Week 13：四足机器人入门与期末项目准备
实验基本信息
课程：AI Robotics
主题：四足机器人入门、PyBullet 仿真、期末项目准备
工具：Python、PyBullet、GitHub Pages
本周进入期末项目准备阶段，重点是理解四足机器人的结构、步态和控制思路，并把前面课程中的 ROS2、Docker、视觉、网页部署等内容整理成可用于期末项目的基础。
实验目标
本周完成的内容包括：
- 理解四足机器人结构与运动特点。
- 对比四足机器人和轮式机器人的适用场景。
- 使用 Python 模拟四足机器人 Trot 对角步态。
- 整理期末项目开发检查清单。
- 总结前面课程内容，为 week14 小组项目做准备。
文件结构
week13/
|-- README.md
|-- quadruped_project_demo.py
|-- quadruped_walk.py
|-- ai_chat_log.md
|-- reflection.md
|-- img/
| |-- project_checklist.png
| |-- quadruped_concept.png
| |-- screenshot_1.png
| |-- simulation_run.png
评分材料入口
理论整理
1. 为什么需要四足机器人
轮式机器人在平地上速度快、效率高，但面对楼梯、石块、草地和山地等复杂环境时容易受到限制。四足机器人通过腿部运动跨越障碍，更适合巡检、救援、山地探索和复杂场景移动。
2. 四足机器人的基本结构
四足机器人通常有四条腿：
- LF：Left Front，左前腿
- RF：Right Front，右前腿
- LH：Left Hind，左后腿
- RH：Right Hind，右后腿
每条腿通常包含髋关节、大腿关节和小腿关节。控制时不仅要考虑单条腿的角度，还要考虑身体姿态和四条腿之间的协调。
3. Trot 对角步态
Trot 是四足机器人常见步态之一。它的特点是对角腿成组运动：
- 第一组：LF + RH 支撑，RF + LH 摆动
- 第二组：RF + LH 支撑，LF + RH 摆动
这种交替方式可以让机器人在保持相对稳定的同时向前移动。本周代码用文本输出模拟了这一切换过程。
4. 控制思路
四足机器人控制需要考虑：
- 身体平衡
- 步态规划
- 足端接触
- 关节角度控制
- IMU 姿态反馈
- 地形变化
真实机器狗通常会结合运动学、动力学、模型预测控制或强化学习。课程项目中可以先从简化仿真入手，把步态、遥控和迷宫探索流程跑通。
仿真实验
运行命令：
python3 quadruped_walk.py
程序会输出四足机器人基本结构，并模拟 6 个 Trot 步态切换步骤。它不是完整物理仿真，但可以帮助理解四条腿如何分组支撑和摆动。
实验截图
四足机器人概念图
仿真运行截图
项目检查清单
补充截图
期末项目准备清单
- 建立课程作业仓库。
- 整理 Week2 到 Week13 的实验页面。
- 配置 GitHub Pages 页面结构。
- 添加每周实验截图。
- 准备四足机器人步态模拟代码。
- 梳理 week14 手机遥控和迷宫探索需要的核心文件。
遇到的问题与解决
| 问题 | 原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 四足机器人控制比轮式机器人复杂 | 四条腿需要协调，且要保持身体平衡 | 先用 Trot 对角步态理解分组运动，再逐步加入仿真控制 |
| 真实 PyBullet 调试容易不稳定 | 初始姿态、关节方向和控制参数都影响结果 | 先用简化脚本验证逻辑，再迁移到 week14 项目 |
| 期末项目文件较多 | 包含网页、服务器、迷宫、探索和报告 | 使用检查清单逐项确认交付物 |
学习总结
本周让我认识到四足机器人项目的难点不只是“让机器人动起来”，更重要的是让动作有结构、有反馈、有可验证结果。Trot 步态把四条腿分成两组交替运动，是理解机器狗控制的入口。通过整理项目清单，我也明确了 week14 需要完成的方向：手机遥控网页、服务器控制程序、迷宫配置、自动探索逻辑、截图和 PDF 报告。这个整理过程帮助我把前面课程的零散实验连接成一个完整项目。