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，穿越墙体洞口障碍，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：是否能规划出穿越洞口的安全路径
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
• kdl: 运动学/动力学库
• AI RRT*: 路径规划算法

配置管理原则

所有配置参数必须从 config.json 文件读取，严禁硬编码：

• 机械臂模型路径必须从 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
• 修改任何参数只需修改配置文件，无需改动代码

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

已知问题

KDL逆运动学崩溃（2025-09-11）✅ 已解决

现象：点击"Test Reachability"按钮后程序直接退出，无错误信息。

根本原因：C++对象生命周期问题

• ik_vel_solver 作为局部变量在函数结束后被销毁
• ChainIkSolverPos_NR_JL 内部持有已销毁对象的引用
• 调用 CartToJnt 时访问无效内存导致崩溃

解决方案：

• 将 ik_vel_solver 改为实例变量 self.ik_vel_solver
• 确保与 ik_solver 有相同的生命周期
• 移除违反编码规范的回退方案

修复文件：src/robot/kinematics.py

墙体洞口创建问题（2025-09-11）✅ 已解决

现象：

1. 修改洞口尺寸后墙体形状异常，呈现"凸"字形
2. 洞口尺寸变化不生效
3. 多次修改后墙体形状越来越怪异

根本原因：

1. 墙体分块设计错误：上下墙体只有洞口宽度，左右墙体是全高，导致四角空缺
2. 未清理旧墙体：每次重建墙体时新旧叠加，形状混乱
3. cleanup函数不完整：只清理了主墙体ID，未清理所有墙体部件

解决方案：

• 改为"上下全宽 + 左右洞口高度"的分块方式，避免四角空缺
• 添加 _clear_wall() 函数清理所有墙体部件
• 修复 cleanup() 函数调用 _clear_wall()
• 使用 _wall_part_ids 列表记录所有墙体部件ID

修复文件：src/simulation/environment.py