MIT Mini Cheetah–开源代码仿真环境搭建

摘要

2019年以来，关于四足机器人的报道越来越多，我比较关注的是MIT mini cheetah。Mini Cheetah的外表是很可爱的，它长约0.4米，重约20磅，外形比较接近人们养的小狗，让人看了就心生欢喜。不过它可爱的外表下却有着普通机器人望尘莫及的性能，它不但可以进行后空翻，还可以高速、灵活的跑动，其跑步的最高速度能达到3.7m/s。要知道，它自身的长度仅仅为0.4米，相当于一秒钟就跑出接近自己身长10倍的距离。

2019年MIT开源了运行在mini cheetah的所有源代码，作为机器人爱好者，我当然忍不住去看看。 该文档记录了我编译MIT mini Cheetah源码开发环境的过程，参考了MIT开源项目的官方文档以及一些网络资料。包括开发环境搭建的步骤、遇到的问题以及解决方法。

安装依赖包

sudo apt install mesa-common-dev freeglut3-dev coinor-libipopt-dev libblas-dev liblapack-dev gfortran liblapack-dev coinor-libipopt-dev cmake gcc build-essential libglib2.0-dev

还要安装以下各项

(1) LCM 1.3.1 (it says Java 6, but you can use newer) (https://lcm-proj.github.io/)
命令安装LCM库

git clone https://github.com/lcm-proj/lcm.git 
cd lcm 
mkdir build 
cd build 
cmake .. 
make 
sudo make install 
sudo ldconfig

简介：LCM（Lightweight Communications and Marshalling）是一套用于消息传递和数据编组的库和工具的集合，旨在为实时系统提供高带宽和低延迟的消息传递的能力。它提供了一个发布/订阅消息传递模型以及为各种编程语言的应用程序自动生成编/解组代码。
LCM允许多个进程以安全和高性能地方式进行消息的交换。消息是LCM通信的基本单元，开发者可将消息定义为与编程语言无关的数据结构，然后使用LCM提供的lcm-gen工具将自定义的数据结构编译为特定语言的代码。lcm-gen支持C、C++、Java、Python等编程语言，关于lcm-gen的使用可以参考官方文档。LCM官方下载地址为：https://github.com/lcm-proj/lcm

(2) Qt 5.10.0 or newer (requires the gamepad library) (https://www.qt.io/download-qt-installer) 可以去官网下载Qt5.10.0或更新版本的安装包，我在清华大学开源软件镜像站下载了qt5.14.0安装包进行安装。

sudo chmod -R 755 qt-opensource-linux-x64-5.14.0-rc_167.run
./qt-opensource-linux-x64-5.14.0-rc_167.run

随后会弹出安装界面，按提示进行安装。我把它安装在/opt/Qt5.14.0目录下。

NOTE: on Ubuntu 18.10 or 19.04, you may instead install Qt with

sudo apt install libqt5 libqt5gamepad5

(3) Eigen (http://eigen.tuxfamily.org/)
命令安装Eigen库

sudo apt-get install libeigen3-dev

下载和编译源码

执行以下指令进行安装和编译

git clone https://github.com/mit-biomimetics/Cheetah-Software.git
cd Cheetah-Software
cd scripts # for now, you must actually go into this folder
./make_types.sh # you may see an error like `rm: cannot remove...` but this is okay
cd ..
mkdir build
cd build
cmake .. # there are still some warnings here
make -j2

cmake错误及解决方法

注意如果是使用这篇博客华北舵狗王带你一起做四足机器人9 （MIT Cheetah 开源 代码 仿真器编译）提供的较旧的代码，执行编译cmake …,可能会出现如下(1),(2），（3）这3个错误(我遇到了)，按照对应方法处理即可。如果使用官方较新的代码，可能只会出现(3），（4）这2个错误，按照对应方法处理即可。

(1)提示sim/CMakeLists.txt出错，无法找到Qt5GamepadConfig.cmake或qt5gamepad-config.cmake文件。

它们是在Qt5的安装目录下的。因此需要设置Qt5Gamepad_DIR目录等等。这时候需要修改sim目录下的CMakeLists.txt，注释掉原有的，改为如下类似的设置（根据自己Q5的安装目录进行修改）

修改后的CMakeLists.txt类似下图所示

(2) footplan-viewer/CMakeLists.txt出错.这时候需要修改footplan-viewer目录下的CMakeLists.txt，

注释掉原有的，改为如上面类似的设置。

(3）在clone googletest的时候卡住很久不动或失败。这应该是从外网下载的，可能是我的网络不好导致，多试几次就可以了。遇到这个问题应该首先检查一下网络，下载不了可以手动去下载。

(4）也是提示Qt5Gamepad的目录存在错误，但是报错的信息跟(1)的错误是不一样的。

这是因为官方最新的代码和旧的有些不一样了，sim目录下的CMakeLists.txt。最新的CMakeLists.txt是通过sripts目录下的find_qt_path.sh脚本来寻找Qt的版本和安装目录，如下图。

find_qt_path.sh的内容只有下面3行，可以发现脚本默认是Qt安装在home目录下了，但很多人常常把Qt安装在opt目录下。解决办法：只需要把下面脚本查找Qt的目录修改为自己的安装目录即可。

#/bin/bash
QT_VER="$(ls ~/Qt/ | grep 5 -m1)"
printf "${HOME}/Qt/${QT_VER}/gcc_64/"

make错误及解决方法

执行 make -j4可能会出现如下错误，按照对应方法处理即可:
(1)cc1plus: error: /usr/local/include/eigen3: No such file or directory [-Werror=missing-include-dirs]

这是由于安装eigen3的时候默认安装在/usr/include目录，而编译起器以为安装在 /usr/local/include目录，因此找不到对应文件。这时候可以把eigen3文件夹直接复制到/usr/local/include目录下。

sudo cp -r /usr/include/eigen3  /usr/local/include/eigen3

(2) c++: internal compiler error: Killed (program cc1plus)

这是由于内存不足引起的（（出错时我的虚拟机内存设置为2GB）。第一个解决办法是把虚拟机内存设置更大(把虚拟机内存设置为8GB就很轻松编译完成了)。第二个办法是直接用make指令编译，去掉-j4选项，j4是指定4个线程进行编译，这样只是编译时间会很久。
解决了这些问题基本就没有问题了，编译完成结果如下图。

小结

简单来说编译mini cheetah源码分为以下3步：
（1）安装依赖包
（2）cmke…
(3) make
在这个过程中我也遇到了不少坑，耗费了两个周末的时间，现在分享出来，希望对遇到类似问题的朋友有帮助。现在我已经编译成功了，可以愉快的看论文和看代码了。下面先贴一个仿真的动画出来，更多的内容后面持续分享出来。

网络参考资料

[1] Cheetah-Software:Getting Started

[2] ubuntu 安装使用eigen3 (两种方式)

[3] 华北舵狗王带你一起做四足机器人9 （MIT Cheetah 开源 代码 仿真器编译

[4] 补充“MIT Cheetah 完整开源代码仿真环境”搭建过程中文资料的细节