docs: 记录 RM75 QP 与 UDP 周期修复设计

2026-07-30 18:04:49 +08:00
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+# RM75 QP 阈值与 UDP 反馈周期修复设计
+
+## 背景
+
+右臂真机在 90 Hz、`follow: false` 遥操过程中频繁出现两类警告：
+
+```text
+QP did not converge after 30 iterations:
+position_error=0.001245~0.001609 m
+
+UDP关节反馈超时，保持最后安全目标。
+```
+
+现场 timing 日志同时表明：
+
+- 控制回调最大约 5.1 ms，没有耗尽 11.111 ms 周期；
+- UDP 反馈间隔均值约 25 ms，即实际约 40 Hz；
+- UDP 间隔存在 37~71 ms 的明显抖动；
+- UDP 短暂超时后约 44 ms 收到新帧，但现有安全状态机要求先松开 Grip。
+
+因此，控制线程计算量不是这两类警告的原因。
+
+## 根因
+
+### QP 近阈值失败
+
+当前 QP 最多迭代 30 次，并要求：
+
+```text
+位置误差 <= 1 mm
+姿态误差 <= 0.005 rad
+```
+
+现场失败时姿态误差约 0.0007 rad，已经满足要求；位置误差仅比 1 mm 高
+0.245~0.609 mm。30 次迭代中的每一步已经通过关节有限值、关节位置限制和单步
+速度限制校验，但最终结果仍因严格的 1 mm 判定被整体丢弃。
+
+用户已明确确认 2 mm 位置残差可接受；该数值也与现有 1 mm 手柄位置死区处于
+同一量级。将位置收敛阈值改为 2 mm，可以接收现场这类安全的近收敛
+结果，同时继续拒绝此前出现过的 7.5 mm 等明显未收敛结果。
+
+### UDP 周期单位错误
+
+项目参数 `realtime_push_cycle_ms` 的单位是毫秒，三份机械臂配置均填写 `5`。
+当前适配器把这个值原样传给：
+
+```python
+rm_realtime_push_config_t(cycle, ...)
+```
+
+但睿尔曼 SDK 的 `cycle` 单位不是毫秒，而是 5 ms 的倍数。因此：
+
+```text
+当前传入 cycle=5
+实际周期 = 5 × 5 ms = 25 ms
+实际频率 = 40 Hz
+```
+
+这与现场 `feedback_interval mean≈25 ms` 完全一致。期望 5 ms 上报时，SDK
+参数应为 `cycle=1`。
+
+在 120 ms 反馈超时窗口内，25 ms 上报只有约 5 次发送机会；修正为 5 ms 后有
+约 24 次发送机会，能显著提高对偶发丢包和调度抖动的容忍度。若网络或 SDK
+回调整体停顿超过 120 ms，仍应触发现有安全超时。
+
+## 目标
+
+- QP 位置收敛阈值由 1 mm 调整为 2 mm；
+- `realtime_push_cycle_ms: 5` 实际配置成 SDK `cycle=1`，恢复 5 ms 上报；
+- UDP 超时警告打印触发时的实际反馈年龄；
+- 保持控制频率 90 Hz 和 `follow: false`；
+- 保持 UDP 短超时保持、持续超时重同步、Grip 重使能、CANFD 恢复和故障锁存；
+- 保留工作空间、圆柱、TCP、姿态和关节安全限制。
+
+## 不在本次范围
+
+- 不增加 QP 最大迭代次数；
+- 不修改姿态收敛阈值；
+- 不放宽 `command_timeout_sec=0.12`；
+- 不修改 `feedback_resync_timeout_sec=0.5`；
+- 不允许短超时后自动恢复 Grip；
+- 不修改三份机械臂 YAML；
+- 不修改 UDP 目标 IP、端口、线程模式或增加新连接；
+- 不处理网卡、交换机或控制器固件问题；
+- 不修改用户当前未提交的 `right_arm_rm75.yaml` 参数调整。
+
+## 修改方案
+
+### QP 收敛
+
+在 `placo_ik_solver.py` 中只修改：
+
+```python
+QP_POSITION_TOLERANCE_M = 2e-3
+```
+
+30 次迭代、逐步关节安全校验、姿态阈值和未收敛异常格式保持不变。
+
+### UDP 周期换算
+
+保留公开参数 `realtime_push_cycle_ms` 的毫秒语义和“正数且为 5 ms 倍数”的现有
+校验。构造 SDK 配置时执行：
+
+```python
+sdk_cycle = self._realtime_push_cycle_ms // 5
+```
+
+示例：
+
+| 项目参数 | SDK `cycle` | 实际周期 |
+|---:|---:|---:|
+| 5 ms | 1 | 5 ms |
+| 10 ms | 2 | 10 ms |
+| 25 ms | 5 | 25 ms |
+
+启动日志仍打印毫秒值，避免把 SDK 内部单位暴露为用户配置。
+
+### UDP 超时日志
+
+首次进入短暂超时时打印：
+
+```text
+right_rm75 UDP关节反馈超时（age=xxx.x ms），保持最后安全目标。
+```
+
+日志只增加诊断值，不改变节流、保持目标、QP 停止和 Grip 重使能行为。
+
+## 数据流与安全
+
+正常路径：
+
+```text
+YAML 5 ms
+→ 适配器换算 SDK cycle=1
+→ 控制器约每 5 ms UDP 上报
+→ 回调校验并缓存 joint_position
+→ 90 Hz 控制读取最新实际反馈
+→ 最多 30 次 QP，位置阈值 2 mm
+→ 现有关节提前制动限幅
+→ rm_movej_canfd(..., follow=false)
+```
+
+反馈年龄超过 120 ms 时仍停止生成新目标和 QP，以 90 Hz 重发最后安全目标，并
+要求 Grip 松开后重新使能。达到 500 ms 时仍只尝试一次
+`rm_get_joint_degree()`；失败时仍停止并锁存故障。
+
+## 测试与验证
+
+自动测试：
+
+1. 增加 QP 1.5 mm 位置残差的行为测试，验证其被 2 mm 阈值接受；
+2. 保留明显未收敛结果抛出异常的行为；
+3. 修改 SDK 配置测试，验证项目 5 ms 参数传入 SDK 时为 `cycle=1`；
+4. 增加 10 ms 到 `cycle=2` 的换算覆盖；
+5. 验证 UDP 超时日志包含实际反馈年龄；
+6. 运行 `xr_rm_teleop` 全部测试和姿态控制测试；
+7. 运行 `colcon build --symlink-install`；
+8. 使用 `arm_debug.launch.py arm:=right use_mock:=true`验证启动路径。
+
+真机由用户验证：
+
+- 连续 timing 窗口中 `feedback_interval mean` 从约 25 ms 降到接近 5 ms；
+- 正常遥操不再频繁出现 UDP 超时；
+- 位置残差小于 2 mm 时不再出现 QP 未收敛警告；
+- 真正超过 120 ms 的反馈中断仍打印带 `age` 的警告并执行现有安全保持；
+- 若修正后仍频繁出现超过 120 ms 的中断，再依据 `age` 和间隔数据排查网络、
+  SDK 回调或控制器固件，不继续盲目放宽超时。
+
+## 文件范围
+
+- 修改 `xr_rm_teleop/xr_rm_teleop/placo_ik_solver.py`；
+- 修改 `xr_rm_teleop/xr_rm_teleop/realman_adapter.py`；
+- 修改 `xr_rm_teleop/xr_rm_teleop/single_arm_velocity_teleop.py`；
+- 修改相关现有测试；
+- 新增本中文设计文档和后续中文实施计划；
+- 不修改 YAML、launch、UI 或依赖。