这个是本人在大三期间做的项目 —— 基于MIT的Cheetah方案设计的十二自由度并联四足机器人，这个项目获得过两个国家级奖项和一个省级奖项。接下来我会将这个机器人的控制部分所有代码进行开源，并配有相关的教程博客，希望能够帮助到在学习相关领域知识或者进行项目开发的同学。
学习建议
QT是一个跨平台的 C++ 开发库，主要用来开发图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）程序，当然也可以开发不带界面的命令行。由于它可视化界面的操作便捷，拓展性强以及对各平台的兼容性高，非常适用于机器人操作UI的开发。
因此，本项目基于QT开发平台，并结合了ROS，设计了一套用于人机交互的四足机器人操作UI界面。
学习资料：因为QT的生态已经非常成熟了，网上有数不清的QT开源项目，所以学习成本很低。并且制作上位机最难的不是各种语法（只要有一定的C++代码基础），而是审美，所以建议找到相关的开源项目直接上手，实践出真知。
B站相关教程：QT入门到实战
相关开源项目及教程：ROS&Qt5 人机交互界面开发
本项目上位机开源代码： Quadruped_UpperMonitor
学习内容
这里不展开讲QT的语法实现，主要讲本项目所需的上位机功能以及界面设计。
QT与ROS的关系： QT上位机一般作为一个节点接入到ROS网络中，并且将ROS的通信函数嵌入到QT的控件SLOT函数中，进行数据交互。
机器人操作界面
单关节控制界面（用于驱动测试以及极性测试）
/* 以下是滑条的嵌套函数截取，仅供参考 */
/**
* @brief 控制单关节
* @param id 关节号（1-12）
*/
void MainWindow::JointCtrl(JOINT l, float data)
{
sensor_msgs::JointState msg;
msg.name.push_back(std::to_string(l));
msg.position.push_back(data);
qnode->JointCmdPuber.publish(msg);
}
/**
* @brief 控件初始化函数
*/
void MainWindow::InitWidget(void)
{
// 滑块移动时显示数值
connect(ui->Slider_LBjoint1,&QSlider::sliderMoved,[=]() {
ui->Num_LBjoint1->display(ui->Slider_LBjoint1->value());
});
connect(ui->Slider_LBjoint2,&QSlider::sliderMoved,[=]() {
ui->Num_LBjoint2->display(ui->Slider_LBjoint2->value());
});
connect(ui->Slider_LBjoint3,&QSlider::sliderMoved,[=]() {
ui->Num_LBjoint3->display(ui->Slider_LBjoint3->value());
});
// 滑块松开时发布控制数据，ang_bias是角度偏置，与腿部坐标系建立和初始相位有关。
connect(ui->Slider_LBjoint1,&QSlider::sliderReleased,[=]() {
JointCtrl(JOINT_LB1, ui->Slider_LBjoint1->value()*Angle2Pi);
});
connect(ui->Slider_LBjoint2,&QSlider::sliderReleased,[=]() {
JointCtrl(JOINT_LB2, ui->Slider_LBjoint2->value()*Angle2Pi - ang_bias);
});
connect(ui->Slider_LBjoint3,&QSlider::sliderReleased,[=]() {
JointCtrl(JOINT_LB3, ui->Slider_LBjoint3->value()*Angle2Pi + ang_bias);
});
运动控制界面（人机交互主要的界面）
功能描述：
- 支持修改机器人运动参数：步态类型，速度，身高，步高等
- 键盘控制机器人运动
/* 以下是滑条的嵌套函数截取，仅供参考 */
/**
* @brief 控制单关节
* @param id 关节号（1-12）
*/
void MainWindow::JointCtrl(JOINT l, float data)
{
sensor_msgs::JointState msg;
msg.name.push_back(std::to_string(l));
msg.position.push_back(data);
qnode->JointCmdPuber.publish(msg);
}
/**
* @brief 控件初始化函数
*/
void MainWindow::InitWidget(void)
{
// 滑块移动时显示数值
connect(ui->Slider_LBjoint1,&QSlider::sliderMoved,[=]() {
ui->Num_LBjoint1->display(ui->Slider_LBjoint1->value());
});
connect(ui->Slider_LBjoint2,&QSlider::sliderMoved,[=]() {
ui->Num_LBjoint2->display(ui->Slider_LBjoint2->value());
});
connect(ui->Slider_LBjoint3,&QSlider::sliderMoved,[=]() {
ui->Num_LBjoint3->display(ui->Slider_LBjoint3->value());
});
// 滑块松开时发布控制数据，ang_bias是角度偏置，与腿部坐标系建立和初始相位有关。
connect(ui->Slider_LBjoint1,&QSlider::sliderReleased,[=]() {
JointCtrl(JOINT_LB1, ui->Slider_LBjoint1->value()*Angle2Pi);
});
connect(ui->Slider_LBjoint2,&QSlider::sliderReleased,[=]() {
JointCtrl(JOINT_LB2, ui->Slider_LBjoint2->value()*Angle2Pi - ang_bias);
});
connect(ui->Slider_LBjoint3,&QSlider::sliderReleased,[=]() {
JointCtrl(JOINT_LB3, ui->Slider_LBjoint3->value()*Angle2Pi + ang_bias);
});
信号发生器界面
用于发布正弦波，三角波等控制信号，以测试控制器的响应性能。
/* 以下是本项目中键盘控制的部分代码截取，仅供参考 */
/**
* @brief 键盘按键松开回调函数
*/
void MainWindow::keyReleaseEvent(QKeyEvent *event){
// 判断模式
if(ui->rBtn_Joystick->isChecked() && ctrlEnable){
switch(event->key()){
// 状态控制
case Qt::Key_Space:
joystick.jump_triggle = 1;
break;
// 速度控制
case Qt::Key_W: joystick.v_des[0] = 0; break;
case Qt::Key_S: joystick.v_des[0] = 0; break;
case Qt::Key_A: joystick.v_des[1] = 0; break;
case Qt::Key_D: joystick.v_des[1] = 0; break;
case Qt::Key_Q: joystick.v_des[2] = 0; break;
case Qt::Key_E: joystick.v_des[2] = 0; break;
// 参数控制
case Qt::Key_G:
cur_gait = (cur_gait + 1) % Gait_Num;
ui->tBtn_Gait->menu()->actions()[cur_gait]->trigger();
break;
case Qt::Key_H:
cur_jump = (cur_jump + 1) % 3;
ui->tBtn_Jump->menu()->actions()[cur_jump]->trigger();
break;
case Qt::Key_U:
ui->pBar_Velocity->setValue(ui->pBar_Velocity->value() + 10);
break;
case Qt::Key_J:
ui->pBar_Velocity->setValue(ui->pBar_Velocity->value() - 10);
break;
case Qt::Key_I:
ui->pBar_Omega->setValue(ui->pBar_Omega->value() + 10);
break;
case Qt::Key_K:
ui->pBar_Omega->setValue(ui->pBar_Omega->value() - 10);
break;
}
}
}
/**
* @brief 键盘按键按下回调函数
*/
void MainWindow::keyPressEvent(QKeyEvent *event){
switch(event->key()){
case Qt::Key_Return:
// 步态类型
if(gait_type == QString("Stand")) joystick.gait = 1;
else if(gait_type == QString("Trot")) joystick.gait = 2;
else if(gait_type == QString("Walk")) joystick.gait = 3;
// 跳跃类型
if(_jump == QString("Jump")) joystick.jump_type = 0;
else if(_jump == QString("Jump_L")) joystick.jump_type = 1;
else if(_jump == QString("Jump_H")) joystick.jump_type = 2;
// 速度控制
case Qt::Key_W: joystick.v_des[0] = ui->pBar_Velocity->value() / 100. * 0.3f; break;
case Qt::Key_S: joystick.v_des[0] = -ui->pBar_Velocity->value() / 100. * 0.3f; break;
case Qt::Key_A: joystick.v_des[1] = ui->pBar_Velocity->value() / 100. * 0.15f; break;
case Qt::Key_D: joystick.v_des[1] = -ui->pBar_Velocity->value() / 100. * 0.15f; break;
case Qt::Key_Q: joystick.v_des[2] = ui->pBar_Omega->value() / 100. * 0.3f; break;
case Qt::Key_E: joystick.v_des[2] = -ui->pBar_Omega->value() / 100. * 0.3f; break;
}
}
曲线观测界面
用于接收ROS网络中其他节点发布过来的数据，并定频实时显示。
多条曲线的实时显示，需要用到定时器以及多线程，即QT中的QTime和QThread。
/* 以下是本项目中曲线绘制的部分代码截取，仅供参考 */
/**
* @brief 曲线输出信号计算函数
*/
void GraphThread::createItem()
{
int m_iThreadCount = 4;//开启的线程个数
for(int i = 0;i < m_iThreadCount;i++)
{
QTimer *timer = new QTimer();
QThread *thread = new QThread();
m_qTimerList.append(timer);
m_threadList.append(thread);
}
}
/**
* @brief 多线程开启
*/
void GraphThread::startMultThread(int dt = 5)
{
// 设置图表更新时间间隔
dtGraph = dt;
for(int i = 0; i < m_qTimerList.size(); i++)
{
m_qTimerList.value(i)->start(dtGraph);
m_qTimerList.value(i)->moveToThread(m_threadList.value(i));
switch(i){
case 0: QObject::connect(m_qTimerList.value(i),SIGNAL(timeout()),this,SLOT(realtimeGraph1()),Qt::DirectConnection); break;
case 1: QObject::connect(m_qTimerList.value(i),SIGNAL(timeout()),this,SLOT(realtimeGraph2()),Qt::DirectConnection); break;
case 2: QObject::connect(m_qTimerList.value(i),SIGNAL(timeout()),this,SLOT(realtimeGraph3()),Qt::DirectConnection); break;
case 3: QObject::connect(m_qTimerList.value(i),SIGNAL(timeout()),this,SLOT(realtimeGraph4()),Qt::DirectConnection); break;
}
m_threadList.value(i)->start();
}
}
/**
* @brief UI绘制曲线
* @param id
* @return
*/
void graphplot::slot_plotGraph(int id){
if(enabled[id]){
for(int i = 0; i < 3; i ++){
graph_checkboxes[id][i]->setText(graphList.at(id)->graph(i)->name());
if(!graph_checkboxes[id][i]->isChecked()) graphList.operator [](id)->graph(i)->setVisible(false);
else graphList.operator [](id)->graph(i)->setVisible(true);
}
graphList.operator [](id)->replot();
}
}
/**
* @brief 控件初始化函数
*/
void graphplot::initWidget(void){
graph_threads->createItem();
graph_threads->startMultThread(25);
QObject::connect(graph_threads, SIGNAL(plotGraph(int)), this, SLOT(slot_plotGraph(int)));
}
/**
* @brief 更新曲线数据
*/
void GraphThread::slot_updateGraphData(float* value, QString* name){
// 获取当前时间
double key = QDateTime::currentDateTime().toMSecsSinceEpoch()/1000.0;
if(Timer_firstRun){
Timer_startTime = key;
Timer_firstRun = 0;
}
// 上写锁，更新曲线的存储数据
rwlocker.lockForWrite();
for(int i = 0; i < 4; i ++){
if(clearflag[i]){
for(int j = 0; j < 3; j ++){
if(!graph_container[i][j].empty())
graph_container[i][j].clear();
}
}
setClearFlag(i,false);
}
PointType p;
p.stamp = key-Timer_startTime;
for(int i = 0; i < 4; i ++){
for(int j = 0; j < 3; j ++){
if(graph_container[i][j].size() > 100) graph_container[i][j].clear();
else{
p.name = name[i*3 + j];
p.value = value[i*3 + j];
graph_container[i][j].append(p);
}
}
}
// 解锁
rwlocker.unlock();
}
说明：上面列举的所有代码，都是项目中的部分代码截取，也是所对应界面的核心部分代码，能够理解的话，重新编写自己的功能代码应该不难。完整的项目代码也在上方开源了，欢迎下载。
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