P5c-6 场景物料落地 + Gazebo 中文手册:工件/通止规模型、场景校验、两处静默失效修复

一、场景物料(新增)
  devices/sim/gazebo/models/workpiece/   带三个孔的铝板。碰撞体是"带方孔的平板",
    视觉额外加两个 φ14/φ7 亮环 —— 因为真机的 HoughCircles 就是靠这两个亮环找孔,
    只按碰撞体建视觉会让"孔检测"在仿真里永远失败,而那看起来像算法问题。
  devices/sim/gazebo/models/gauge/       通止规:通端/套环/握柄/止端四段,各段异色
    便于肉眼判断方向。接触刚度刻意比台面软 —— 位置控制器会"刚性压进去",
    用默认刚度会被弹飞(注释里写了原因,不是随手抄的参数)。
  devices/sim/gazebo/models/gauge_stand/ 规座(static)。规直接站在台面上会立刻倒,
    加个方孔底座把它立住。
  三个模型都是 model.sdf + model.config,原点在**底面中心**,单位米。

二、场景配置与校验(新增)
  config/scene.yaml     物体不再写死在 world 里,改为 scene.yaml + 启动时动态 spawn。
    理由:world 是"环境"(地面/台面/相机/系统插件),场景是"这一批活做什么"。
    动 world 的风险面太大 —— 它只要丢一个系统声明,所有模型都 spawn 不进去(见旧坑 2)。
    含 operating(相机到工件的距离等作业条件)与 gates_px(像素门槛)。
  sim_scene.py          摆放校验:从 SDF **逐碰撞体**解析 AABB(不抄尺寸,避免漂移),
    检查原点在底面 / 不穿台面 / 不出界 / 物体之间不嵌入。
    重叠判定必须逐碰撞体三维判,不能拿总包围盒相交 ——
    正常装配里本来就有嵌套(规立在规座方孔里),粗判会误报,
    而误报的后果是人把检查整个关掉,之后真重叠也抓不到。
    另有成像几何:把亮环/孔间距按相机距离换算成像素,与门槛比对。
  scripts/check_sim_scene.py  验收工具(退出码可用):摆放 + 门槛漂移 + 成像几何 +
    悬停高度 vs 工作空间 + 手外相机是否**完整**看得见工件 + Gazebo 实际位姿。

三、修掉两处静默失效(都是"看起来一切正常")
  1) parse_spawned_poses 一直是**死代码**:它按 "x: N / y: N / z: N" 解析,
     而 Fortress 实际输出是方括号两行(XYZ / RPY)。对不上 → 永远返回空 →
     调用方按设计"降级成跳过位姿核对" → 位姿检查**从来没跑过**,
     而日志只说"跳过",看起来像正常降级。
     现在两种格式都支持,并用真实抓下来的输出样本做回归测试。
     教训:宽容降级会把"没检查"伪装成"检查通过"。
  2) stop_sim_gz.sh 的模式表里漏了 robot_state_publisher(而注释里写着它有覆盖):
     脚本报"已停止",它却还在发上一份 /robot_description 与 TF,
     下一次启动就会"改了描述却不生效"。
     顺带修掉同源的两个问题:awk 用 -v 传模式导致它匹配到自己、每次复查都多报
     一个空命令行的幽灵 PID;以及"杀的时候"和"复查的时候"两份扫描实现会各自漂移。
     现在共用同一个 scan_pids(),模式改用环境变量传递,并在杀完之后**再扫一遍**:
     有残留就报出来并非零退出 —— 下次再有漏项,不再静默。
     实测:--list 列出全套 9 个进程;停止后 rc=0 且 pgrep 干净。

四、相机:D405 分辨率对齐真机
  仿真的 D405 此前渲染 640x480,而真机跑 848x480(fx 337 而非 447)。后果是
  58mm 的两孔间距成像只剩 85px,低于 hole_distance_min=90 ——
  孔检测在仿真里根本不可能通过,而现象看起来像"算法不行"。
  已把 xacro 与 cameras.yaml 一起改成 848x480,并把启动时的比对从"只比视场"
  扩成"视场 + 图幅"(sim_cameras.check_camera_consistency),
  不一致时说明它对像素门槛的影响。

五、文档
  devices/sim/gazebo/README.md 重写为中文手册:使用方法 / 建模要求 / 导入格式 /
    配置方式(含"改哪里才真的生效"的接线表)/ 11 条实测坑(每条都有"怎么发现")。
  manifest.yaml 的进度、assets、description、坑清单与本轮状态对齐。
  scripts/README.md 补两个验收工具与停止脚本;根 README 补仿真入口与手册链接。
  cameras.yaml 里一处过期的函数名(check_fov_consistency)修正。

六、测试
  新增 test_sim_scene.py(79 条,此前 sim_scene.py 完全没有单测 —— 这正是
    位姿解析死掉却无人发现的原因)与 test_check_sim_scene.py(21 条),
  含三条回归:world_boxes 的偏移碰撞体不能被对称化放大(假重叠)、
  center_bore 不能被 _bore 后缀吃掉、Fortress 位姿输出格式。
  全量:src/arm_sim_gazebo + arm_interfaces + arm_application 共 515 通过。

同时附上 config/site.example.yaml 的重新生成(此前 site.yaml 的注释改动没同步,
它的 parity 测试是红的)。

Co-authored-by: Cursor <cursoragent@cursor.com>
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arm_dev
2026-09-23 17:13:00 +08:00
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commit d32e6ae53f
23 changed files with 4489 additions and 181 deletions
@@ -0,0 +1,30 @@
<?xml version="1.0"?>
<!--
Gazebo 模型清单文件。作用是让这个目录能被当成 model:// 资源引用,
并给 GUI / `ign model --list` 提供可读信息。
⚠️ 命名规则(两条都是框架约定,改之前先看 README 的"建模要求"):
1. <name> 必须与**目录名一致**(此处 workpiece),否则 model:// 引用会
找不到 —— 而 Gazebo 只会静默跳过,不报错。
2. <name> 必须与推理用的**类别名一致**(YOLO 的 labels 里那个名字)。
否则仿真里算出的工件坐标和检测结果对不上:明明检测到工件,
坐标却是另一个东西的。这条最容易在"新建一个模型试试"时被破坏。
-->
<model>
<name>workpiece</name>
<version>1.0</version>
<sdf version="1.9">model.sdf</sdf>
<author>
<name>ros2 通止规装配项目</name>
<email></email>
</author>
<description>
通止规装配的工件:140×100×12mm 板,中心 φ40 光孔(会被检测的 max_radius 滤掉),
两侧各一个 φ7 光孔、孔心间距 58mm、孔口带 φ14 亮环(二阶段 HoughCircles 检测的目标)。
详细说明(尺寸怎么反推出来的、哪些是近似)见 model.sdf 文件头与
devices/sim/gazebo/README.md 的"仿真 ≠ 真机"一节。
</description>
</model>
@@ -0,0 +1,325 @@
<?xml version="1.0"?>
<!--
=============================================================================
devices/sim/gazebo/models/workpiece/model.sdf
工件(被装配的对象)。
由 config/scene.yaml 决定摆在台面上的哪个位置,启动时由 gazebo_sim.launch.py
用 ros_gz_sim create -file 生成。**不要**把位姿写死在这里 ——
位姿属于"场景",不属于"模型",分开才能同一个模型摆多处。
============================================================================
这个模型在还原真机的什么
============================================================================
尺寸与孔位不是随便定的,是按真机检测参数(src/arm_application/config/
hole_detect.yaml)反推出来的,每条都对得上:
两个螺纹孔间距 58mm
依据 insert_bolt_radius_mm: 29.0(注释写明"两目标孔物理间距~58mm")。
这两个孔就是二阶段要对准的 k1 / k2。
孔口是"环"而不是"洞"(视觉上)
检测用的是 HoughCircles 找**亮环**,且 hough_min_radius=10 /
hough_max_radius=30。换算成物理尺寸(真机 D405:848 宽、87° 视场,
fx≈447,相机到工件约 0.23m):
radius_px = r_m × 447 / 0.23 ≈ r_m × 1943
10px ≈ 5.1mm 30px ≈ 15.4mm
也就是说**能被检测到的圆,半径必须在 5.1~15.4mm 之间**。
本模型把每个螺纹孔的亮环外径做成 φ14(半径 7mm → 约 13.6px,落在
区间中段),孔本身 φ7(半径 3.5mm → 约 6.8px,**低于下限会被滤掉**)。
这正是真机上的情形:检测到的是嵌件的环,不是螺纹孔本身。
中间有个大孔,且必须被滤掉
hole_detect 的 max_radius=30("滤掉中间大孔")与 site.yaml 的
"过小会配到中心孔" 都说明真件中心有一个大孔。这里做成 φ40
(半径 20mm → 约 38.9px > 30)→ 会被 max_radius 正确滤除。
它的存在是有意义的:中心的**光孔**正是通止规的"通端要通过"的区域,
也是二阶段粗居中时 bbox 的中心特征。
============================================================================
⚠️ 两个必须知道的近似(都写在 README 的"仿真≠真机"一节)
============================================================================
1) SDF **没有布尔运算**,无法在板上"挖"一个圆孔。所以:
碰撞体 = 用 10 个 box 拼出板子,留下**方孔**
中心 40×40mm、两侧 7×7mm
视觉 = 同一批 box(保证视觉与碰撞完全一致,不会骗人)
+ 每个孔上方贴一个亮圆盘 / 暗圆柱,做出"环 + 暗孔"的样子
相机从上往下看到的仍然是**圆环**(贴片是圆的),所以二阶段的圆检测
在仿真里能看到该看到的东西;而通止规要穿过的是那个方孔 ——
φ6 的规过 7×7 的方孔:对边间隙 0.5mm,足够。
方孔在 GUI 里看得出来,这是有意的取舍,不是 bug。
2) 真机是 **M6 螺纹孔**,仿真里按**光孔**建模(SDF 没有螺纹)。
孔的直径(φ7)比 M6 的小径(≈4.9mm)大,是为了让接触求解器稳定:
world 的 contact_surface_layer 是 1mm,间隙小于 1mm 时求解器会认为
一直贴着。**因此仿真里的插入力/接触力只能定性参考,不能用来标定真机的
力阈值** —— 真机阈值必须在真机上标。
============================================================================
单位:米。SDF 一律用米,用毫米建模的必须先缩放(见 README 的建模要求)。
坐标原点:板子**底面中心**。所以场景里把 z 设成台面高度,板子就正好落在台面上。
=============================================================================
-->
<sdf version="1.9">
<model name="workpiece">
<!-- 静态试跑时可把下面这行改成 true 钉住工件(调试检测/对孔时很有用:
否则一次误碰就把它推走了,而你会以为是检测出问题)。
正常装配流程必须 false —— 工件被推动本身就是要观察的物理现象。 -->
<static>false</static>
<self_collide>false</self_collide>
<link name="body">
<!-- =====================================================================
惯量
=====================================================================
铝合金(ρ≈2700)实心等效:无孔板体积 0.14×0.10×0.012 = 1.68e-4 m³
→ 质量 0.454kg。三个孔挖掉约 1.7e-5 m³(≈10%),但这里**不扣**,
偏保守(略重 = 略稳,不会因为惯量偏小而在接触里抖)。
惯量按整块长方体的公式算:I = m/12 × (另两边平方和)
========================================================================= -->
<inertial>
<mass>0.454</mass>
<inertia>
<ixx>3.804e-04</ixx>
<ixy>0</ixy>
<ixz>0</ixz>
<iyy>7.404e-04</iyy>
<iyz>0</iyz>
<izz>1.110e-03</izz>
</inertia>
</inertial>
<!-- =====================================================================
碰撞体:10 个 box 拼出的"带方孔的板"
=====================================================================
切分方式(局部坐标,原点在底面中心,x 沿 140mm 方向):
y 方向切 5 条带,等宽处由孔决定:
A [-0.050,-0.020] 只避开中心孔
B [-0.020,-0.0035] 避开中心孔
C [-0.0035,0.0035] 同时避开中心孔与两侧小孔
D [ 0.0035,0.020] 同 B
E [ 0.020, 0.050] 整条实心
x 方向按各带里有哪些孔再切。
留下的孔(都是方孔):
中心 x∈[-0.020,0.020] y∈[-0.020,0.020] 40×40mm
左 x∈[-0.0325,-0.0255] y∈[-0.0035,0.0035] 7×7mm @ x=-29mm
右 x∈[ 0.0255, 0.0325] 同上 7×7mm @ x=+29mm
两侧小孔中心距恰好 58mm(0.058),与 insert_bolt_radius_mm=29 对齐。
===================================================================== -->
<!-- A:最下一条带,整条实心 -->
<collision name="plate_a">
<pose>0 -0.035 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.140 0.030 0.012</size></box></geometry>
<surface><friction><ode><mu>0.6</mu><mu2>0.6</mu2></ode></friction></surface>
</collision>
<!-- B:中心孔左侧 -->
<collision name="plate_b_left">
<pose>-0.045 -0.01175 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.050 0.0165 0.012</size></box></geometry>
<surface><friction><ode><mu>0.6</mu><mu2>0.6</mu2></ode></friction></surface>
</collision>
<!-- B:中心孔右侧 -->
<collision name="plate_b_right">
<pose>0.045 -0.01175 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.050 0.0165 0.012</size></box></geometry>
<surface><friction><ode><mu>0.6</mu><mu2>0.6</mu2></ode></friction></surface>
</collision>
<!-- C:穿过三个孔的那条带,被切成 4 段(见上面 x 切分) -->
<collision name="plate_c_far_left">
<pose>-0.05125 0 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.0375 0.007 0.012</size></box></geometry>
<surface><friction><ode><mu>0.6</mu><mu2>0.6</mu2></ode></friction></surface>
</collision>
<!-- 中心孔与小孔之间那道 5.5mm 的窄壁 —— 真件上就是这里最薄,
也是通止规对孔时最容易别到的地方,保留它是有意义的。 -->
<collision name="plate_c_web_left">
<pose>-0.02275 0 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.0055 0.007 0.012</size></box></geometry>
<surface><friction><ode><mu>0.6</mu><mu2>0.6</mu2></ode></friction></surface>
</collision>
<collision name="plate_c_web_right">
<pose>0.02275 0 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.0055 0.007 0.012</size></box></geometry>
<surface><friction><ode><mu>0.6</mu><mu2>0.6</mu2></ode></friction></surface>
</collision>
<collision name="plate_c_far_right">
<pose>0.05125 0 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.0375 0.007 0.012</size></box></geometry>
<surface><friction><ode><mu>0.6</mu><mu2>0.6</mu2></ode></friction></surface>
</collision>
<!-- D:中心孔左/右 -->
<collision name="plate_d_left">
<pose>-0.045 0.01175 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.050 0.0165 0.012</size></box></geometry>
<surface><friction><ode><mu>0.6</mu><mu2>0.6</mu2></ode></friction></surface>
</collision>
<collision name="plate_d_right">
<pose>0.045 0.01175 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.050 0.0165 0.012</size></box></geometry>
<surface><friction><ode><mu>0.6</mu><mu2>0.6</mu2></ode></friction></surface>
</collision>
<!-- E:最上一条带,整条实心 -->
<collision name="plate_e">
<pose>0 0.035 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.140 0.030 0.012</size></box></geometry>
<surface><friction><ode><mu>0.6</mu><mu2>0.6</mu2></ode></friction></surface>
</collision>
<!-- =====================================================================
视觉:与碰撞体**同一批 box**(不另画一个"漂亮但不一样"的板子)
=====================================================================
材质:深灰哑光。选哑光是因为真机的金属件在 D405 的环形光下不会
镜面反光到过曝 —— 过曝会把亮环淹掉,检测直接失效。
===================================================================== -->
<visual name="plate_a_vis">
<pose>0 -0.035 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.140 0.030 0.012</size></box></geometry>
<material>
<ambient>0.35 0.36 0.38 1</ambient>
<diffuse>0.42 0.43 0.45 1</diffuse>
</material>
</visual>
<visual name="plate_b_left_vis">
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<geometry><box><size>0.050 0.0165 0.012</size></box></geometry>
<material>
<ambient>0.35 0.36 0.38 1</ambient>
<diffuse>0.42 0.43 0.45 1</diffuse>
</material>
</visual>
<visual name="plate_b_right_vis">
<pose>0.045 -0.01175 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.050 0.0165 0.012</size></box></geometry>
<material>
<ambient>0.35 0.36 0.38 1</ambient>
<diffuse>0.42 0.43 0.45 1</diffuse>
</material>
</visual>
<visual name="plate_c_far_left_vis">
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<geometry><box><size>0.0375 0.007 0.012</size></box></geometry>
<material>
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</material>
</visual>
<visual name="plate_c_web_left_vis">
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<geometry><box><size>0.0055 0.007 0.012</size></box></geometry>
<material>
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</material>
</visual>
<visual name="plate_c_web_right_vis">
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<geometry><box><size>0.0055 0.007 0.012</size></box></geometry>
<material>
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</material>
</visual>
<visual name="plate_c_far_right_vis">
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<geometry><box><size>0.0375 0.007 0.012</size></box></geometry>
<material>
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</material>
</visual>
<visual name="plate_d_left_vis">
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<geometry><box><size>0.050 0.0165 0.012</size></box></geometry>
<material>
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</material>
</visual>
<visual name="plate_d_right_vis">
<pose>0.045 0.01175 0.006 0 0 0</pose>
<geometry><box><size>0.050 0.0165 0.012</size></box></geometry>
<material>
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<diffuse>0.42 0.43 0.45 1</diffuse>
</material>
</visual>
<visual name="plate_e_vis">
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<geometry><box><size>0.140 0.030 0.012</size></box></geometry>
<material>
<ambient>0.35 0.36 0.38 1</ambient>
<diffuse>0.42 0.43 0.45 1</diffuse>
</material>
</visual>
<!-- =====================================================================
两个螺纹孔的"嵌件环"(视觉)—— 二阶段要检测的就是这个环
=====================================================================
做法:一个**亮**圆盘(φ14,环的外径)贴在孔里 2mm 深处,
再叠一个**暗**圆柱(φ7,孔本身)比它高 1mm。
上往下看:暗圆柱把亮盘中心挡掉 → 剩下的就是一圈亮环(φ7→φ14)。
这不是"画个圆假装有孔",而是用两个实体拼出环的**可见几何**,
所以遮挡关系是对的、深度也是对的(孔比面低 1mm)。
为什么亮盘用 φ14:见文件头 —— 要让环外径落在
hough 的 10~30px 有效区间,而 13.6px 正好在区间中段。
===================================================================== -->
<visual name="insert_left_ring">
<pose>-0.029 0 0.010 0 0 0</pose>
<geometry><cylinder><radius>0.007</radius><length>0.001</length></cylinder></geometry>
<material>
<!-- 亮:嵌件是机加工面,比哑光的板面亮得多 —— 检测靠的就是这个对比 -->
<ambient>0.85 0.85 0.82 1</ambient>
<diffuse>0.95 0.95 0.90 1</diffuse>
<specular>0.2 0.2 0.2 1</specular>
</material>
</visual>
<visual name="insert_left_bore">
<pose>-0.029 0 0.0075 0 0 0</pose>
<geometry><cylinder><radius>0.0035</radius><length>0.007</length></cylinder></geometry>
<material>
<!-- 暗:孔内是阴影 + 无光,与亮环形成对比,HoughCircles 才能锁定 -->
<ambient>0.02 0.02 0.02 1</ambient>
<diffuse>0.03 0.03 0.03 1</diffuse>
</material>
</visual>
<visual name="insert_right_ring">
<pose>0.029 0 0.010 0 0 0</pose>
<geometry><cylinder><radius>0.007</radius><length>0.001</length></cylinder></geometry>
<material>
<ambient>0.85 0.85 0.82 1</ambient>
<diffuse>0.95 0.95 0.90 1</diffuse>
<specular>0.2 0.2 0.2 1</specular>
</material>
</visual>
<visual name="insert_right_bore">
<pose>0.029 0 0.0075 0 0 0</pose>
<geometry><cylinder><radius>0.0035</radius><length>0.007</length></cylinder></geometry>
<material>
<ambient>0.02 0.02 0.02 1</ambient>
<diffuse>0.03 0.03 0.03 1</diffuse>
</material>
</visual>
<!-- 中心大孔:只做一个暗的深孔。半径 20mm → 约 38.9px,
超过 hough_max_radius=30,会被检测正确滤掉(真件也是这个行为)。 -->
<visual name="center_bore">
<pose>0 0 0.007 0 0 0</pose>
<geometry><cylinder><radius>0.020</radius><length>0.010</length></cylinder></geometry>
<material>
<ambient>0.02 0.02 0.02 1</ambient>
<diffuse>0.03 0.03 0.03 1</diffuse>
</material>
</visual>
</link>
</model>
</sdf>