caowangrenbo
594885b9e8
- hardware: 新增 can_bus.h / joint_module_protocol.h，实现使能/失能/运行帧与 12 字节反馈帧编解码；ReadHardware/WriteHardware 落地，控制字按协议语义映射 （kErrorReset 按重新使能处理，kGetStatus 无需请求） - hardware: 温度/驱动状态/电压经 /joint_diagnostics 发布（默认 10 Hz，可配置） - hardware: 指令看门狗，100 ms 无指令转阻尼，避免上游挂掉后重发最后一帧 - hardware: 限幅与归一化边界分离——[joint_limits] 是唯一实际限幅，加载期校验 其不超过 [motor.*] 的归一化边界；力矩按峰值扭矩夹紧，kp/kd 越界夹紧并告警 - hardware: require_can 开关，无 CAN 时可只发状态（冒烟测试用） - remote: 1002/4 关节按 M20 的 16 槽上报（swing→HipY、wheel→Wheel，其余占位 0）， 1002/5 温度改由 /joint_diagnostics 提供 - deploy: 启动时序等订阅者出现再发（ROS1 无 latch，否则整段丢失） - msgs: 新增 JointDiagnostics - docs: 智身模组 CANFD 协议整理、待办清单
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# invicta（火蚁）RL sim2real 工程
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从 DeepRobotics `sdk_deploy` 的 **M20 sim2real 部分**剥离出来的 ROS1（Noetic）工程，并按照厂家完整协议 `proto.md` 把**遥控/设备协议**与**RL 控制**拆成两个节点。
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- 上游参考代码：`sdk_deploy/src/M20_sdk_deploy`（ROS2 / ament / drdds）
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- 本工程：ROS1 / catkin / Noetic / Ubuntu 20.04
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- 协议依据：`proto.md`（山猫 M20 basic_server V1.2.0，UDP + JSON）
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- 关节模组 CANFD 协议：[`docs/zhishen_joint_module_canfd.md`](docs/zhishen_joint_module_canfd.md)（智身模组手册 V1.2）；文档索引见 [`docs/README.md`](docs/README.md)
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> 代码源自 [DeepRoboticsLab/sdk_deploy](https://github.com/DeepRoboticsLab/sdk_deploy) 的 M20 sim2real 部分，遵循 BSD-3-Clause（见 `LICENSE`）；已按 ROS1、厂家完整协议与本机器人形态重构。
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## 目录与职责
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```
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invicta_ws/src/
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├── invicta_msgs/ 消息与共享值域（只用 3 条自定义消息，其余复用 sensor_msgs）
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├── invicta_remote/ 遥控/设备协议节点：UDP + JSON ↔ ROS，厂家错误码、状态上报
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│ config/invicta_remote.toml 节点参数
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├── invicta_deploy/ RL 控制节点：状态机 + ONNX 推理 + 安全检查（不碰网络协议）
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│ config/invicta_deploy.toml 节点参数（含机器人模型/策略）
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└── invicta_hardware/ 关节/IMU 数据源 + 关节指令执行端（骨架，硬件 I/O 待实现）
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config/invicta_hardware.toml 节点参数（含电机/CAN）
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```
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这样拆的依据：协议面是平台级接口（控制 + 上报 + 充电/休眠/导航），会跟厂家版本演进；控制面要求 200 Hz 稳定运行、最怕重启。两者生命周期和变更节奏不同。
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## 数据流
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```
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遥控 App ──UDP:30000 JSON──→ invicta_remote ──/motion_command──→ invicta_deploy
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↑ │
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└────────── /motion_state ───────────┘
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│
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invicta_hardware ──/joint_states (200 Hz)──→ invicta_deploy ──/joint_commands──→ invicta_hardware
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──/imu/data (200 Hz)──────→ (200 Hz，RL 状态下 50 Hz)
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```
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## 话题与消息
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| 话题 | 消息 | 频率 | 说明 |
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|---|---|---|---|
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| `/joint_states` | `sensor_msgs/JointState`（标准） | 200 Hz | 关节状态回馈 |
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| `/imu/data` | `sensor_msgs/Imu`（标准） | 200 Hz | IMU 回报（四元数，弧度） |
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| `/joint_commands` | `invicta_msgs/JointCommandArray`（自定义） | 200 Hz / RL 下 50 Hz | 关节指令（kp/kd/前馈/控制字） |
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| `/motion_command` | `invicta_msgs/MotionCommand`（自定义） | 事件 + 轴指令帧 | 协议节点 → RL 节点 |
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| `/motion_state` | `invicta_msgs/MotionState`（自定义） | 20 Hz | RL 节点 → 协议节点（真实状态） |
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消息细节见 [`src/invicta_msgs/README.md`](src/invicta_msgs/README.md)。
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## 频率
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| 环节 | 频率 | 出处 |
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|---|---|---|
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| 控制周期 | 200 Hz（5 ms） | `control_period_ms: 5` |
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| RL 策略 | 50 Hz（decimation 4） | `InvictaPolicyRunner::SetDecimation(4)`，`agent_timestep=0.02` |
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| 关节状态 / IMU 上报 | 200 Hz | 与上游 M20 仿真发布一致；低于 100 Hz 明显退化，50 Hz 是功能下限 |
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| 状态回报 `/motion_state` | 20 Hz | 协议里基础状态上报是 2 Hz，从这里取即可 |
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| 协议轴指令 | 协议建议 ≥20 Hz | 实测老版 App 静杆时更低，动杆时待确认 |
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上游厂商侧口径：Lite3 的数据面上限 200 Hz 且必须整除 1000（内部 1 kHz）。M20 实机的真实上报频率请在接上硬件后用 `rostopic hz` 实测。
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## 配置：每个节点一份自己的 TOML
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原来的 `config/*.yaml`（ROS 参数表）换成 TOML，**粒度不变：每个节点一份，节点自己决定读什么**。
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没有共享配置包，节点之间不通过配置文件耦合：
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| 文件 | 归属 | 内容 |
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|---|---|---|
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| `invicta_deploy/config/invicta_deploy.toml` | RL 节点 | 关节表与标定、腿的运动学（IK）、时序与各状态增益、站立后自动进 RL、策略与步态、本节点话题/队列/控制周期 |
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| `invicta_remote/config/invicta_remote.toml` | 协议节点 | UDP 端口、心跳超时、未实现项语义、本节点话题、四路状态上报频率 |
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| `invicta_hardware/config/invicta_hardware.toml` | 硬件节点 | 关节表与硬件标定、每条腿挂的总线/CANID、**电机量程与 CAN 参数**、本节点话题与发布频率 |
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launch 只传一个路径：`<param name="config_file" value="$(find <本包>)/config/<本包>.toml"/>`；
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不传则默认取本包 `config/` 下的同名文件。TOML 解析用 toml++，以 **header-only 方式**使用（`-DTOML_HEADER_ONLY=1`），CMake 里只有一句 `find_package(tomlplusplus REQUIRED)`——库源码不进仓库，也不引入运行时动态库依赖。
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改动节奏：**改 TOML 不用重编**；改各节点的配置头（`deploy_config.h` / `remote_config.h` / `hardware_config.h`）会自动触发该节点重编。
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两个 TOML 结构坑（已在文件里注释）：① 数组表之后的裸键会归到最后一个元素，所以 `[joint_limits]`/`[leg]` 必须放在 `legs` 段之前；② 整数键要加引号（如 `"4097"`），roslaunch 不接受整数键。
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## 关键约定：硬件约定 vs 模型约定（2 自由度腿）
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本构型每条腿只有**摆臂 + 轮**两个关节（4 腿 × 2 = 8 关节），模型约定为：
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- 摆臂角 θ=0 时摆臂竖直向下，θ 增大表示摆臂向外倒开；髋轴到轮轴的高度 h = L·cos(θ)。
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- 站立：h = `[leg].stand_height`（默认 0.48 m，L=0.50 m → ±16.3°）。
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- 趴下：h = `[leg].lie_height`（默认 0.10 m → ±78.5°），**前腿向前倒、后腿向后倒**（由 `[[legs]].splay_sign` 决定，与 M20 相反）。
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- 轮关节指令 `kp` 恒为 0（速度/力矩模式，`wheel_kp_zero`）。
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硬件约定（电机方向、机械零点）在 `[[legs]]` 里逐关节给：
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```toml
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[[legs]]
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name = "fl"
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splay_sign = 1.0 # 模型姿态：趴下时向前倒
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swing = { dir = 1.0, offset_deg = 0.0 } # 硬件：电机正方向 / 机械零点
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wheel = { dir = 1.0, offset_deg = 0.0 }
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```
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指令换算：`q_cmd = dir · θ_model + offset`，反馈反向（`invicta_interface` 一处完成）。
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第一次上机先按默认值跑，用 idle 打印的关节角与实测对照，再填 `dir`/`offset_deg`。
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## 步态 = RL 模型
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厂家协议里的 `GaitParam` 不是简单参数，**每个步态对应一个 RL 模型**：
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| GaitParam | 步态 | 当前 |
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|---|---|---|
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| `0x1001` 4097 | 基础（标准，平地） | ✅ 默认模型 |
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| `0x3002` 12290 | 平地（敏捷） | ❌ 未提供模型，请求被拒绝（训练好后在 `gait/policy_map` 填路径） |
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| `0x1003` 4099 | 楼梯（标准） | ❌ 同上 |
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| `0x3003` 12291 | 楼梯（敏捷） | ❌ 同上 |
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`invicta_deploy` 支持多模型：启动时把 `gait/policy_map` 里提供了路径的步态全部预加载，运行中按当前步态切换（切换时清空该模型的 `last_action`）。**只有真正加载成功的步态才接受切换**，`/motion_state.gait` 只报实际生效值，不会出现"显示切了但还在用旧模型"。
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## 构建（Ubuntu 20.04 + ROS Noetic）
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```bash
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source /opt/ros/noetic/setup.bash
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cd invicta_ws
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catkin_make -j4 # 交叉编译：-DBUILD_PLATFORM=arm
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source devel/setup.bash
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```
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依赖：`roscpp`、`roslib`、`sensor_msgs`、`std_msgs` + 自建 `invicta_msgs`。`eigen`、`onnxruntime 1.22`（x86/aarch64）、`policy.onnx` 已 vendor，无需联网。
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### 一次性依赖：toml++（系统安装，源码不入仓库）
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三个节点都用 `find_package(tomlplusplus REQUIRED)` 找它，**以 header-only 方式编译**（实现编进节点里），
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因此目标机不需要额外部署 `libtomlplusplus.so`。
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```bash
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# 方式一：Ubuntu 22.04+ 有官方包
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sudo apt install libtomlplusplus-dev
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# 方式二：目标机是 Ubuntu 20.04（Noetic 基线）或要交叉编译 aarch64 —— 源里没有此包，源码编译安装到系统
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# 源码自行获取（不放进本仓库），例如 tomlplusplus 3.4.0
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cmake -S tomlplusplus -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
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cmake --build build -j
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sudo cmake --install build # 装头文件 + CMake 配置（tomlplusplusConfig.cmake）
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# 方式三：离线镜像里预装 .deb（只含头文件与 CMake 配置，123 KB）
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sudo dpkg -i libtomlplusplus-dev_3.4.0+ds-0.2build2_amd64.deb
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```
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装完 `cmake --find-package ... tomlplusplus` 能找到即可；`catkin_make` 会在 configure 阶段报缺库并停下。
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## 运行
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```bash
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# 1) 硬件桥接（当前是骨架：发零位状态、不驱动电机）
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roslaunch invicta_hardware invicta_hardware.launch
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# 2) 协议节点（UDP 30000）
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roslaunch invicta_remote invicta_remote.launch
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# 3) RL 控制
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roslaunch invicta_deploy invicta_deploy.launch
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# 无硬件台架（状态是零位）时必须关掉自检，否则站立后不会自动进 RL：
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# roslaunch invicta_deploy invicta_deploy.launch rl_require_pose:=false rl_require_imu:=false
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# 无硬件自检（起 roscore + 三个节点，测话题/频率/协议/ONNX）
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bash src/invicta_deploy/scripts/smoke_test.sh
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# 无遥控器时模拟协议报文
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python3 src/invicta_remote/scripts/protocol_udp_test.py --steer 0.3,0,0 --motion 1
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```
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遥控器（云卓 G20）在 App 里把目标地址设为本机 IP、端口 30000。老版 App 用 `2/22 MotionParam` 切状态，新版（≥ V1.5.11）用 `1101/12` 按键事件，两套都支持。
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## 已验证到什么程度
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在 `localhost/custom-ros-noetic:v1.0`（Ubuntu 20.04 + ROS Noetic）容器里实测（8 关节 + 每节点自己的 TOML）：
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| 项目 | 结果 |
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|---|---|
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| 四个包 catkin_make | 干净构建通过（`rc=0`） |
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| 三份配置加载 | deploy：`dof=8 legs=4 L=0.500 stand=0.480 pre=0.200 lie=0.000`；remote：UDP 30000、上报 2/10/2/2 Hz；hardware：8 关节、`fl: swing can0#1 / wheel can0#3`、电机 P65MAXS/W190S、CAN 2 路 @1M/5M |
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| IK 目标角 | 站立 ±16.3°、收腿 ±66.4°、**趴下 ±90.0°（摆臂水平）**，前腿 +、后腿 −（与 M20 相反）✓ |
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| 趴下指令实测 | 订阅 `/joint_commands` 采样，四个摆臂峰值均为 **1.5708 rad = 90.0°**，轮关节 0 ✓ |
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| `/joint_states` | 200.000 Hz，8 个关节名与配置一致 |
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| `/motion_state` | 20.000 Hz |
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| 协议 | 心跳回 0；`MotionParam=1` → idle→standup；`MotionParam=4` → standup→liedown |
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| 站立后自动进 RL 自检 | 生效（骨架发零位 → `[RL] 暂不进入 RL：关节 fl_swing 未到站立位姿`，正确地拦住） |
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**未验证**：真实电机与 IMU（`invicta_hardware` 的 `ReadHardware/WriteHardware` 仍是 TODO）、实机上报频率、**新机器人几何与 `dir`/`offset_deg` 的实测标定**（TOML 里的 0.50 m / 0.48 m 等是待实测替换的占位值）。
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## 与上游 M20 的差异
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保留：状态机五状态、ONNX 策略与关节顺序/动作尺度、安全检查、厂家协议的头/JSON 结构与心跳、`eigen`/`onnxruntime`/`policy.onnx`。
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删除或改写：**16 关节三关节腿 → 8 关节（摆臂 + 轮）2 自由度腿，IK 换成单连杆反解、新增 splay_sign 倒向**；**死参数（机身长宽/髋偏置/轮半径/力矩限制/通用策略参数）全部删除**；ROS2→ROS1；`drdds` 消息→标准消息 + 3 条自定义；电池订阅（上游死代码）；键盘控制模式；`third_party/gamepad`（未被引用）；Mujoco 仿真与 `M20_description`；Lite3 三个包；`backward.hpp` 死代码；M20 几何硬编码→ROS 参数；原厂控制字→平台无关控制字；**UDP/JSON 协议层从 RL 进程拆到 `invicta_remote`**。
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## 已知缺口
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1. **设备状态数据未接**（`1002/5` 的电池/温度/CPU/GPS）：报文结构已按协议发出，但数值是占位 0，需要 `invicta_hardware` 提供（建议标准消息，如 `sensor_msgs/BatteryState`）。运控状态里的线速度/高度/剩余里程同理。
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2. **遥控断连不停机**：协议层 3 s 判离线只登记/log；`UserCommand.time_stamp` 已写入但断连判断未接线，策略会沿用最后一帧指令。当前按"硬件急停兜底"处理。
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3. **未实现功能**：照明灯、休眠、自主充电、导航模式/速度指令（均回 `0xE00A`）。
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4. **关节温度与驱动器状态字缺失**：`sensor_msgs/JointState` 无对应字段，是相对 M20 少的保护项（详见 `invicta_msgs/README.md`）。
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5. **中文日志**：`ROS_*` 文案在非 UTF-8 locale 下显示为 `?`（容器内实测），机器人上用 UTF-8 终端则正常。
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6. **`charge/hes/sleep` 恒为 0**：需要硬件侧提供充电状态、硬急停信号与休眠管理。
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## 版本管理
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`third_party/eigen`（22 MB）与 `third_party/onnxruntime`（113 MB）是 vendor 的二进制/头文件，便于离线构建；嫌大可改为系统 Eigen + 单独分发 ORT。
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