环境为Vmware虚拟机 运行Ubuntu 20.04 使用I5 12490F 4.5Ghz 分配给虚拟机2个核心四个线程。

参考廖佬的legged_control的仿真框架，进行测试。

实际运行时，在梅花桩的地形成功率较低。求解很容易崩溃 。 在虚拟机仿真中，需要使用预先制作的高程图，若使用cpu版本的高程图，在大幅机动时，感知运算处理较慢，会导致建图出错，进而导致运动规划出错。

在实体机运行时，可以使用gpu版本的高程图。传感器使用深度相机，经过低通滤波和自碰撞滤波。

本项目使用 catkin tools 进行编译，包含 debug 和 release 配置。如遇到任何报错，请自行排查并调整相应的路径。

该仿真视频 Bilibili 视频链接。

eg：

编译

Catkin Tools 配置

如果需要编译 debug 版本，需要切换 catkin tools 的配置文件至 debug 配置。release 版本的编译文件夹后缀为 _rel。

步骤 1：编译 OCS2_ws

进入 OCS2_ws 目录，执行以下命令：

catkin build ocs2_legged_robot ocs2_legged_robot_ros ocs2_self_collision_visualization ocs2_anymal ocs2_anymal_loopshaping_mpc
catkin build convex_plane_decomposition
catkin build grid_map

编译完成后，应生成以下包：

• ../OCS2_ws/build/blasfeo_catkin
• ../OCS2_ws/build/catkin_tools_prebuild
• ../OCS2_ws/build/cgal5_catkin
• ../OCS2_ws/build/convex_plane_decomposition
• ../OCS2_ws/build/convex_plane_decomposition_msgs
• ../OCS2_ws/build/convex_plane_decomposition_ros
• ../OCS2_ws/build/grid_map_core
• ../OCS2_ws/build/grid_map_cv
• ../OCS2_ws/build/grid_map_demos
• ../OCS2_ws/build/grid_map_filters
• ../OCS2_ws/build/grid_map_filters_rsl
• ../OCS2_ws/build/grid_map_loader
• ../OCS2_ws/build/grid_map_msgs
• ../OCS2_ws/build/grid_map_octomap
• ../OCS2_ws/build/grid_map_ros
• ../OCS2_ws/build/grid_map_rviz_plugin
• ../OCS2_ws/build/grid_map_sdf
• ../OCS2_ws/build/grid_map_visualization
• ../OCS2_ws/build/hpipm_catkin
• ../OCS2_ws/build/hpp-fcl
• ../OCS2_ws/build/ocs2_anymal_commands
• ../OCS2_ws/build/ocs2_anymal_loopshaping_mpc
• ../OCS2_ws/build/ocs2_anymal_models
• ../OCS2_ws/build/ocs2_anymal_mpc
• ../OCS2_ws/build/ocs2_centroidal_model
• ../OCS2_ws/build/ocs2_core
• ../OCS2_ws/build/ocs2_ddp
• ../OCS2_ws/build/ocs2_frank_wolfe
• ../OCS2_ws/build/ocs2_ipm
• ../OCS2_ws/build/ocs2_legged_robot
• ../OCS2_ws/build/ocs2_legged_robot_ros
• ../OCS2_ws/build/ocs2_mpc
• ../OCS2_ws/build/ocs2_msgs
• ../OCS2_ws/build/ocs2_oc
• ../OCS2_ws/build/ocs2_pinocchio_interface
• ../OCS2_ws/build/ocs2_qp_solver
• ../OCS2_ws/build/ocs2_quadruped_interface
• ../OCS2_ws/build/ocs2_quadruped_loopshaping_interface
• ../OCS2_ws/build/ocs2_robotic_assets
• ../OCS2_ws/build/ocs2_robotic_tools
• ../OCS2_ws/build/ocs2_ros_interfaces
• ../OCS2_ws/build/ocs2_self_collision
• ../OCS2_ws/build/ocs2_self_collision_visualization
• ../OCS2_ws/build/ocs2_sqp
• ../OCS2_ws/build/ocs2_switched_model_interface
• ../OCS2_ws/build/ocs2_switched_model_msgs
• ../OCS2_ws/build/ocs2_thirdparty
• ../OCS2_ws/build/pinocchio
• ../OCS2_ws/build/segmented_planes_terrain_model

步骤 2：编译 perceptive_ocs2_ws

进入 perceptive_ocs2_ws 目录 。由于该仿真修改自 legged_control，因此可以参考他的编译过程。在编译前，需修改 .catkin_tools/profiles/default/config.yaml 文件，将当前工作空间扩展链接至 OCS2_ws。

执行以下命令进行编译：

catkin build plot_terrain
catkin build perceptive_trajectories
catkin build legged_perceptive_description
catkin build legged_perceptive_description_custom
catkin build legged_unitree_description
catkin build ocs2_legged_estimation
catkin build ocs2_legged_self_collishion
catkin build ocs2_legged_wbc
catkin build ocs2_unitree_controllers
catkin build ocs2_unitree_loopshaping_mpc
catkin build ocs2_unitree_models
catkin build ocs2_unitree_mpc

编译后应生成以下包：

• build_rel/catkin_tools_prebuild
• build_rel/legged_common
• build_rel/legged_gazebo
• build_rel/legged_perceptive_description
• build_rel/legged_perceptive_description_custom
• build_rel/legged_unitree_description
• build_rel/ocs2_legged_estimation
• build_rel/ocs2_legged_self_collishion
• build_rel/ocs2_legged_wbc
• build_rel/ocs2_unitree_controllers
• build_rel/ocs2_unitree_loopshaping_mpc
• build_rel/ocs2_unitree_models
• build_rel/ocs2_unitree_mpc
• build_rel/perceptive_trajectories
• build_rel/plot_terrain
• build_rel/qpoases_catkin

启动仿真

Gazebo 仿真

仿真启动顺序必须严格遵循，因为仿真的定位数据来源于控制器，因此需要先启动控制器，然后启动地图发布器。地图发布直接使用地图的真值数据。

1. 加载 Gazebo 地形图时，会在主目录生成 /home/me/.gazebo/models/stepping_stones_terrain 文件夹，该文件夹存储地形数据。

2. 启动仿真：

roslaunch legged_perceptive_description_custom empty_world.launch

3. 启动控制器：

roslaunch ocs2_unitree_controllers unitree.launch

4. 启动地图发布器：

roslaunch plot_terrain convex.launch

5. 启动键盘控制：

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

Rviz 仿真

该项目支持使用 Rviz 的 nav 目标点功能，具体实现在 src/perceptive_trajectories 中。

Dummy 仿真

roslaunch ocs2_unitree_mpc unitree.launch

发布地图

roslaunch plot_terrain convex.launch

注意事项

1. 如果更改了 Gazebo 地形图，需要删除 /home/me/.gazebo/paging 文件夹，这样 Gazebo 地形才能更新。

2. plot_terrain 包使用的地形图与 Gazebo 存在 90 度的偏差，需要注意。

3. 如果要更改地形图，可以使用修图工具对图片进行修改，生成旋转 90 度后的图片，分别放到 perceptive_ocs2_ws/src/plot_terrain/data 目录和 /home/me/.gazebo/models/stepping_stones_terrain 目录，并修改对应的 launch 文件。

4. 运行前需要将地图放到对应的目录下/home/me/.gazebo/models/stepping_stones_terrain

TODO

1. 机身旋转超过180°会崩溃，待修复。