仿真环境与机器人模型

训练任务需要一个能够根据控制输入推进机器人状态的环境。本篇以十二关节四足机器人的平地速度跟踪为例，说明如何检查模型、场景与时间设置。这里介绍通用机制；具体安装命令和硬件要求应查阅所选框架对应版本的官方资料。

1. 机器人模型、物理仿真与训练环境

对象	提供什么	需要核对什么
机器人模型	刚体、关节、质量、惯量、几何和驱动信息	是否与目标机器人一致
场景	地面、障碍物、重力和接触条件	是否符合任务范围
物理仿真器	根据控制输入计算运动与接触	时间步长、求解与接触设置
训练环境	组织指令、观测、动作、奖励和重置	每个控制步的数据含义
训练算法	使用交互数据更新策略	如何采样及更新参数

模型文件能够显示出来，只能证明部分加载流程正常。可视几何与碰撞几何可能不同，关节能够转动也不能证明惯量、轴向或驱动配置正确。

2. 机器人模型的组成与参数校验

运动学结构与关节定义

确认基座能否自由平移和旋转。本文的行走机器人采用浮动基座；将基座固定后，训练对象就变成了另一种系统。

十二个驱动关节只是动作维数的示例，不等于整个模型只有十二个自由度。列出驱动关节名称、轴向、正方向、限位和数组索引，并建立动作顺序到模型顺序的对应关系。不要假定文件中的顺序就是策略使用的顺序。

质量分布、惯量与几何模型

核对总质量及其分配、质心位置、惯量和尺寸单位。外观相同的模型，动力学参数不同，受到同样力矩时也会产生不同运动。

显示碰撞几何，检查足端是否能与地面接触、初始状态是否穿模，以及自碰撞设置是否符合预期。过粗的碰撞形状可能改变可通过空间，过于复杂的形状则可能增加计算负担。

执行器配置与初始姿态

模型中的关节不一定已经连接到正确的执行器。核对控制接口、力矩上限及是否存在额外的内建伺服，避免在两个位置重复执行控制律。

初始关节角应位于允许范围内，基座高度应与腿部姿态一致。初始姿态是环境重置状态；默认关节姿态则可能是动作偏移的参考，两者需要分别记录。

3. 基础场景与并行环境配置

先使用平地和明确的重力、接触设置，让读者能把异常定位到模型、控制或接口。复杂地形、随机摩擦和扰动会增加变量，适合在基本任务验证后逐步引入。

并行环境通常将同一任务复制多份，以批量张量处理状态。若环境数为 $N$、关节数为 12，关节位置常组织为形状 $(N,12)$ 的数组。应检查各环境之间的碰撞隔离、空间布局，以及重置某个环境时是否意外改动其他环境。

4. 仿真步长与控制周期的影响

设物理步长为 $\Delta t_p$，每次策略动作执行 $d$ 个物理步，则控制周期为：

$$\Delta t_c=d\Delta t_p$$

例如 $\Delta t_p=0.005\ \mathrm{s}$、$d=4$ 时，策略每 0.02 s 调用一次。保持动作目标期间，关节控制器可以每个物理步重新计算力矩。

改变 $d$ 会同时影响反馈速度、动作保持时间、按步计数的指令周期和回合长度，也可能影响奖励累积。调整时间参数时，应将这些量换算成秒重新核对。引擎的内部子步和求解器迭代属于另一层设置，不能直接当成策略调用次数。

5. 训练前的仿真环境验证

以下步骤用于仿真环境，开始时使用单个或少量环境：

1. 加载模型并显示关节与碰撞信息，检查初始穿透和关节映射。
2. 明确“零动作”含义。对本文的位置偏移接口，零动作应给出默认关节目标，而非零力矩。
3. 在受控条件下给单个关节很小的目标变化，确认索引、方向和幅度。
4. 记录关节位置、速度、力矩与接触信息，确认没有非有限值或明显异常跳变。
5. 触发单个环境重置，确认其状态恢复且其他环境继续运行。

默认目标姿态本身不能保证机器人稳定站立，若失稳，应结合重心、接触、增益和模型检查，不能仅凭零动作下摔倒判定模型错误。

6. 仿真框架选用与迁移验证

本章的概念不依赖某个任务类。阅读项目时，分别寻找模型加载、场景创建、动作执行、状态读取与重置入口，并记录实际使用的版本。

mjlab 使用 MuJoCo Warp，并采用可组合的任务组织方式。本站目前将其作为学习入口；安装与功能说明以官方仓库和官方文档为准，尚未在这里提供队内验证过的安装训练教程。

准备迁移时，先记录目标设备的显卡、驱动、框架版本，再验证官方任务、短训练和回放。不要把模型加载成功当成完整训练兼容性验证。模型导入后的关节、驱动和接触语义也应重新检查。

思考与练习

为一个模型整理“关节映射、质量与单位、控制接口、初始状态、时间参数”五项记录。计算 10 s 对应多少个控制步，并说明更改控制周期后哪些配置需要调整。

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