[release] 发布8DOF串联足中期检查版本
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# 四足机器人从位控转为力控的建议与实施方案
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## 1. 当前系统本质上是什么控制
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你现在这套程序不是“纯位控”，而是**位置主导 + 力矩辅助**。
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从代码上看：
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- `User/app/lingzu_task.c` 负责状态机、站立/趴下/行走切换
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- `User/driver/Movement.c` 负责步态、IK、VMC 力矩计算
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- `User/driver/leg.c` 已经有正逆运动学、Jacobian 对应关系
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- `User/driver/lingzu_motor.c` 发送给 RS02 的指令包含：
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- `position`
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- `speed`
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- `kp`
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- `kd`
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- `torque`
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这说明你当前已经具备了向力控过渡的基础，不是从零开始。
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## 2. 你说的“力控”要先明确是哪一种
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建议先区分三类目标：
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### 2.1 关节力矩控制
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直接控制每个关节输出的力矩 `tau`。
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特点：
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- 最底层
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- 柔顺性强
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- 最难调
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- 风险最大
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### 2.2 足端力控制
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控制足端对地的作用力，例如支撑力、推进力。
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特点：
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- 更适合四足
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- 需要 Jacobian：
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\[
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\tau = J^T F
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\]
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### 2.3 力位混合 / 阻抗控制 / VMC
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仍然保留目标位置，但不再靠高刚度死跟位置，而是通过虚拟弹簧阻尼计算力，再映射成关节力矩。
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特点：
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- 最适合你当前项目
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- 最稳妥
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- 最容易逐步落地
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### 结论
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**建议优先做“力位混合控制”，而不是一步切到纯力矩控制。**
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## 3. 你现在已经有的基础
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### 3.1 电机接口已经支持 torque
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`User/driver/lingzu_motor.c` 中，发送控制时已经把 `torque` 编码进 CAN 指令。
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### 3.2 已有反馈量
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你已经能读到：
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- 位置 `current_position_f`
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- 速度 `current_speed_f`
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- 力矩 `current_torque_f`
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- 温度 `current_temp_f`
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### 3.3 已有运动学模型
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`User/driver/leg.c` 已经提供：
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- `Inverse_Calculation()`
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- `FK_LegPosition()`
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- `FK_LegVelocity()`
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### 3.4 已有初步 VMC 框架
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`User/driver/Movement.c` 中已经有：
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- `vmc_legacy_torque()`
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- `vmc_full_torque()`
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也就是说，你已经有：
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- 电机力矩入口
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- 状态反馈
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- Jacobian 所需模型
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- 初步足端力控制框架
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## 4. 真正切换前必须收集的信息
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## 4.1 电机 torque 通道真实性
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这是最重要的。
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你必须确认 RS02 的 `torque` 到底是什么：
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1. 真正关节输出力矩？
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2. 电流等效量？
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3. 只是内部位置环的前馈项？
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### 你必须验证的问题
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当你设置：
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- `kp = 0`
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- `kd = 0`
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- `speed = 0`
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- `position = 0`
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- `torque = 非0`
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电机是否仍能稳定输出可控力矩？
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如果答案是否定的，那么就不能做真正纯 torque 控制，只能做力位混合。
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## 4.2 torque 反馈是否可信
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你还要确认：
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- `current_torque_f` 单位是不是 Nm
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- 是估算值还是直接测得
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- 噪声有多大
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- 延迟有多大
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- 正负号是否一致
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如果反馈不可靠，闭环力控会很难做。
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## 4.3 机械参数是否足够准确
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力控对模型更敏感，所以要重新确认：
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1. `L1`、`L2`
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2. 大腿/小腿零点
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3. 左右腿符号方向
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4. 同步带耦合关系
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5. 力矩正方向对应真实腿部运动方向
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6. 机械摩擦、死区、间隙
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## 4.4 控制频率和总延迟
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力控对频率要求更高。
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必须明确：
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- 控制循环周期是多少
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- 电机反馈周期是多少
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- CAN 总线延迟是多少
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- 从“采样反馈”到“发出新 torque”总共延迟多少
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如果实际闭环频率偏低，纯力控会很难稳定。
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## 4.5 接触判断能力
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四足做支撑腿力控时，需要知道哪条腿真正接地。
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你现在没有足底力传感器，所以至少要有估计方法：
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- 关节力矩突变
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- 足端速度突然降低
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- 足端高度达到接地阈值
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- IMU 机身姿态/加速度辅助判断
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## 5. 我建议你按什么路线做
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## 第一阶段：低刚度位控 + 力矩前馈
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这是最稳的第一步。
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### 核心思路
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保留：
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- 步态规划
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- IK 目标角
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但降低位置刚度：
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- `kp` 下降
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- `kd` 下降
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- `torque` 增强
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### 目标
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把机器人从“硬跟随”变成“柔顺跟随”。
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### 先做什么
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1. 静站重力补偿
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2. 支撑腿附加支撑力矩
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3. 落地缓冲 torque
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4. 摆动腿保持较轻位置跟踪
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这是最适合你现阶段的方案。
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## 第二阶段：关节阻抗控制
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公式通常是：
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\[
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\tau = K_p(q_d - q) + K_d(\dot q_d - \dot q) + \tau_{ff}
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\]
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如果 RS02 的 torque 通道足够可靠，可以把更多控制量放到主控里自己算，而不是完全依赖电机内部位置环。
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但就你当前项目而言，更现实的做法是：
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- 电机仍保留较小 `kp/kd`
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- 主控侧逐步增加 `tau_ff`
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## 第三阶段：足端阻抗 / VMC
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这是四足机器人最值得做的一步。
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足端空间定义虚拟力：
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\[
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F_x = -K_x(x - x_d) - B_x \dot x
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\]
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\[
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F_z = -K_z(z - z_d) - B_z \dot z + F_g
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\]
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再用：
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\[
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\tau = J^T F
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\]
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映射成关节力矩。
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### 你的代码现状
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这一步你已经有雏形了，只需要系统化：
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- 摆动腿：位置/轨迹主导
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- 支撑腿：足端阻抗主导
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这是我最推荐的中期目标。
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## 第四阶段：纯关节力矩控制
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只有在下面条件都满足时才建议：
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1. torque 通道已验证可靠
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2. torque 反馈可信
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3. 控制频率足够高
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4. 急停保护很完善
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5. 标定很准确
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否则风险很大，可能出现：
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- 塌腿
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- 高速震荡
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- 落地冲击失控
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- 电机发热严重
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## 6. 你现在应该收集的数据清单
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## 6.1 单电机实验
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每个关节都做。
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### 实验配置
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设置：
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- `kp = 0`
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- `kd = 0`
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- `speed = 0`
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- `position = 0`
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- 扫描 `torque`
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### 记录内容
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- 最小起转 torque
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- 正负方向是否正确
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- 是否平稳
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- 空载下速度变化
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- `current_torque_f` 与指令是否一致
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- 温升情况
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## 6.2 单腿实验
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一条腿悬空测试。
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### 要看什么
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- 同样 torque 下，不同姿态响应是否一致
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- 大腿和小腿耦合程度
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- Jacobian 算出来的足端力方向是否正确
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## 6.3 单腿接地实验
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一条腿轻触地面。
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### 记录
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- 落地瞬间 torque 反馈变化
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- 落地前后足端速度变化
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- 同一支撑高度下保持力矩需求
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- 推腿时柔顺性
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## 6.4 整机实验顺序
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必须按顺序推进：
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1. 单电机
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2. 单腿悬空
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3. 单腿接地
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4. 整机架空
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5. 整机吊挂半承重
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6. 全承重静站
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7. 小幅步态
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8. 连续步行
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不要直接全承重纯力控。
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## 7. 软件上建议你补的能力
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## 7.1 完整日志
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建议每个关节记录：
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- 目标位置
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- 实际位置
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- 目标速度
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- 实际速度
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- 指令 torque
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- 反馈 torque
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- 温度
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- 故障码
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建议每条腿记录：
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- 足端目标位置
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- 足端实际位置
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- 足端速度
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- 当前步态相位
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- 支撑/摆动状态
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- 估算足端力
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没有日志，后面很难调。
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## 7.2 安全保护
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建议补充：
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- torque 限幅
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- 速度限幅
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- 位置工作空间限幅
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- 通信超时保护
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- 温度保护
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- 姿态异常保护
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- 落地冲击保护
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- 一键 limp 模式
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## 7.3 控制模式枚举
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建议明确分模式，不要混在一起：
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```c
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typedef enum {
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||||
CTRL_MODE_POSITION = 0,
|
||||
CTRL_MODE_MIXED,
|
||||
CTRL_MODE_VMC,
|
||||
CTRL_MODE_TORQUE
|
||||
} control_mode_e;
|
||||
Reference in New Issue
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