宇树机器狗编程开发第 26 期：仿真模型的卧倒与站立

仿真模型不是只要“看起来像”就足够了。真正进入控制开发后，我们更关心同一组控制参数在真机和仿真环境中是否会产生一致的姿态反馈。 如果基础姿态没有先对齐，后面的抬腿、迈步、转向和连续行走都会叠加误差。比如真机已经稳定卧倒，仿真模型却仍然有明显角度偏差；或者真机已经站起，仿真模型的腿部姿态还差一点。这类问题会让后续调试很难判断到底是控制算法的问题，还是模型关节方向、零位或参数映射的问题。 因此，本期先选择卧倒和站立两个最基础、最容易观察的姿态进行校准。它们分别覆盖了折叠状态和承重站立状态，适合作为仿真模型与真实机器狗对齐的第一组验证动作。

在阅读下面的关节数据前，可以先了解一下命名规则。每条腿包含 3 个关节，整机共 12 个关节： - `FR` 表示右前腿，`FL` 表示左前腿，`RR` 表示右后腿，`RL` 表示左后腿。 - `hip` 是髋关节，主要控制腿向身体内外摆动。 - `thigh` 是大腿关节，主要控制大腿前后抬落。 - `calf` 是小腿关节，主要控制膝部弯曲与伸展。 因此，`FR_hip` 表示右前腿髋关节，`RL_calf` 表示左后腿小腿关节。 参数中，`q` 表示当前关节角度，单位为弧度（rad）；`dq` 表示关节角速度，反映关节转动的快慢和方向；`τ_est` 表示估算关节力矩，单位为 Nm，可用于观察关节受力情况；`T` 表示电机温度，单位为 °C。 本文主要关注 `q`，因为它直接决定机器狗在卧倒和站立时的姿态。

真实机器狗的卧倒参数可通过合集相关部分的程序读出。仿真模型中同样使用这组参数，结果如下所示： ``` 真实机器狗卧倒：[关节角度 (rad)] [ 0] FR_hip : q=-0.093 dq=-0.031 τ_est= +0.05Nm T=36°C [ 1] FR_thigh : q=+1.229 dq=+0.000 τ_est= -0.05Nm T=35°C [ 2] FR_calf : q=-2.763 dq=-0.032 τ_est= +0.05Nm T=37°C [ 3] FL_hip : q=+0.077 dq=-0.039 τ_est= +0.05Nm T=35°C [ 4] FL_thigh : q=+1.248 dq=-0.047 τ_est= +0.05Nm T=34°C [ 5] FL_calf : q=-2.775 dq=+0.016 τ_est= -0.05Nm T=37°C [ 6] RR_hip : q=-0.398 dq=-0.039 τ_est= -0.02Nm T=46°C [ 7] RR_thigh : q=+1.246 dq=+0.012 τ_est= +0.00Nm T=35°C [ 8] RR_calf : q=-2.790 dq=-0.004 τ_est= -0.05Nm T=37°C [ 9] RL_hip : q=+0.408 dq=+0.027 τ_est= +0.00Nm T=48°C [10] RL_thigh : q=+1.246 dq=+0.019 τ_est= -0.05Nm T=35°C [11] RL_calf : q=-2.793 dq=+0.016 τ_est= +0.00Nm T=37°C ``` 真实机器狗卧倒时的图片如下：  从这组数据可以看到，卧倒姿态下四条腿的大腿关节和小腿关节都处在明显折叠状态，左右后腿的髋关节数值也呈现相反方向。把这组参数送入仿真模型后，重点观察腿部折叠方向、身体高度和左右姿态是否与真机一致。

同样地，真实机器狗的站立参数如下所示。仿真模型中也使用相同参数： ``` 真实机器狗站立：[关节角度 (rad)] [ 0] FR_hip : q=-0.020 dq=-0.031 τ_est= +2.25Nm T=35°C [ 1] FR_thigh : q=+0.653 dq=+0.039 τ_est= +1.63Nm T=34°C [ 2] FR_calf : q=-1.381 dq=-0.020 τ_est= +8.49Nm T=36°C [ 3] FL_hip : q=+0.018 dq=-0.054 τ_est= -1.78Nm T=34°C [ 4] FL_thigh : q=+0.671 dq=-0.008 τ_est= +0.00Nm T=33°C [ 5] FL_calf : q=-1.372 dq=+0.000 τ_est= +7.40Nm T=35°C [ 6] RR_hip : q=-0.062 dq=+0.081 τ_est= +6.46Nm T=42°C [ 7] RR_thigh : q=+0.669 dq=+0.039 τ_est= +0.02Nm T=35°C [ 8] RR_calf : q=-1.367 dq=+0.026 τ_est= +6.88Nm T=37°C [ 9] RL_hip : q=+0.062 dq=-0.008 τ_est= -6.68Nm T=44°C [10] RL_thigh : q=+0.668 dq=-0.031 τ_est= +0.27Nm T=34°C [11] RL_calf : q=-1.359 dq=+0.040 τ_est= +6.12Nm T=37°C ``` 真实机器狗站立时的图片如下：  站立姿态比卧倒更适合观察承重状态下的关节方向是否正确。此时大腿关节和小腿关节角度明显回到支撑姿态，四条腿应能把机身稳定撑起。如果仿真中出现左右腿反向、膝关节弯曲方向错误或机身高度不一致，通常需要回到模型关节轴、零位和符号方向继续修正。

随后，我们使用相同的前端控制程序，分别向真实机器狗与仿真模型发送命令并进行效果测试。测试结果视频如下所示。 <video controls width="100%"> <source src="https://longxialab-noaz-1257468267.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/web_images/000030/03.mp4" type="video/mp4"> 您的浏览器不支持 HTML5 视频播放，请点击链接直接下载查看。 </video> 到这里，仿真模型已经能在卧倒和站立这两个基础姿态上与真实机器狗保持一致。但这只是起点：真正有意思的部分，是让它从静态姿态走向连续动作。 如果后续让机器狗完成抬腿、迈步甚至连续行走，最容易先出现偏差的往往不是单个静态数值，而是多个关节在连续动作中的协同关系。后续可以继续围绕髋关节方向、腿部摆动轨迹、落足位置和机身稳定性，把仿真模型和真实机器狗一起“动起来”。