# 火蚁平稳性训练任务文档

> **任务 ID**：`Smooth-Deeprobotics-M20-v0`
> **机器人**：火蚁 / Solenopsis（8 自由度轮腿）
> **训练目标**：在低频随机起伏地形上保持机身 pitch / roll 水平，同时稳定跟踪线速度与偏航速度
> **文档依据**：当前工作区代码 + 2026-10-28 两次实际运行的 `params/env.yaml`、`params/agent.yaml`、`train_smooth*.log`
> **文档更新时间**：2026-11-02

## 1. 任务定位

平稳性训练是 Stage-1 粗糙地形策略之上的微调任务。动作空间、观测维度、机器人模型、质量/接触随机化都保持不变，因此可以从 Stage-1 checkpoint 直接 resume；变化集中在“地形”和“姿态平稳性奖励”两处。

### 1.1 与 Stage-1（Rough）的关键差异

下表按当前工作区代码对比；实际运行的参数以各运行目录下的 `params/env.yaml` 为准。

| 类别 | Stage-1 Rough | 平稳性 Smooth |
| --- | --- | --- |
| 地形 | 台阶、箱子、随机粗糙、斜坡混合 | 100% 低频正弦平滑起伏，无台阶、无尖边 |
| 地形初始化等级 | `max_init_terrain_level = 2` | `max_init_terrain_level = 9` |
| 重置位姿 | x/y ±1.0 m，z 偏移 0，roll/pitch ±0.3 rad | x/y ±2.0 m，z 偏移 +0.30 m，roll/pitch ±0.05 rad |
| 姿态惩罚 | `flat_orientation_l2 = -0.35`、`roll_l2 = -0.45` | `flat_orientation_l2` 置 0；`roll_l2 = -0.4`、`pitch_l2 = -0.4` |
| 机身角速度惩罚 | `ang_vel_xy_l2 = -0.05` | `ang_vel_xy_l2 = -0.1` |

速度指令分布（`x ∈ [-2, 2] m/s`、`y = 0`、`yaw ∈ [-1.5, 1.5] rad/s`、heading 指令开启、2% 站立环境）在两种地形下保持一致。

### 1.2 平稳性由哪些设置共同保证

| 机制 | 具体设置 | 作用 |
| --- | --- | --- |
| 俯仰惩罚 | `pitch_l2 = -0.4`，弧度平方 | 直接压低机头/机尾俯仰角 |
| 横滚惩罚 | `roll_l2 = -0.4`，弧度平方 | 直接压低左右横滚角 |
| 角速度阻尼 | `ang_vel_xy_l2 = -0.1` | 抑制 roll/pitch 方向的晃动速度 |
| 竖直速度惩罚 | `lin_vel_z_l2 = -2.0` | 抑制上下弹跳 |
| 竖直姿态奖励 | `upward = +0.08`，`(1 - g_z)²` | 机身越接近水平奖励越高（直立时 g_z = -1，项值最大） |
| 机身高度约束 | `base_height_l2 = -0.5`，目标 0.45 m（相对机身下方地形均值） | 防止趴下或过度抬升 |
| 膝内折约束 | `knee_inward_fold_penalty = -1.0`，`max_inward_tilt = 0.0` | 膝不能向内侧折过竖直位置 |
| 倾倒终止 | `bad_orientation_2`，倾角超过 0.9 rad 终止 | 直接淘汰失稳策略 |
| 地形 | 平滑正弦起伏，无台阶冲击 | 只施加连续的 pitch/roll 扰动，专练平稳性 |

## 2. 相关文件

| 内容 | 路径 |
| --- | --- |
| 任务注册 | `source/rl_training/rl_training/tasks/manager_based/locomotion/velocity/config/wheeled/deeprobotics_m20/__init__.py` |
| 平稳性环境配置 | `.../deeprobotics_m20/smooth_env_cfg.py` |
| 父类环境配置 | `.../deeprobotics_m20/rough_env_cfg.py` |
| PPO 配置 | `.../deeprobotics_m20/agents/rsl_rl_ppo_cfg.py` |
| 平地/基础环境 | `source/rl_training/rl_training/tasks/manager_based/locomotion/velocity/velocity_env_cfg.py` |
| 平稳地形生成 | `.../locomotion/velocity/mdp/terrain.py` |
| 自定义奖励/观测 | `.../locomotion/velocity/mdp/rewards.py`、`observations.py` |
| 机器人模型与执行器 | `source/rl_training/rl_training/assets/deeprobotics.py` |
| URDF | `deep_robotics_model/M20/M20_urdf/urdf/Solenopsis.urdf` |

## 3. 实际训练运行记录

本次平稳性训练由两次运行接力完成，日志与 checkpoint 都保存在 `logs/rsl_rl/huoyi_smooth/`。

### 3.1 运行 A：小地形试跑（2026-10-28_16-50-47）

| 项目 | 值 |
| --- | --- |
| 起点 checkpoint | `/home/suyufei/syf/huoyi_training/logs/rsl_rl/deeprobotics_m20_rough/2026-10-28_10-23-40_stage1_readapt_realmass/model_24800.pt` |
| 并行环境数 | 2048 |
| 迭代数 | 50 |
| GPU | `cuda:2` |
| 地形参数 | `height_range=(0.02, 0.05)`、`wavelength_range=(1.5, 3.0)`、`max_init_terrain_level=1` |
| 姿态奖励 | `flat_orientation_l2 = -0.8`（未拆分 roll/pitch） |
| 结束状态 | 迭代 24849，mean reward 60.34，mean episode length 919.83 |
| 产出 | `model_24800.pt`、`model_24849.pt` |

运行 A 的目的：先在小起伏、低地形等级上确认从粗糙地形策略切换过来不会崩，同时保留一份可回退的中间策略。

### 3.2 运行 B：正式平稳性训练（2026-10-28_18-16-44）

| 项目 | 值 |
| --- | --- |
| 起点 checkpoint | `logs/rsl_rl/huoyi_smooth/2026-10-28_16-50-47/model_24849.pt` |
| 并行环境数 | 4096 |
| 迭代数 | 2500（从 24849 续到 27348） |
| GPU | `cuda:0` |
| 地形参数 | `height_range=(0.10, 0.20)`、`wavelength_range=(1.0, 2.2)`、`max_init_terrain_level=9` |
| 姿态奖励 | `flat_orientation_l2 = 0`；`roll_l2 = -0.4`、`pitch_l2 = -0.4`；`ang_vel_xy_l2 = -0.1` |
| 总样本量 | 245,760,000 steps（2500 × 24 × 4096） |
| 训练耗时 | 约 2 小时 57 分（Iteration time 约 3.09–3.20 s） |
| 最终产出 | `model_27348.pt`，以及 `exported/policy.pt`、`exported/policy.onnx` |

运行 B 才是本任务的有效训练：地形起伏幅度、波长密度和初始地形等级都明显提高，逼迫策略在连续起伏上主动调平机身。

### 3.3 复现命令

运行 A（小地形试跑）：

```bash
python scripts/reinforcement_learning/rsl_rl/train.py \
  --task Smooth-Deeprobotics-M20-v0 \
  --num_envs 2048 \
  --max_iterations 50 \
  --headless \
  --resume \
  --load_run /home/suyufei/syf/huoyi_training/logs/rsl_rl/deeprobotics_m20_rough/2026-10-28_10-23-40_stage1_readapt_realmass \
  --checkpoint /home/suyufei/syf/huoyi_training/logs/rsl_rl/deeprobotics_m20_rough/2026-10-28_10-23-40_stage1_readapt_realmass/model_24800.pt
```

运行 B（从运行 A 续训）：

```bash
python scripts/reinforcement_learning/rsl_rl/train.py \
  --task Smooth-Deeprobotics-M20-v0 \
  --num_envs 4096 \
  --max_iterations 2500 \
  --headless \
  --resume \
  --load_run /home/suyufei/syf/huoyi_training_level/logs/rsl_rl/huoyi_smooth/2026-10-28_16-50-47 \
  --checkpoint /home/suyufei/syf/huoyi_training_level/logs/rsl_rl/huoyi_smooth/2026-10-28_16-50-47/model_24849.pt
```

说明：

- 恢复训练时策略/价值网络输入维度必须一致（本任务 policy 33 维、critic 223 维、动作 8 维）。
- `--checkpoint` 是脚本实际使用的参数名；日志 `params/agent.yaml` 中对应字段名为 `load_checkpoint`。
- 不传 `--max_iterations` 时使用配置默认值 5000；上述两次运行都用命令行覆盖了默认值。
- 环境种子默认 42，实际运行未覆盖。

### 3.4 播放与导出

```bash
python scripts/reinforcement_learning/rsl_rl/play.py \
  --task Smooth-Deeprobotics-M20-v0 \
  --num_envs 16 \
  --checkpoint /home/suyufei/syf/huoyi_training_level/logs/rsl_rl/huoyi_smooth/2026-10-28_18-16-44/model_27348.pt
```

## 4. 仿真与场景设置

| 项目 | 值 |
| --- | --- |
| 物理步长 `sim.dt` | 0.005 s（200 Hz） |
| 控制抽帧 `decimation` | 4 |
| 控制步长 | 0.02 s（50 Hz） |
| 回合长度 `episode_length_s` | 20 s（1000 个控制步） |
| 并行环境数 `num_envs` | 4096（正式训练） |
| 环境间距 `env_spacing` | 2.5 m |
| 随机种子 | 42 |
| 设备 | `cuda:0` |
| 重力 | `(0, 0, -9.81)` |
| PhysX 位置/速度迭代 | 4 / 1 |
| CCD、稳定性增强 | 均关闭 |
| 地形物理材质 | 静摩擦 1.0、动摩擦 1.0、恢复系数 0.0，摩擦/恢复均为 multiply |
| 渲染间隔 | 4 个物理步 |
| 接触传感器更新周期 | 0.005 s，历史长度 3，`track_air_time=True` |
| 高度扫描更新周期 | 0.02 s |

实测运行环境：IsaacLab 2.3.2 / Isaac Sim 5.1，8 × RTX 4090（正式训练使用 0 号卡），72 核 Xeon Platinum 8352V，约 512 GB 内存。

## 5. 机器人模型

| 项目 | 值 |
| --- | --- |
| URDF | `deep_robotics_model/M20/M20_urdf/urdf/Solenopsis.urdf` |
| 自由度 | 8（4 个膝关节 + 4 个轮关节） |
| 整机仿真质量 | 约 23.69 kg |
| 轮半径 | 0.11 m（奖励计算同样使用 0.11） |
| 轮距 | 0.50 m（奖励计算同样使用 0.50） |
| 根初始高度 | (0, 0, 0.32) m |
| 初始关节角 | 前膝 `+0.5 rad`，后膝 `-0.5 rad`，轮 `0` |
| 软关节限位系数 | 0.9 |
| 自碰撞 | 关闭 |

### 5.1 关节顺序

```text
膝关节：fl_knee_joint, fr_knee_joint, hl_knee_joint, hr_knee_joint
轮关节：fl_wheel_joint, fr_wheel_joint, hl_wheel_joint, hr_wheel_joint
```

### 5.2 执行器（DelayedPDActuator）

| 参数 | 膝关节 | 轮关节 |
| --- | ---: | ---: |
| `effort_limit` | 75.0 N·m | 28.68 N·m |
| `velocity_limit` | 17.8024 rad/s | 109.956 rad/s |
| `stiffness` | 80.0 | 0.0 |
| `damping` | 2.0 | 0.6 |
| `friction` | 0.0 | 1.0 |
| `armature` | 0.0 | 0.00243216 |
| 动作延迟 | 0–5 个物理步 | 0–5 个物理步 |

膝关节是位置控制，轮关节是纯速度控制（stiffness 为 0）。执行器的刚度、阻尼会在每次 reset 时按 0.85–1.15 缩放。

## 6. 动作空间

动作为 8 维，四膝位置 + 四轮速度：

| 动作项 | 关节 | 缩放 | 默认偏置 | 裁剪 | 说明 |
| --- | --- | ---: | --- | --- | --- |
| `joint_pos` | 4 个膝关节 | 0.25 | `use_default_offset=True` | ±100 | 目标角 = 默认角 + 0.25 × 动作 |
| `joint_vel` | 4 个轮关节 | 5.0 | 默认 0 | ±100 | 目标轮速 = 5.0 × 动作 (rad/s) |

动作顺序被 `preserve_order=True` 固定，分别对应配置中的膝关节顺序与轮关节顺序，避免按正则匹配后顺序漂移导致 resume 时动作错位。

## 7. 地形设置

平稳性地形由 `mdp/terrain.py` 中的 `smooth_random_terrain` 生成，核心是一个“多个低频正弦波叠加”的连续高度场。

### 7.1 生成公式

对每个地形块：

1. 在 `8 m × 8 m` 的网格上生成坐标（水平分辨率 0.05 m）；
2. 叠加 `num_waves = 3` 个正弦波，每个波随机采样：
   - 方向 `direction ~ U(0, 2π)`
   - 波长 `wavelength ~ U(1.0, 2.2) m`
   - 相位 `phase ~ U(0, 2π)`
   - 权重 `weight ~ U(0.5, 1.0)`
3. 减去高度均值；
4. 按 `max(|h|)` 归一化到当前课程幅度 `amplitude`；
5. 按 `vertical_scale = 0.005 m` 量化为 int16 高度场。

课程幅度：

```text
amplitude = 0.10 + difficulty × (0.20 - 0.10)   # difficulty ∈ [0, 1]
```

即课程起点起伏峰值 0.10 m，终点 0.20 m。地形没有台阶和尖锐边缘，机器人受到的是连续的 pitch/roll 扰动。

### 7.2 地形参数

| 参数 | 值 |
| --- | --- |
| 地形块尺寸 | 8.0 m × 8.0 m |
| 行数 × 列数 | 10 × 20 |
| 边界宽度 / 高度 | 2.0 m / 1.0 m |
| 水平分辨率 | 0.05 m |
| 垂直分辨率 | 0.005 m |
| 是否缓存 | 否（`use_cache=False`） |
| 课程 | 开启（`curriculum=True`），难度 0 → 1 |
| 子地形比例 | `smooth_random` = 1.0 |
| 起伏峰值范围 | 0.10 → 0.20 m（课程起止） |
| 波长范围 | 1.0 → 2.2 m |
| 正弦波数量 | 3 |
| 子地形边界宽度 | 0.25 m |
| 初始地形等级上限 | 9（10 行中的最高等级） |

### 7.3 地形课程规则

使用 IsaacLab 标准的 `terrain_levels_vel`：

- **升级**：本回合行走距离 > 地形块尺寸的一半（4 m）；
- **降级**：行走距离 < 指令速度 × 20 s × 0.5；
- 每个环境初始等级从 `[0, max_init_terrain_level]` 均匀采样。

正式训练开始时平均地形等级约 4.95，结束时升至 5.96（满级 9），说明策略在持续向更难地形推进。

### 7.4 地形材质

| 参数 | 值 |
| --- | --- |
| 静摩擦 | 1.0 |
| 动摩擦 | 1.0 |
| 恢复系数 | 0.0 |
| 摩擦组合方式 | multiply |
| 恢复组合方式 | multiply |

轮子材质另有随机化（见第 11 节），因此轮地有效摩擦主要由轮子材质范围决定。

## 8. 观测空间

采用非对称 Actor-Critic：策略只看本体感知，价值网络额外看地形高度扫描。

### 8.1 Policy 观测（33 维）

| 序号 | 观测项 | 维度 | 噪声 | 缩放 | 说明 |
| ---: | --- | ---: | --- | ---: | --- |
| 0 | `base_ang_vel` | 3 | U(-0.2, 0.2) | 0.25 | 机身角速度 |
| 1 | `projected_gravity` | 3 | U(-0.05, 0.05) | 1.0 | 重力在机体系的投影，直接反映 pitch/roll |
| 2 | `velocity_commands` | 3 | 无 | 1.0 | 线速度 x、y 与偏航速度指令 |
| 3 | `joint_pos` | 8 | U(-0.01, 0.01) | 1.0 | 4 个膝相对角 + 4 个轮关节占位（轮位置恒置 0） |
| 4 | `joint_vel` | 8 | U(-1.5, 1.5) | 0.05 | 4 膝 + 4 轮关节速度 |
| 5 | `actions` | 8 | 无 | 1.0 | 上一步动作 |

合计 3 + 3 + 3 + 8 + 8 + 8 = 33 维。

**策略是“盲”的**：`base_lin_vel` 和 `height_scan` 在 policy 组中被显式置空，机器人只能依靠 IMU、关节编码器和指令来保持平稳，不能直接“看到”地形。

### 8.2 Critic 观测（223 维）

| 序号 | 观测项 | 维度 | 说明 |
| ---: | --- | ---: | --- |
| 0 | `base_lin_vel` | 3 | 机身线速度（特权信息） |
| 1 | `base_ang_vel` | 3 | 机身角速度 |
| 2 | `projected_gravity` | 3 | 重力投影 |
| 3 | `velocity_commands` | 3 | 速度指令 |
| 4 | `joint_pos` | 8 | 关节位置 |
| 5 | `joint_vel` | 8 | 关节速度 |
| 6 | `actions` | 8 | 上一步动作 |
| 7 | `height_scan` | 187 | 机身下方 1.6 m × 1.0 m 地形高度网格（17 × 11，分辨率 0.1 m），裁剪到 ±1.0 |

critic 组不注入噪声。合计 3 + 3 + 3 + 3 + 8 + 8 + 8 + 187 = 223 维。

### 8.3 传感器

| 传感器 | 配置 |
| --- | --- |
| `contact_forces` | 覆盖 `/World/envs/env_.*/Robot/.*`，更新周期 0.005 s，历史长度 3，记录 air time |
| `height_scanner` | 挂在 `base_link`，从上方 20 m 向下投射，1.6 m × 1.0 m，分辨率 0.1 m，yaw 对齐，187 个点 |
| `height_scanner_base` | 挂在 `base_link`，0.1 m × 0.1 m，分辨率 0.05 m，仅用于 `base_height_l2` 估计脚下地形高度 |

## 9. 奖励设置（22 项）

奖励项权重与最终训练日志值如下。`Episode_Reward` 是 IsaacLab 奖励管理器的日志量：回合累积奖励（已按 `dt = 0.02` 积分）除以 20 s，因此它与权重和回合长度都相关，只适合看趋势和相对大小。

### 9.1 姿态平稳性

| 奖励项 | 权重 | 关键参数 | 末次日志值 | 作用 |
| --- | ---: | --- | ---: | --- |
| `lin_vel_z_l2` | -2.0 | 无 | -0.1122 | 抑制机身竖直方向弹跳 |
| `ang_vel_xy_l2` | -0.1 | 无 | -0.0815 | 抑制 roll/pitch 角速度 |
| `roll_l2` | -0.4 | 欧拉角 roll，弧度平方 | -0.0043 | 直接惩罚横滚角 |
| `pitch_l2` | -0.4 | 欧拉角 pitch，弧度平方 | -0.0049 | 直接惩罚俯仰角 |
| `base_height_l2` | -0.5 | 目标高度 0.45 m，`height_scanner_base` 估计脚下地形 | -0.0208 | 维持机身高度 |
| `upward` | +0.08 | `(1 - g_z)²`，直立时 g_z = -1 | +0.2872 | 机身越水平奖励越高 |

`flat_orientation_l2` 在平稳性任务中被置 0（不参与训练），由 `roll_l2` + `pitch_l2` 取代。运行 A 及更早的设置中 `flat_orientation_l2` 为 -0.8；正式训练把它拆成 -0.4 / -0.4，便于分别调节俯仰和横滚。

### 9.2 速度与偏航跟踪

| 奖励项 | 权重 | 关键参数 | 末次日志值 | 作用 |
| --- | ---: | --- | ---: | --- |
| `track_lin_vel_xy_exp` | +2.0 | std = 0.7071（即 √0.5） | +1.6189 | 跟踪 xy 线速度 |
| `track_ang_vel_z_exp` | +1.5 | std = 0.5 | +1.0915 | 跟踪偏航角速度 |
| `track_diff_wheel_yaw_exp` | +1.0 | std = 0.6，轮半径 0.11，轮距 0.50，左轮 (0,2)，右轮 (1,3)，指令阈值 0.05 | +0.5449 | 用左右轮速差估计偏航，鼓励差速转向 |
| `lin_vel_xy_yaw_command_l2` | -0.4 | 偏航阈值 0.25、线速度阈值 0.15 | -0.0012 | 原地转向时惩罚线速度漂移 |

### 9.3 关节、动作与功率

| 奖励项 | 权重 | 作用关节 | 末次日志值 | 作用 |
| --- | ---: | --- | ---: | --- |
| `joint_torques_l2` | -2.5e-5 | 4 膝 | -0.0356 | 抑制膝力矩 |
| `joint_acc_l2` | -3e-6 | 4 膝 | -0.1570 | 抑制膝加速度 |
| `joint_acc_wheel_l2` | -1e-7 | 4 轮 | -0.0413 | 轻微抑制轮加速度 |
| `joint_pos_limits` | -5.0 | 4 膝 | -0.0000 | 关节限位惩罚 |
| `joint_power` | -2e-5 | 4 膝 | -0.0014 | 抑制膝功率 |
| `knee_joint_pos_penalty` | -0.1 | 4 膝 | -0.0751 | 站立或低速时把膝拉回默认姿态（`stand_still_scale=5`、速度阈值 0.5、指令阈值 0.1） |
| `knee_inward_fold_penalty` | -1.0 | 前膝 / 后膝 | -0.0002 | 禁止膝向内折过竖直位置（`max_inward_tilt = 0.0`） |
| `action_rate_l2` | -0.015 | 全部动作 | -0.1226 | 动作平滑 |
| `stand_still` | -2.0 | 4 膝 | -0.0495 | 站立指令下关节偏离默认姿态的惩罚 |

`knee_inward_fold_penalty` 的方向约定：膝关节角为 0 时膝连杆竖直向下；前膝角减小为内折，后膝角增大为内折。`max_inward_tilt = 0.0` 表示不允许越过竖直位置，向外折叠仍由关节限位约束。

### 9.4 接触与轮地

| 奖励项 | 权重 | 关键参数 | 末次日志值 | 作用 |
| --- | ---: | --- | ---: | --- |
| `undesired_contacts` | -1.0 | 除轮子外的所有 body，力阈值 1.0 N | -0.0002 | 禁止机身、膝等部位触地拖行 |
| `contact_forces` | -1.5e-4 | 4 个轮子，阈值 100 N | -0.0166 | 抑制轮地过大冲击力 |
| `feet_contact_without_cmd` | +0.1 | 4 个轮子 | +0.0069 | 无速度指令时保持轮子着地 |

### 9.5 被关闭的奖励项

以下奖励项权重为 0，训练时被移除或置空：`is_terminated`、`flat_orientation_l2`、`body_lin_acc_l2`、`joint_vel_l2`、`joint_vel_wheel_l2`、`joint_torques_wheel_l2`、`joint_vel_limits`、`feet_air_time`、`feet_air_time_variance`、`feet_contact`、`feet_stumble`、`feet_slide`、`feet_height`、`feet_height_body`、`feet_distance_y_exp`、`feet_gait`、`wheel_vel_penalty`、`joint_mirror`、`action_mirror`、`action_sync`、`applied_torque_limits`、`joint_deviation_l1`、`stand_still_without_cmd`、`joint_pos_penalty`、`hipx_joint_pos_penalty`、`hipy_joint_pos_penalty`、`command_progress`、`support_contact_progress`、`support_contact_excess`。

注意：平稳性任务没有 `illegal_contact` 终止，机身/膝触地不会立即结束回合，而是通过 `undesired_contacts` 持续扣分；这与 Stage-2 允许短时支撑的设计不同。

## 10. 终止条件

| 终止项 | 参数 | `time_out` | 说明 |
| --- | --- | --- | --- |
| `time_out` | 20 s | 是 | 正常回合结束 |
| `terrain_out_of_bounds` | 距地形块原点 3.0 m 缓冲 | 是 | 跑出当前地形块，按超时处理，不计为摔倒 |
| `bad_orientation_2` | 倾角上限 0.9 rad（约 51.6°） | 否 | 机身过度倾斜，判定失稳 |
| `illegal_contact` | — | — | 已禁用，机身/膝触地不终止 |

`bad_orientation_2` 使用 `mdp.bad_orientation`，比较机身 z 轴与重力方向的夹角。它和 `roll_l2`、`pitch_l2` 形成“软惩罚 + 硬终止”的双层约束。

## 11. 速度指令

| 参数 | 值 |
| --- | --- |
| 指令类 | `UniformThresholdVelocityCommand` |
| 重采样周期 | 10 s |
| `lin_vel_x` | -2.0 ~ 2.0 m/s |
| `lin_vel_y` | 0.0（不允许横移） |
| `ang_vel_z` | -1.5 ~ 1.5 rad/s |
| heading 指令 | 开启，`heading_control_stiffness = 0.5` |
| heading 范围 | -π ~ π |
| 站立环境比例 | 2% |
| heading 环境比例 | 100% |

`UniformThresholdVelocityCommand` 会在采样后把平面线速度模长 ≤ 0.2 m/s 的指令清零，因此低速线速度指令会被视为 0；偏航速度不受此阈值影响。这保证了“要么有明显前进/后退，要么原地转向”，减少模棱两可的小速度指令。

## 12. 域随机化设置

所有事件均由父类 `EventCfg` 继承，平稳性任务未额外修改（除重置位姿在 `smooth_env_cfg.py` 中覆盖）。

| 事件 | 模式 | 对象 | 参数 |
| --- | --- | --- | --- |
| `randomize_rigid_body_mass` | startup | 除 `base_link` 外的所有 body | 质量 scale 0.85–1.15，重算惯量 |
| `randomize_rigid_body_mass_base` | startup | `base_link` | 质量 add -1.0 ~ +3.0 kg，重算惯量 |
| `randomize_rigid_body_inertia` | startup | 所有 body | 惯量 scale 0.85–1.15 |
| `randomize_com_positions` | startup | `base_link` | COM x/y ±0.03 m，z ±0.02 m |
| `randomize_apply_external_force_torque` | reset | `base_link` | 力 ±10 N，力矩 ±10 N·m |
| `randomize_reset_joints` | reset | 全部关节 | 位置 scale 1.0–1.0（等同不随机），速度 0 |
| `randomize_actuator_gains` | reset | 4 膝 + 4 轮 | 刚度、阻尼均 scale 0.85–1.15，均匀分布 |
| `randomize_reset_base` | reset | 机器人根 | 见下方重置位姿 |
| `randomize_push_robot` | interval 10–15 s | 机器人根 | x/y 速度各 ±0.5 m/s |
| `randomize_wheel_material` | startup | `.*_wheel` | 静摩擦 0.9–1.4，动摩擦 0.6–0.9，恢复 0–0.05，1024 桶 |
| `randomize_support_material` | startup | `base_link`、`.*_knee` | 静摩擦 0.4–0.8，动摩擦 0.25–0.4，恢复 0–0.05，1024 桶 |
| `randomize_rigid_body_material` | — | 全部 body | 已禁用，由上面两个材质事件替代 |

### 12.1 重置位姿

| 轴 | 范围 |
| --- | --- |
| x | -2.0 ~ 2.0 m（相对默认根位置偏移） |
| y | -2.0 ~ 2.0 m（相对默认根位置偏移） |
| z | +0.30 m（相对默认根高度的偏移） |
| roll | -0.05 ~ 0.05 rad |
| pitch | -0.05 ~ 0.05 rad |
| yaw | -π ~ π |
| 线速度 x | -0.1 ~ 0.1 m/s |
| 其余速度 | 0 |

注意：IsaacLab 的 `reset_root_state_uniform` 把 `z` 当作**相对默认根状态的偏移**。机器人 `init_state` 的根高度是 0.32 m，因此重置时实际高度约为 0.32 + 0.30 = 0.62 m（相对地形原点），会先经历一次落地再进入正常控制。若希望原地生成，应把 z 改为 0.0。

## 13. PPO 超参数

| 参数 | 值 |
| --- | --- |
| Runner | `OnPolicyRunner`（RSL-RL） |
| 策略结构 | ActorCritic，MLP 512-256-128，ELU |
| Actor 输入 / 输出 | 33 / 8 |
| Critic 输入 / 输出 | 223 / 1 |
| 初始噪声标准差 | 1.0，`noise_std_type="log"` |
| `num_steps_per_env` | 24（单环境 rollout 0.48 s） |
| 每轮样本数 | 24 × 4096 = 98,304 |
| `max_iterations` | 2500（命令行覆盖；配置默认 5000） |
| `save_interval` | 100 |
| `num_learning_epochs` | 5 |
| `num_mini_batches` | 4（mini-batch 24,576 样本） |
| 学习率 | 1e-3，adaptive schedule，`desired_kl = 0.01` |
| 折扣 / GAE | `gamma = 0.99`，`lam = 0.95` |
| PPO clip | 0.2 |
| 熵系数 | 0.01 |
| 价值损失系数 | 1.0，使用 clipped value loss |
| 梯度裁剪 | 1.0 |
| 观测归一化 | 关闭（`empirical_normalization=False`） |
| 动作裁剪 | ±100 |
| 日志 | TensorBoard |
| 实验名 | `huoyi_smooth` |
| 随机种子 | 42 |

单轮耗时约 3.1–3.2 s，采集速度约 8.8k steps/s，2500 轮合计约 2 小时 57 分。

## 14. 训练结果（运行 B，迭代 27348）

| 指标 | 值 |
| --- | --- |
| 有效迭代 | 2500（24849 → 27348） |
| 总样本量 | 245,760,000 steps |
| 训练耗时 | 2 小时 57 分 08 秒 |
| 平均回合奖励 | 55.95 |
| 平均回合长度 | 886.40 步（约 17.73 s / 20 s） |
| 平均地形等级 | 5.96 / 9 |
| 线速度跟踪误差 `error_vel_xy` | 0.3823 m/s |
| 偏航速度跟踪误差 `error_vel_yaw` | 0.4167 rad/s |
| `time_out` 终止比例 | 80.10% |
| `terrain_out_of_bounds` 比例 | 18.89% |
| `bad_orientation_2` 比例 | 1.04% |
| 价值损失 | 0.0929 |
| 策略替代损失 | 0.0028 |
| 熵损失 | 7.4557 |
| 平均动作噪声标准差 | 0.68 |

### 14.1 奖励分解（末次日志）

正向项合计约 +3.55，负向项合计约 -0.72，主要贡献来自：

| 奖励项 | 末次日志值 |
| --- | ---: |
| `track_lin_vel_xy_exp` | +1.6189 |
| `track_ang_vel_z_exp` | +1.0915 |
| `track_diff_wheel_yaw_exp` | +0.5449 |
| `upward` | +0.2872 |
| `feet_contact_without_cmd` | +0.0069 |
| `joint_acc_l2` | -0.1570 |
| `action_rate_l2` | -0.1226 |
| `lin_vel_z_l2` | -0.1122 |
| `ang_vel_xy_l2` | -0.0815 |
| `knee_joint_pos_penalty` | -0.0751 |
| `stand_still` | -0.0495 |
| `joint_acc_wheel_l2` | -0.0413 |
| `joint_torques_l2` | -0.0356 |
| `base_height_l2` | -0.0208 |
| `contact_forces` | -0.0166 |
| `pitch_l2` | -0.0049 |
| `roll_l2` | -0.0043 |
| 其他 | 均接近 0 |

### 14.2 关于 resume 首轮的“异常低值”

运行 B 的第一条日志（迭代 24849）显示 mean reward -0.94、mean episode length 12.99。这是 resume 时 `init_at_random_ep_len=True` 造成的统计瞬态：所有环境被随机放到回合计时器的任意位置，第一轮 rollout 内瞬间完成的“残余回合”被计入均值，并不代表策略崩溃。后续迭代迅速恢复到正常运行区间。

### 14.3 与运行 A 的对比

| 指标 | 运行 A（小地形） | 运行 B（正式） |
| --- | ---: | ---: |
| 并行环境 | 2048 | 4096 |
| 地形峰值 | 0.02–0.05 m | 0.10–0.20 m |
| 初始地形等级上限 | 1 | 9 |
| 平均奖励 | 60.34 | 55.95 |
| 平均回合长度 | 919.83 | 886.40 |

运行 A 的奖励更高，但地形明显更容易，两者不能直接比较；运行 B 是在更难的起伏地形和更高初始等级下取得的 55.95。

## 15. 调参要点与注意事项

1. **地形难度要分级推进。** 运行 A（0.02–0.05 m、初始等级 1）先确认策略不崩，运行 B 再切到 0.10–0.20 m、初始等级 9。直接从大起伏开始容易出现早期大量 `bad_orientation`。
2. **roll / pitch 分开调。** 平稳性任务把原来的 `flat_orientation_l2` 拆成 `roll_l2` 与 `pitch_l2`，当前各 -0.4；如果某一轴仍晃动，可单独加大该轴权重，而不会同时把另一轴压得过死。
3. **角速度惩罚不要太小。** `ang_vel_xy_l2` 从 Stage-1 的 -0.05 提到 -0.1，是抑制“角度不大但持续晃”的关键项。
4. **resume 时不要改观测/动作维度或顺序。** 当前契约为 policy 33 维、critic 223 维、动作 8 维，且膝关节顺序被 `preserve_order=True` 固定；改顺序会导致动作错位但训练不报错。
5. **`base_height_l2` 的 0.45 m 是相对 `height_scanner_base` 所测脚下地形均值的高度。** 修改该扫描器的尺寸或分辨率会改变高度目标的实际含义。
6. **重置 z 是偏移量。** 当前 z = +0.30 m 是叠加在默认根高度 0.32 m 上的偏移，实际约 0.62 m；若不需要落地过程，应改为 0.0。
7. **奖励里的轮半径 0.11 m、轮距 0.50 m 要与 URDF 同步。** `track_diff_wheel_yaw_exp` 用这两个常数把轮速差换算成偏航角速度，URDF 改轮径后必须同步修改。
8. **`undesired_contacts` 阈值只有 1.0 N。** 机身、膝几乎一碰地就会扣分，这是“不允许趴地爬行”的强约束；若发现策略过度保守，可先检查这一项。
9. **`terrain_out_of_bounds` 占 18.89%。** 它被标记为 `time_out=True`，不算摔倒，但会截断回合。8 m × 8 m 地形块配合最高 2 m/s 的指令，高速直行时容易跑出边界；若希望提高有效回合长度，可增大块尺寸或 `distance_buffer`。
10. **策略是盲的。** `base_lin_vel` 和 `height_scan` 只在 critic 中；部署时不需要地形感知，但也意味着策略完全依赖 IMU 与关节反馈来保持平稳。
11. **控制频率与延迟。** 50 Hz 控制、执行器 0–5 个物理步延迟（0–25 ms），仿真里的平稳性结论不能直接等同于实机，实机部署前应确认延迟与电机响应。
12. **不要用运行 A 的奖励值判断平稳性优劣。** 两次运行的地形分布不同，平均奖励不可直接横比。

## 16. 产物与日志

| 内容 | 路径 |
| --- | --- |
| 运行 A 目录 | `logs/rsl_rl/huoyi_smooth/2026-10-28_16-50-47/` |
| 运行 B 目录 | `logs/rsl_rl/huoyi_smooth/2026-10-28_18-16-44/` |
| 最终 checkpoint | `logs/rsl_rl/huoyi_smooth/2026-10-28_18-16-44/model_27348.pt` |
| 导出策略 | `.../2026-10-28_18-16-44/exported/policy.pt`、`policy.onnx` |
| 运行参数 | `.../2026-10-28_18-16-44/params/env.yaml`、`agent.yaml` |
| TensorBoard | `.../2026-10-28_18-16-44/events.out.tfevents.*` |
| 代码快照 | `.../2026-10-28_18-16-44/git/IsaacLab-2.3.2.diff`、`huoyi_training_level.diff` |
| 运行 A 日志 | `train_smooth50.log` |
| 运行 B 日志 | `train_smooth4096_1028_1816.log` |
| 未进入训练的启动日志 | `train_smooth4096_1028_1812.log`（启动阶段退出，未产生迭代） |

checkpoint 命名与迭代号对应：`model_24900.pt` … `model_27348.pt`，每 100 轮保存一次，最后一次为 27348。

## 17. 可选的后续实验

以下仅为建议，未在本次训练中执行：

1. 把地形峰值从 0.20 m 提高到 0.25 m，或把波长下限继续降到 0.8 m，观察 `bad_orientation` 与 `error_vel_xy` 的变化。
2. 针对 `terrain_out_of_bounds` 偏高的问题，尝试 10 m × 10 m 地形块或更大的 `distance_buffer`，减少高速直行被截断。
3. 在保持 policy 观测不变的前提下，尝试把 `ang_vel_xy_l2` 从 -0.1 调到 -0.15，观察横滚/俯仰速度是否进一步下降。
4. 单独统计 roll、pitch 的 RMS 与峰值，作为“平稳性”的量化指标，而不是只看总奖励。
5. 若后续 URDF 轮径或轮距变化，同步更新 `track_diff_wheel_yaw_exp` 的 `wheel_radius`、`track_width`，并重新校准 `base_height_l2` 的目标高度。

---

**文档维护**：修改 `smooth_env_cfg.py`、`rough_env_cfg.py`、`terrain.py`、`rewards.py` 或 PPO 配置后，请同步更新本文对应章节，并在“实际训练运行记录”中追加新的运行目录与关键指标。