MIT Cheetah-Software开源项目流程分析
摘要：MIT Cheetah-Software是四足机器人的开源项目，理清程序流程是进一步理解和研究项目的必要条件。Cheetah-Software开源项目包含robot、common、sim和user等四个部分的源码，本文以user/MIT_Controller下的子项目来介绍Cheetah-Software的程序流程。
一、主函数
主函数定义在main.cpp文件中，源码如下：
int main(int argc, char** argv)
{
main_helper(argc, argv, new MIT_Controller());
return 0;
}在主函数中，先使用new生成一个MIT_Controller对象，然后调用main_helper函数，最后返回0，流程如图1所示。
图1 主函数流程图
注：MIT_Controller在user/MIT_Controller/MIT_Controller.hpp文件中。
二、main_helper函数
main_helper函数定义在robot/src/main_helper.cpp，流程图见图2。
图2 main_helper函数流程图
上面流程图中，大部分流程用于命令参数判断，在流程图后面三个分支中的对象是我们研究的重点，即MiniCheetahHardwareBridge、CheetahHardwareBridge和SimulationBridge三个类的对象声明hw和hw.run()。
MiniCheetahHardwareBridge和CheetahHardwareBridge是HardwareBridge的子类，是两种不同类型的四足机器人对象，而SimulationBridge类是仿真模拟类，用来仿真四足机器人对象，下面分别以MiniCheetahHardwareBridge和Cheetah3HardwareBridge为例来介绍四足机器人的运行流程。
三、HardwareBridge::run()
HardwareBridge类是一个抽象类，定义了run()的接口函数，其子类在run()中实现机器人运行代码。
（一）MiniCheetahHardwareBridge::run()
MiniCheetahHardwareBridge::run()的流程图如图3所示。
图3 MiniCheetahHardwareBridge::run函数流程图
1、初始化通信模块，调用基类HardwareBridge::initCommon()函数，通过LCM通信模块订阅interface和interface_request两个主题；
2、初始化MiniCheetah机器人的spi通信和惯性导航模块(IMU)；
3、初始化机器人参数和用户控制参数列表；
4、创建和配置RobotRunner对象（实际上是一个任务对象）；
5、启动状态任务；
6、启动spi通信任务，spi通信负责传输控制命令和接收传感器数据；
7、启动惯性导航线程；
8、执行RobotRunner的任务；
9、启动可视化数据LCM通信任务；
10、启动遥控器指令接收任务；
11、启动惯性导航日志任务；
12、每隔1秒循环。
（二）Cheetah3HardwareBridge::run()
Cheetah3HardwareBridge::run()的流程图如图4所示。
图4 Cheetah3HardwareBridge::run函数流程图
1、初始化通信模块，调用基类HardwareBridge::initCommon()函数；
2、初始化Cheetah3的硬件系统；
3、初始化机器人参数和用户控制参数列表；
4、创建和配置RobotRunner对象；
5、初始化RobotRunner对象；
6、启动状态任务；
7、启动工业以太网(基于ethercat协议)；
8、执行RobotRunner任务；
9、启动可视化数据LCM通信任务；
10、每隔1秒，打印状态。
四、RobotRunner任务的初始化与执行
在Cheetah3HardwareBridge::run()的流程中调用了RobotRunner::init()和RobotRunner::start()，下面分析两个函数的流程和功能。
（一）RobotRunner::init()
RobotRunner::init()的流程如图5所示。
图5 RotbotRunner::init函数流程图
1、根据机器人类型创建四足机器人模型(_quadruped)和生成基础移动模型；
2、创建机器人关节位姿初始化对象；
3、创建腿控制器对象；
4、创建状态预测容器并初始化；
5、创建期望状态命令对象；
6、将生成的对象赋值给机器人控制对象；
7、初始化机器人控制对象。
（二）RobotRunner::start()
RobotRunner的基类是PeriodicTask，PeriodicTask是一个线程任务类，所以RobotRunner::start()实际调用的是PeriodicTask::start()。RobotRunner::start()的流程如图6所示。
图6 启动RobotRunner任务流程图
1、调用PeriodicTask::start()；
2、PeriodicTask::start()启动线程，线程的主体函数是PeriodicTask::loopFunction()；
3、在PeriodicTask::loopFunction()中循环执行PeriodicTask::run()函数，而PeriodicTask::run()是一个纯虚函数，实际调用的是RobotRunner::run()函数。
五、RobotRunner::run()
RobotRunner::run()是机器人系统每个执行周期的运行内容，其流程如图7所示。
图7 RobotRunner::run函数流程图
1、运行状态预测；
2、可视化数据清零；
3、将机器人数据更新到LegController对象；
4、设置LegController对象使能；
5、当遥控器控制时的rc_control.mode为0时，将LegController对象的控制命令数据清零，否则执行6；
6、如果关节位置初始对象没有初始化时，将LegController对象的各个关节的kp和kd赋值，否则执行7；
7、执行机器人控制对象(实际是MIT_Controller对象)的runController()和updateVisualization()函数。
（一）RobotRunner::setupStep()
RobotRunner::setupStep()的功能是将机器人的各关节数据更新到LegController对象，流程见图8所示。
图8 RobotRunner::setupStep函数流程图
（二）MIT_Controller::runController()
MIT_Controller::runController()的功能是根据机器人当前位姿、期望位姿、遥控器指令、步态等多种数据计算各关节的控制命令，流程见图9所示。
图9 MIT_Controller::runController函数流程图
（三）RobotRunner::finalizeStep()
RobotRunner::finalizeStep()的功能是将生成的控制命令数据更新到机器人各控制系统，流程见图10所示。
图10 RobotRunner::finalizeStep函数流程图
六、小结
本文从/user/MIT_Controller/main.cpp的main()函数出发，通过逐次递进的方法分析了MIT开源项目Cheetah-Software机器人系统运行的主要流程，这只是源码分析的开始，希望和四足机器人爱好者们共同进步！