RoboticArmTest/CLAUDE.md

CLAUDE.md

This file provides guidance to Claude Code (claude.ai/code) when working with code in this repository.

项目概述

这是一个现实环境机械臂运作可行性测试项目，用于验证真实工业机械臂在复杂环境中的作业能力。

核心测试需求

主要目标：验证机械臂能否在有障碍物的现实环境中完成精确作业任务

测试场景：机械臂从指定基座位置出发，到达取物点A，抓取物体，通过智能路径规划避开障碍物（包括但不限于穿越洞口），到达目标点B并释放物体

现实对应：

• 工厂环境中的跨区域物料传送
• 建筑工地的穿墙作业
• 危险环境中的精确物品递送
• 医疗手术中的精密器械传递

可行性验证内容：

1. 到达性分析：机械臂工作空间是否覆盖所有任务点
2. 避障能力：是否能规划出安全路径（根据环境自动选择直达、绕行或穿越策略）
3. 精度要求：是否能在约束空间内完成精确操作
4. 安全性：整个作业过程是否避免碰撞

技术栈

• PyBullet: 物理仿真引擎（统一使用PyBullet进行运动学计算和仿真）
• AI RRT*: 路径规划算法

路径规划设计理念

系统采用通用RRT*算法，根据实际环境配置自动选择最优路径：

• 如果存在直达路径，选择直线（最高效）
• 如果有障碍阻挡，自动避障（可能穿洞或绕行）
• 不强制特定路径形态，由算法根据环境智能决策

配置管理原则

配置管理遵循单一职责原则：

跨文件共享配置（存储在 config.json）

• 机械臂模型路径从 config.robot.model_path 读取
• 墙体参数从 config.wall 读取
• 洞口参数从 config.hole 读取
• 任务点A、B从 config.task_points 读取
• 运送物体参数从 config.transport_object 读取
• 仿真参数从 config.simulation 读取
• 路径规划的碰撞检测和执行参数从 config.path_planning 读取

单文件专用配置（定义为文件内常量）

• 运动学求解参数：在 src/robot/kinematics.py 中定义 MAX_ITERATIONS、EPSILON
• RRT*算法参数：在 src/planning/ai_rrt_star.py 中定义所有算法常量
• 路径优化参数：在 src/planning/path_optimizer.py 中定义优化常量
• GUI界面参数：在 src/gui/main_window.py 中定义界面常量
• 洞口穿越参数：在 src/planning/hole_crossing.py 中定义策略常量

原则：配置文件用于多文件共享，单文件使用的参数定义为文件内常量

项目架构

目录结构

• config.json: 核心配置文件，包含所有运行参数
• models/: 机械臂模型文件目录
  • manual_robot.urdf: 9自由度机械臂URDF配置文件
• CLAUDE.md: 项目开发指南

机械臂模型规范

• 使用URDF格式定义机械臂模型
• 遵循右手坐标系统：X轴(红色)、Y轴(绿色)、Z轴(蓝色)
• 关节轴向定义：
  • xyz="1 0 0": 绕X轴旋转
  • xyz="0 1 0": 绕Y轴旋转
  • xyz="0 0 1": 绕Z轴旋转

坐标系统

• 位置定义：<origin xyz="x y z" rpy="roll pitch yaw"/>
• xyz: 位置偏移（米）
• rpy: 旋转角度（弧度） - roll绕X轴，pitch绕Y轴，yaw绕Z轴

开发指导

核心功能模块

1. 机械臂控制模块: 基于pybullet的仿真控制
2. 路径规划模块: 使用RRT*算法进行避障路径规划
3. 运动学计算模块: 使用kdl进行正逆运动学计算
4. 障碍物检测模块: 碰撞检测和环境感知

业务流程（严格按此顺序执行）

1. 系统初始化

1. 读取配置文件: 从 config.json 加载所有配置参数
2. 验证配置: 检查所有必要参数是否存在且有效
3. 初始化pybullet仿真环境: 使用 config.simulation 参数

2. 环境构建

1. 加载机械臂: 使用 config.robot.model_path 指定的URDF文件
2. 设置机械臂基座: 使用 config.robot.base_position 和 base_orientation
3. 创建墙体障碍: 根据 config.wall 参数创建墙体
4. 创建洞口: 在墙体中根据 config.hole 参数创建洞口
5. 放置运送物体: 在 config.transport_object.initial_position 放置物体

3. 任务执行

1. 路径规划阶段1: 机械臂基座 → A点（取物点）
2. 抓取物体: 在A点抓取运送物体
3. 路径规划阶段2: A点 → 穿越洞口 → B点（避障路径规划）
4. 运送物体: 携带物体穿越障碍到达B点
5. 释放物体: 在B点释放物体

4. 关键约束

• 配置驱动: 所有参数必须从config.json读取
• 避障要求: 机械臂和物体不能与墙体碰撞，只能通过洞口
• 路径平滑: 使用RRT*算法确保路径可行且平滑
• 运动学约束: 遵循机械臂的运动学限制

开发规范

配置文件使用规范

# 正确的配置读取方式
import json

# 1. 必须首先读取配置文件
with open('config.json', 'r') as f:
    config = json.load(f)

# 2. 从配置读取机械臂模型路径
robot_model_path = config['robot']['model_path']

# 3. 从配置读取所有其他参数
wall_params = config['wall']
hole_params = config['hole']
task_points = config['task_points']
transport_object = config['transport_object']

严禁的做法

# ❌ 严禁硬编码路径和参数
robot_model = "models/manual_robot.urdf"  # 错误！
wall_position = [2.0, 0.0, 1.0]          # 错误！

测试验证

• 配置文件修改后，程序行为应相应改变
• 不同的机械臂模型应能正确加载
• 墙体和洞口参数变化应反映在仿真中
• A、B点位置调整应影响路径规划结果

系统架构更新（2025-01-14）

PyBullet统一架构 ✅ 已完成

系统已完全迁移到PyBullet架构，彻底移除了KDL依赖：

• 运动学计算：全部使用PyBullet的IK/FK
• 碰撞检测：使用PyBullet原生功能
• 关节顺序：统一使用PyBullet顺序，无需转换
• 已删除文件：src/robot/kinematics.py（KDL相关代码）

主要改进

1. 精度提升：IK residualThreshold从0.001降至0.0001
2. 容差调整：position_tolerance从0.02增至0.05
3. 代码简化：移除了所有关节顺序转换代码
4. 架构统一：消除了KDL和PyBullet混用导致的不一致性
5. 维护性提升：减少了外部依赖，降低了系统复杂度

录制回放功能 ✅

核心功能：

• 执行时录制关节位置、路径数据
• 回放时显示路径和精确重现动作
• 自动保存为时间戳命名的JSON文件

最新修复（2025-09-14）：

• 修复录制回放时路径可视化错误：AttributeError: 'list' object has no attribute 'clear_all_paths'
• 修复位置：src/gui/main_window.py:1058行，将错误的clear_all_paths()调用替换为正确的清除逻辑

碰撞可视化功能 ✅（2025-01-14）

功能描述：当路径规划检测到碰撞时，将碰撞的双方（机器人link和障碍物）显示为红色

实现方案：

1. 碰撞检测增强：添加check_collision_detailed()方法返回碰撞对信息
2. 可视化实现：碰撞双方自动变红色标记，保存原始颜色以便恢复
3. 路径执行改进：即使有碰撞也尝试执行路径，让物理引擎自然处理碰撞

重要提醒

开发原则：

• 听话照做，不添加用户未要求的功能
• 简单直接，能1行解决绝不写2行
• 配置驱动，所有参数从config.json读取
• 错误立即暴露，不使用后备方案掩盖故障
• MVP至上，严禁过度开发