宇树人形机器人的配置，核心代码，调试方法，二次开发接口

宇树人形机器人全维度技术指南

宇树人形机器人（如H1、G1等系列）是具备高自由度、精准运动控制的人形机器人平台，以下从硬件配置、核心代码框架、调试方法、二次开发接口四个维度展开，覆盖从底层控制到上层应用的全链路技术细节。

注：以下内容基于宇树官方公开技术文档及通用开发规范，不同型号（如Unitree H1/Go1/A1）的细节会有差异，需结合对应型号的SDK适配。

一、硬件配置（以H1为例）

1. 核心硬件参数

模块	配置详情
运动关节	全身20+自由度（腿部12DOF、手臂6DOF、头部2DOF），伺服电机支持力矩/位置/速度控制
主控单元	英伟达Jetson Orin NX（20TOPS算力）+ 实时运动控制板（STM32H743）
感知模块	3D激光雷达（Livox Mid-40）、双目深度相机（Intel RealSense D435i）、IMU、力传感器
通信模块	以太网（千兆）、WiFi 6、蓝牙5.0、4G/5G模组（可选）
电源系统	48V锂电池（续航2-4小时），支持快充
接口扩展	USB3.0×4、Type-C、GPIO、CAN总线、UART

2. 硬件连接逻辑

• 实时控制层 ：STM32运动控制板通过CAN总线连接所有伺服关节，负责毫秒级运动指令执行；
• 计算层 ：Jetson Orin通过以太网与运动控制板通信，处理感知、路径规划、行为决策；
• 感知层 ：相机/雷达数据直接接入Jetson，通过ROS/ROS2进行数据融合。

二、核心代码框架

宇树机器人的核心代码基于 ROS2 Humble （部分老型号支持ROS1），分为「运动控制层」「感知层」「决策层」三大模块，官方提供C++/Python SDK。

1. 代码目录结构（官方SDK）

unitree_sdk/
├── include/unitree_legged_sdk/  # 核心头文件（关节控制、通信、枚举）
├── lib/                         # 平台库文件（x86/ARM架构）
├── examples/                    # 示例代码（站立、行走、避障）
├── config/                      # 机器人参数配置（关节限位、PID参数）
└── scripts/                     # Python辅助脚本（调试、数据采集）

2. 核心控制代码示例（C++）

以下是最基础的「机器人站立+步态控制」核心代码，基于宇树Legged SDK：

#include "unitree_legged_sdk/unitree_legged_sdk.h"
#include < iostream >
#include < unistd.h >

using namespace UNITREE_LEGGED_SDK;

class CustomController {
public:
    CustomController(): safe(LeggedType::H1), udp(8080, "192.168.123.161", 8082, sizeof(HighCmd), sizeof(HighState)) {
        udp.InitCmdData(cmd);  // 初始化控制指令
    }

    void Run() {
        udp.Recv();          // 接收机器人状态
        udp.GetRecv(state);  // 获取当前状态（关节角度、IMU、力传感器）

        // 1. 基础配置：模式切换、速度设置
        cmd.mode = 0;        // 0:待机 1:站立 2:行走 3:奔跑
        cmd.gaitType = 0;    // 0:空步态 1:行走 2:小跑 3:奔跑
        cmd.speedLevel = 0;  // 速度等级（0-5）
        cmd.footRaiseHeight = 0.08;  // 抬脚高度（m）

        // 2. 站立指令（1秒后切换）
        static int count = 0;
        if (count > 100) {
            cmd.mode = 1;  // 切换到站立模式
        }
        count++;

        // 3. 发送指令
        udp.SetSend(cmd);
        udp.Send();
        usleep(10000);  // 10ms周期（与机器人通信频率匹配）
    }

private:
    Safety safe;
    UDP udp;
    HighCmd cmd = {0};    // 高层控制指令（速度、步态、模式）
    HighState state = {0};// 高层状态反馈（关节、IMU、电池）
};

int main() {
    CustomController ctrl;
    while (true) {
        ctrl.Run();
    }
    return 0;
}

3. 核心代码关键说明

• 通信协议 ：宇树机器人采用UDP/TCP通信，分为「高层指令（HighCmd）」和「底层指令（LowCmd）」：
  • HighCmd：控制整体运动（步态、速度、模式），适用于上层应用；
  • LowCmd：直接控制单个关节（角度、力矩、电流），适用于精细调试；
• 步态控制 ：内置行走、小跑、奔跑等步态算法，通过gaitType参数切换，无需自研；
• 安全机制 ：SDK内置碰撞检测、关节限位、低电量保护，可通过Safety类配置阈值。

三、调试方法

1. 环境搭建调试

• 硬件连接 ：通过以太网直连机器人（默认IP：192.168.123.161），或通过WiFi接入机器人热点；
• SDK验证 ：运行官方example/walk示例，验证通信是否正常，若无法通信：
  • 检查PC与机器人的IP是否在同一网段；
  • 关闭防火墙/杀毒软件；
  • 确认机器人已上电并进入「开发模式」（非默认的「演示模式」）；
• 依赖检查 ：确保安装ROS2 Humble、Eigen3、Boost等依赖，执行ldd libunitree_legged_sdk.so检查库依赖是否缺失。

2. 运动参数调试

（1）关节级调试（底层）

• 目标：校准关节零位、调整PID参数、测试力矩限制；
• 方法：
  1. 运行example/joint_control示例，发送单个关节的角度指令；
  2. 通过LowCmd设置关节目标角度（如cmd.motorCmd[0].q = 0.1），观察实际反馈（state.motorState[0].q）；
  3. 调整config/pid_params.yaml中的关节PID参数，优化响应速度和稳定性。

（2）步态调试（高层）

• 目标：优化行走稳定性、调整速度/抬脚高度；
• 方法：
  1. 修改cmd.velocity（线速度，单位m/s）、cmd.yawSpeed（角速度，单位rad/s）；
  2. 调整footRaiseHeight（抬脚高度）和bodyHeight（机身高度），解决卡顿/打滑问题；
  3. 通过ros2 topic echo /unitree/high_state实时查看机器人状态，分析步态异常原因（如IMU倾角过大、足力分布不均）。

（3）感知模块调试

• 激光雷达/相机调试：
  1. 运行ros2 launch unitree_perception lidar.launch.py启动感知节点；
  2. 通过RViz查看点云/深度图像，验证感知数据是否正常；
  3. 若数据缺失，检查驱动是否加载（ls /dev/ttyUSB0）、权限是否足够（sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0）。

3. 故障排查调试

故障现象	排查方法
机器人无响应	1. 检查电源是否正常；2. 重启机器人并重新进入开发模式；3. 重新编译SDK
行走时卡顿/倾倒	1. 降低行走速度；2. 调整机身高度（bodyHeight）；3. 校准IMU零位
关节报错（红色指示灯）	1. 检查关节是否被卡住；2. 降低力矩限制；3. 恢复关节默认参数
通信丢包	1. 降低指令发送频率（建议10ms）；2. 改用有线以太网；3. 关闭其他占用网络的程序

4. 工具辅助调试

• Unitree Console ：官方可视化工具，支持：
  • 实时监控关节角度、力矩、IMU数据；
  • 手动控制机器人运动（键鼠/手柄）；
  • 导出日志、校准传感器；
• ROS2 Tools ：
  • ros2 topic echo：查看机器人状态话题；
  • ros2 bag record：录制运动数据，离线分析；
  • rqt_plot：绘制关节角度/力矩曲线，定位异常波动；
• 日志分析 ：机器人日志存储在/var/log/unitree/，重点查看motion.log和comm.log，定位运动/通信错误。

四、二次开发接口

宇树机器人提供多语言（C++/Python/ROS2）二次开发接口，覆盖「运动控制」「感知数据」「行为扩展」三大类。

1. 核心接口列表（C++ SDK）

接口类别	核心API/数据结构	功能说明
通信接口	UDP/TCP类	建立与机器人的通信连接，发送/接收指令
运动控制	HighCmd/HighState	高层运动控制（步态、速度、模式）
关节控制	LowCmd/LowState	底层关节控制（角度、力矩、电流）
感知数据	LidarData/CameraData	获取激光雷达/相机数据
状态查询	getBattery()/getIMU()/getForce()	获取电池、IMU、足力传感器数据
行为扩展	registerBehavior()	注册自定义行为（如抓取、跳舞）

2. Python二次开发示例（简易行走控制）

import time
from unitree_legged_sdk_python import HighCmd, HighState, UDP

# 初始化通信
udp = UDP(8080, "192.168.123.161", 8082, HighCmd, HighState)
cmd = HighCmd()
state = HighState()

# 初始化指令
cmd.mode = 0  # 待机模式
cmd.gaitType = 1  # 行走步态
cmd.speedLevel = 1  # 速度等级
cmd.footRaiseHeight = 0.08

# 主循环
count = 0
while True:
    # 接收状态
    udp.recv()
    udp.getRecv(state)
    print(f"当前电池电压：{state.batteryVoltage}V")

    # 1秒后切换到站立+行走
    if count > 100:
        cmd.mode = 2  # 行走模式
        cmd.velocity[0] = 0.2  # 前进速度0.2m/s
    count += 1

    # 发送指令
    udp.setSend(cmd)
    udp.send()
    time.sleep(0.01)  # 10ms周期

3. ROS2二次开发接口（话题/服务）

宇树机器人已封装ROS2接口，可直接通过话题/服务控制：

ROS2话题/服务	类型	功能
/unitree/high_cmd	unitree_msgs/msg/HighCmd	发布高层控制指令
/unitree/high_state	unitree_msgs/msg/HighState	订阅机器人状态
/unitree/set_mode	unitree_msgs/srv/SetMode	调用服务切换运动模式（站立/行走）
/unitree/lidar/points	sensor_msgs/msg/PointCloud2	订阅激光雷达点云

ROS2示例（发布行走指令）

import rclpy
from rclpy.node import Node
from unitree_msgs.msg import HighCmd

class WalkPublisher(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('walk_publisher')
        self.publisher_ = self.create_publisher(HighCmd, '/unitree/high_cmd', 10)
        timer_period = 0.01  # 10ms
        self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)
        self.count = 0

    def timer_callback(self):
        msg = HighCmd()
        msg.mode = 0 if self.count < 100 else 2  # 先待机，后行走
        msg.gait_type = 1
        msg.velocity[0] = 0.3  # 前进速度0.3m/s
        msg.foot_raise_height = 0.08
        self.publisher_.publish(msg)
        self.count += 1

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    walk_pub = WalkPublisher()
    rclpy.spin(walk_pub)
    walk_pub.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    main()

4. 自定义行为开发

若需扩展自定义功能（如抓取、避障、语音交互），可通过以下方式：

1. 感知融合 ：将激光雷达/相机数据输入自研算法（如SLAM、目标检测），输出运动指令；
2. 行为封装 ：将自定义动作（如挥手、弯腰）封装为「动作库」，通过cmd.customCmd参数触发；
3. 接口扩展 ：基于宇树SDK封装HTTP/WebSocket接口，支持远程控制（如手机APP、网页端）。

五、注意事项

1. 安全规范 ：调试时务必在空旷场地进行，避免机器人倾倒伤人，建议先通过仿真环境（宇树提供Gazebo仿真模型）验证代码；
2. 版本适配 ：不同型号的SDK不兼容（如H1和Go1的Cmd/State结构不同），需下载对应型号的SDK；
3. 权限管理 ：机器人默认有操作权限限制，需通过官方工具解锁「开发者权限」才能修改底层参数；
4. 文档参考 ：宇树官方提供《Unitree Legged SDK开发手册》《H1机器人硬件手册》，包含完整API和参数说明，是二次开发的核心参考。

如需某一具体模块（如力矩控制、SLAM集成、语音交互）的深度开发细节，可补充说明，我会针对性展开。

审核编辑 黄宇