在四足机器人开发中，高层运动控制是实现灵活动作与自主移动的核心环节。Unitree Go2机器人基于SDK2提供了丰富的高层运动控制接口，涵盖基础姿态控制、速度控制、轨迹跟踪及特色动作执行等功能，为开发者提供了便捷的二次开发入口。本文将从运动模式分类、例程结构、代码解析、实战操作等维度，全方位拆解Go2高层运动控制的技术细节，助力开发者快速实现机器人运动功能定制。

一、高层运动控制概述：核心定位与适用场景

1. 核心架构

Go2的高层运动控制基于Unitree SDK2构建，通过C++例程封装了各类运动接口，开发者可通过修改配置参数或二次开发，实现对机器人的精细化运动控制。其核心设计逻辑是：通过枚举test_mode指定运动模式，由sport_client对象调用SDK接口执行动作，同时通过回调函数实时获取机器人运动状态，形成"指令下发-状态反馈"的闭环控制。

2. 适用场景

该套控制接口适用于教育科研、机器人演示、动作编程等场景，支持基础运动调试、特殊动作编排、轨迹跟踪等开发需求。使用前需注意：

• 场地要求：执行运动（尤其是特殊动作）时需保证场地空旷，无障碍物干扰
• 操作前提：需通过遥控器让Go2进入运动模式，避免硬件冲突
• 开发环境：需安装Unitree SDK2，支持C++编译环境（兼容ROS生态）

二、运动模式全解析：基础运动与特殊动作

Go2的高层运动模式分为基础运动控制和特殊动作两大类，共包含19种具体模式，通过枚举test_mode定义，开发者可修改TEST_MODE变量指定运行模式。

1. 基础运动控制：核心功能与参数说明

基础运动涵盖机器人核心姿态与移动控制，支持持续运行或状态切换，是机器人运动的基础能力。

运动模式	功能说明	关键参数/特性
normal_stand	正常站立	关节锁定，保持固定站高，为默认基础状态
balance_stand	平衡站立	站立时维持机体姿态平衡，支持欧拉角与机身高度调节
velocity_move	速度控制	按指定x、y、yaw速度移动，参考坐标系为机体坐标系
trajectory_follow	轨迹跟踪控制	跟踪预设参考轨迹，参考坐标系为绝对坐标系（程序启动位置为原点）
stand_down	趴下	关节锁定，机体贴合地面
stand_up	站高	关节锁定，提升机体高度至默认值（0.33m）
damp	阻尼模式	所有电机进入阻尼状态，优先级最高，相当于"软急停"
recovery_stand	恢复站立	从翻倒或趴下状态自动恢复至站立状态
stop_move	停止运动	终止所有当前执行的运动指令，回归 idle 状态

关键参数限制（平衡站立模式）：

• 欧拉角范围：roll（横滚）[-0.75, 0.75]、pitch（俯仰）[-0.75, 0.75]、yaw（偏航）[-0.6, 0.6]（单位：rad）
• 机身高度：相对于默认状态（0.33m）的调节范围为[-0.18, 0.03]（负值降低高度，正值升高高度）

2. 特殊动作：特色功能与执行规则

特殊动作是Go2的亮点功能，涵盖仿生动作、互动动作等，需注意：所有特殊动作在短时间内仅能执行一次，需通过标志位flag控制执行状态。

特殊动作	功能说明	执行特性
sit	坐下	仿生坐姿，执行后维持该姿态
rise_sit	坐姿恢复	从坐下状态恢复至之前的运动状态
stretch	伸懒腰	机体舒展动作，增强互动性
wallow	打滚	机身绕轴线翻滚，需足够场地空间
content	开心	仿生开心动作（如摆尾、机身晃动）
pose	摆姿势	预设造型动作，参数true指定动作类型
scrape	拜年作揖	仿生作揖动作，适用于演示场景
front_flip	前空翻	高危动作，需确保场地空旷无遮挡
front_jump	前跳	向前短距离跳跃，跳跃高度与距离固定
front_pounce	向前扑人	仿生扑击动作，移动速度较快

三、例程快速上手：环境准备与编译运行

1. 核心文件与依赖

• 例程路径：unitree_sdk2/example/go2/go2_sport_client.cpp
• 依赖环境：Unitree SDK2（需提前安装配置）、C++编译器（支持C++11及以上）、CMake构建工具

2. 编译与运行步骤

（1）选择运动模式

修改例程中TEST_MODE变量，指定需测试的运动模式，例如测试速度控制：

const int TEST_MODE = velocity_move; // 枚举值对应目标运动模式

（2）编译例程

在SDK目录下执行编译指令：

# 进入例程目录（根据实际路径调整）
cd unitree_sdk2/example/go2
# 创建编译目录
mkdir build && cd build
# 构建工程
cmake ..
# 编译生成可执行文件
make

（3）运行测试程序

1. 通过遥控器让Go2进入运动模式，放置于空旷场地
2. 在终端执行运行指令（指定网卡名称，如eth0或wlan0）：

   ./sportmode_test [网卡名称]
   

3. 程序启动后等待1秒（获取稳定初始状态），机器人将执行指定动作
4. 按Ctrl+C终止程序，机器人停止运动

四、核心代码解析：例程架构与控制逻辑

Go2高层运动控制例程的核心架构分为初始化模块、状态回调模块、运动控制模块和主程序模块，各模块协同实现运动指令的下发与状态反馈。

1. 初始化模块：Custom类构造函数

Custom类封装了运动控制的核心逻辑，构造函数完成sport_client初始化与状态订阅：

Custom()
{
  // 初始化运动客户端，设置请求超时时间（10秒）
  sport_client.SetTimeout(10.0f);
  sport_client.Init();

  // 订阅高层状态话题（TOPIC_HIGHSTATE），绑定回调函数获取机器人状态
  suber.reset(new unitree::robot::ChannelSubscriber<unitree_go::msg::dds_::SportModeState_>(TOPIC_HIGHSTATE));
  suber->InitChannel(std::bind(&Custom::HighStateHandler, this, std::placeholders::_1), 1);
};

2. 状态回调模块：实时获取运动状态

HighStateHandler为状态回调函数，实时接收机器人的运动状态数据（如位置、IMU信息）并存储到state变量，供控制逻辑调用：

void HighStateHandler(const void *message)
{
  // 将接收的消息转换为运动状态类型
  state = *(unitree_go::msg::dds_::SportModeState_ *)message;
  // 打印位置信息（x, y, z）
  std::cout << "Position: " << state.position()[0] << ", " << state.position()[1] << ", " << state.position()[2] << std::endl;
  // 打印IMU欧拉角（roll, pitch, yaw）
  std::cout << "IMU rpy: " << state.imu_state().rpy()[0] << ", " << state.imu_state().rpy()[1] << ", " << state.imu_state().rpy()[2] << std::endl;
};

3. 初始状态获取：统一坐标系原点

GetInitState函数获取程序启动时机器人的位置（px0, py0）和偏航角（yaw0），作为绝对坐标系的原点，确保轨迹跟踪等功能的准确性：

void GetInitState()
{
  px0 = state.position()[0];   // 初始x坐标
  py0 = state.position()[1];   // 初始y坐标
  yaw0 = state.imu_state().rpy()[2]; // 初始偏航角
  std::cout << "initial position: x0: " << px0 << ", y0: " << py0 << ", yaw0: " << yaw0 << std::endl;
};

4. 主程序流程：启动控制线程

主程序完成网卡初始化、等待状态稳定、启动运动控制线程，实现持续运动控制：

int main(int argc, char **argv)
{
  // 检查参数（需传入网卡名称）
  if (argc < 2)
  {
    std::cout << "Usage: " << argv[0] << " networkInterface" << std::endl;
    exit(-1);
  }

  // 初始化通道工厂（指定网卡）
  unitree::robot::ChannelFactory::Instance()->Init(0, argv[1]);
  Custom custom;

  sleep(1); // 等待1秒，获取稳定的初始状态
  custom.GetInitState(); // 记录初始状态

  // 创建循环线程，按固定周期（dt）调用RobotControl执行运动控制
  unitree::common::ThreadPtr threadPtr = unitree::common::CreateRecurrentThread(custom.dt * 1000000, std::bind(&Custom::RobotControl, &custom));

  // 保持程序运行
  while (1)
  {
    sleep(10);
  }
  return 0;
}

五、关键运动模式实战：代码解析与参数配置

1. 基础运动：平衡站立与速度控制

（1）平衡站立（balance_stand）

支持欧拉角与机身高度调节，适用于姿态校准场景：

case balance_stand:                                 
  // 设置欧拉角（roll=0.1rad, pitch=0.2rad, yaw=0.3rad）
  sport_client.Euler(0.1, 0.2, 0.3);
  // 设置机身相对高度（0对应默认0.33m，可在[-0.18, 0.03]范围内调整）
  sport_client.BodyHeight(0.0);
  // 启动平衡站立
  sport_client.BalanceStand();
  break;

（2）速度控制（velocity_move）

按指定速度移动，参数分别为x轴速度、y轴速度、yaw角速度（机体坐标系）：

case velocity_move:                                  
  // 示例：x轴速度0.3m/s，y轴速度0，yaw角速度0.3rad/s（顺时针旋转）
  sport_client.Move(0.3, 0, 0.3);
  break;

2. 高级运动：轨迹跟踪控制（trajectory_follow）

实现圆形轨迹跟踪，核心逻辑是生成局部坐标系下的圆轨迹点，转换为绝对坐标系后下发：

case trajectory_follow:
  time_seg = 0.2; // 轨迹时间步长（0.2秒/点）
  time_temp = ct - time_seg;

  // 生成30个轨迹点（覆盖6秒轨迹）
  for (int i = 0; i < 30; i++)
  {
    time_temp += time_seg;
 
    // 局部坐标系（程序启动原点）下的圆轨迹参数
    px_local = 0.5 * sin(0.5 * time_temp); // 圆半径0.5m
    py_local = 0.5 * cos(0.5 * time_temp) - 1;
    yaw_local = 0; // 偏航角保持0
    // 局部速度参数
    vx_local = 0.25 * cos(0.5 * time_temp);
    vy_local = -0.25 * sin(0.5 * time_temp);
    vyaw_local = 0;
 
    // 转换为绝对坐标系（基于初始位置和偏航角）
    path_point_tmp.timeFromStart = i * time_seg;
    path_point_tmp.x = px_local * cos(yaw0) - py_local * sin(yaw0) + px0;
    path_point_tmp.y = px_local * sin(yaw0) + py_local * cos(yaw0) + py0;
    path_point_tmp.yaw = yaw_local + yaw0;
    path_point_tmp.vx = vx_local * cos(yaw0) - vy_local * sin(yaw0);
    path_point_tmp.vy = vx_local * sin(yaw0) + vy_local * cos(yaw0);
    path_point_tmp.vyaw = vyaw_local;
    path.push_back(path_point_tmp);
  }
  // 下发轨迹跟踪指令
  sport_client.TrajectoryFollow(path);
  break;

3. 特殊动作：前空翻与拜年作揖

特殊动作通过标志位flag控制单次执行，避免重复触发：

（1）前空翻（front_flip）

case front_flip:
  if (flag == 0) // flag=0表示未执行过
  {
    sport_client.FrontFlip(); // 调用前空翻接口
    flag = 1; // 置1锁定，避免重复执行
  }
  break;

（2）拜年作揖（scrape）

case scrape:
  if (flag == 0)
  {
    sport_client.Scrape(); // 调用作揖接口
    flag = 1;
  }
  break;

六、运动状态获取：关键参数与调用示例

通过state变量可获取机器人的实时运动状态，涵盖位置、姿态、速度、障碍物信息等，支持运动闭环控制与故障排查。

1. 核心状态参数

状态参数	数据类型	功能说明
position()	std::array<float, 3>	三维位置（x, y, z）
imu_state().rpy()	std::array<float, 3>	IMU欧拉角（roll, pitch, yaw）
mode()	uint8_t	运动模式（0=idle, 1=balanceStand等，见文档枚举）
gaitType()	uint8_t	步态类型（0=idle, 1=trot, 2=run等）
velocity()	std::array<float, 3>	三维速度（x, y, z）
rangeObstacle()	std::array<float, 4>	障碍物距离（四个方向）
footForce()	std::array<int16_t, 4>	四足端力反馈

2. 状态调用示例

// 打印机器人当前位置
std::cout << "Current Position: " << custom.state.position()[0] << ", " << custom.state.position()[1] << std::endl;

// 打印当前运动模式（需映射为对应名称）
uint8_t currentMode = custom.state.mode();
std::cout << "Current Motion Mode: " << currentMode << std::endl;

// 打印障碍物距离（四个方向）
std::cout << "Obstacle Distance: " << custom.state.rangeObstacle()[0] << ", " << custom.state.rangeObstacle()[1] << std::endl;

七、注意事项与常见问题排查

1. 关键注意事项

• 安全第一：执行前空翻、打滚等动作时，必须确保场地空旷，避免机器人碰撞损坏
• 模式冲突：特殊动作单次执行后需重置flag才能再次触发，否则无法重复运行
• 坐标系区分：速度控制基于机体坐标系，轨迹跟踪基于绝对坐标系，开发时需避免混淆
• 状态稳定：程序启动后需等待1秒获取初始状态，否则可能导致轨迹跟踪偏差

2. 常见问题排查

• 程序无法运行：检查网卡名称是否正确，SDK是否安装配置完成
• 机器人无响应：确认遥控器已切换至运动模式，场地是否满足动作执行要求
• 动作执行异常：检查TEST_MODE枚举值是否正确，参数是否超出限制（如欧拉角范围）
• 状态获取失败：排查话题订阅是否成功，回调函数是否绑定正确

总结

Unitree Go2的高层运动控制接口通过SDK2封装了丰富的运动功能，兼具易用性与灵活性，既支持新手快速上手测试预设动作，也为进阶开发者提供了二次开发的空间。本文通过对运动模式、例程架构、代码逻辑的深度解析，为开发者提供了完整的技术指南。

在实际开发中，建议先通过预设例程测试基础运动，熟悉坐标系与参数规则后，再进行轨迹跟踪或特殊动作的定制开发。同时，需重点关注运动安全与状态反馈，确保机器人运动的稳定性与可靠性。对于复杂场景的运动控制，可基于该接口扩展路径规划、障碍物避障等功能，进一步提升机器人的自主运动能力。