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# Ubuntu 22.04 下 PICO 4 Ultra UDP Sender 配置教程

本文档只记录如何在 **Ubuntu 22.04** 下配置 Unity/PICO 4 Ultra，让头显把左右手柄数据通过 UDP 发给当前 ROS2 工作空间。

目标链路：

```text
PICO 4 Ultra 双手柄 6DoF pose / grip / trigger / pose 诊断
  -> Unity Android APK
  -> UDP JSON, 默认当前 ROS 主机 IP:15000，兜底 192.168.9.99:15000
  -> xr_rm_input/udp_controller_receiver
  -> /xr/left_controller 与 /xr/right_controller
```

## 1. 当前项目事实

- Unity 工程路径：`unity/XR_RM_PICO_UDP_Sender`
- Unity 版本：`2022.3.62f3c1`
- Unity Editor 路径：`/home/robot/Unity/Hub/Editor/2022.3.62f3c1/Editor/Unity`
- PICO SDK 路径：`unity/PICO-Unity-Integration-SDK-release_3.4.0`
- PICO package 引用：`Packages/manifest.json` 中的 `file:../../PICO-Unity-Integration-SDK-release_3.4.0`
- Unity UI 依赖：`com.unity.textmeshpro`，运行面板使用预生成的 `Assets/Resources/Fonts/Roboto-Regular SDF.asset` 和 `Roboto-Bold SDF.asset`
- Android 包名：`com.local.xr_rm_udp_sender`
- 默认 UDP 目标：构建时优先使用 `XR_RM_UDP_TARGET_HOST`，否则自动选择本机局域网 IPv4，兜底 `192.168.9.99:15000`
- 默认发送频率：`90 Hz`
- APK 输出：`unity/XR_RM_PICO_UDP_Sender/Builds/XR-RM-PICO-UDP-Sender.apk`

PICO 端建议稳定发送 `90 Hz`，网络或性能不足时可降到 `60 Hz`，不要低于 `20 Hz`。ROS 遥操作节点默认 `command_timeout_sec=0.12`，超时会停止。

## 2. Ubuntu 22.04 环境准备

建议环境：

- Ubuntu 22.04 x86_64
- GNOME 桌面，优先 X11 会话
- Unity 2022.3 LTS
- Android Build Support、Android SDK & NDK Tools、OpenJDK
- ADB

检查当前图形会话：

```bash
echo $XDG_SESSION_TYPE
```

如果 Unity Editor 或 Hub 在 Wayland 下出现黑屏、鼠标偏移、构建窗口异常，注销后选择 `Ubuntu on Xorg`。

安装 Unity Hub：

```bash
sudo apt update
sudo apt install -y curl gpg ca-certificates

sudo install -d /etc/apt/keyrings
curl -fsSL https://hub.unity3d.com/linux/keys/public \
  | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/unityhub.gpg

echo "deb [arch=amd64 signed-by=/etc/apt/keyrings/unityhub.gpg] https://hub.unity3d.com/linux/repos/deb stable main" \
  | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/unityhub.list

sudo apt update
sudo apt install -y unityhub
```

安装 ADB：

```bash
sudo apt update
sudo apt install -y android-tools-adb
adb version
```

在 Unity Hub 里安装 Unity 2022.3 LTS，并勾选：

- `Android Build Support`
- `Android SDK & NDK Tools`
- `OpenJDK`

优先使用 Unity 随 Editor 安装的 embedded Android SDK/NDK/JDK，不要混用系统 Android Studio 的工具链。

## 3. 准备 PICO 4 Ultra

在 PICO 4 Ultra 中：

1. 登录设备。
2. 开启开发者模式。
3. 开启 USB 调试。
4. 用 USB-C 线连接 Ubuntu 主机。
5. 在 Ubuntu 上执行：

```bash
adb devices
```

PICO 内会弹出 USB 调试授权，选择允许。再次执行：

```bash
adb devices
```

应看到类似：

```text
<device_serial>    device
```

如果是 `unauthorized`，重新插拔 USB 并在 PICO 内确认授权，或执行：

```bash
adb kill-server
adb start-server
adb devices
```

## 4. 打开 Unity 工程

在 Unity Hub 中：

1. 点击 `Projects`。
2. 点击 `Add`。
3. 选择：

```text
/home/robot/WS_xr/src/unity/XR_RM_PICO_UDP_Sender
```

4. 用 Unity `2022.3.62f3c1` 或同系列 2022.3 LTS 打开。
5. 如果提示升级工程版本，先确认 git 状态再继续。

如果 Unity 打开后找不到 PICO package，检查：

```text
unity/XR_RM_PICO_UDP_Sender/Packages/manifest.json
../../PICO-Unity-Integration-SDK-release_3.4.0
```

该相对路径表示从 `unity/XR_RM_PICO_UDP_Sender/Packages` 往上两级到 `unity/`，再进入 `PICO-Unity-Integration-SDK-release_3.4.0`。

## 5. Android 构建设置

当前工程已提供菜单脚本：

```text
Assets/Editor/XrRmUdpSenderProjectSetup.cs
```

在 Unity Editor 菜单中依次执行：

```text
XR-RM -> Apply UDP Sender Android Settings
XR-RM -> Create Or Refresh UDP Sender Scene
XR-RM -> Build Android APK
```

这些菜单会配置或刷新：

- `Product Name = XR-RM-PICO-UDP-Sender`
- `Package Name = com.local.xr_rm_udp_sender`
- Android min SDK = API 29
- Android target SDK = Auto
- Internet permission = enabled
- Scripting Backend = IL2CPP
- Target Architectures = ARM64
- Graphics API = OpenGLES3
- XR Management Android loader = PICO `PXR_Loader`
- `Assets/Scenes/Main.unity`
- 场景中的 `PicoControllerUdpSender`、`PicoUdpConfigPanel` 和 `PicoKeepAwake`
- TextMeshPro UI、Roboto SDF 字体、Saved/Favorite IP 面板、PICO predicted pose 优先读取和 Unity XR fallback

也可以使用 batchmode 构建：

```bash
cd /home/robot/WS_xr/src

UNITY_EDITOR="/home/robot/Unity/Hub/Editor/2022.3.62f3c1/Editor/Unity"

"$UNITY_EDITOR" \
  -batchmode \
  -quit \
  -projectPath "$(pwd)/unity/XR_RM_PICO_UDP_Sender" \
  -executeMethod XrRmUdpSenderProjectSetup.BuildAndroidApk \
  -logFile "$(pwd)/unity_build.log"
```

如果要覆盖自动发现到的 UDP 目标 IP，可在构建命令前设置：

```bash
export XR_RM_UDP_TARGET_HOST=192.168.9.99
```

构建成功后 APK 位于：

```text
unity/XR_RM_PICO_UDP_Sender/Builds/XR-RM-PICO-UDP-Sender.apk
```

## 6. 安装 APK 到 PICO

确保 PICO 已 USB 连接且 `adb devices` 显示 `device`。

```bash
cd /home/robot/WS_xr/src
adb install -r unity/XR_RM_PICO_UDP_Sender/Builds/XR-RM-PICO-UDP-Sender.apk
```

看到 `Success` 表示安装完成。

检查包是否存在：

```bash
adb shell pm list packages | grep xr_rm
```

戴上 PICO：

1. 打开 `Library`。
2. 进入未知来源/开发者应用区域。
3. 打开 `XR-RM-PICO-UDP-Sender`。

## 7. 网络配置

PICO 和 Ubuntu ROS 主机必须在同一个局域网。

查看 Ubuntu 主机 IP：

```bash
hostname -I
ip -4 addr
```

假设 Ubuntu 主机 IP 是：

```text
192.168.9.99
```

则 PICO App 面板里使用：

| 配置项 | 推荐值 |
| --- | --- |
| `Target IP` | `192.168.9.99`，替换为当前 Ubuntu 主机 IP |
| `Target Port` | `15000` |
| `Saved IP` | 最近使用或收藏的 IP，可用摇杆左右切换 |
| `Favorite` | `ON` 表示当前 IP 已收藏 |
| `Send Rate` | 推荐 `90 Hz`，不稳定时用 `60 Hz` |
| `Coordinates` | `Project (+Z back)` |
| `UDP Sending` | `ON` |

如果 Ubuntu 开启了 UFW：

```bash
sudo ufw allow 15000/udp
sudo ufw status
```

## 8. PICO App 操作

面板操作：

- 摇杆上/下：选择行
- 摇杆左/右：选择 Saved IP、收藏当前 IP、调整端口/频率、切换坐标模式或发送开关
- Trigger / A / X：编辑当前行或触发当前行
- B / Y：保存并应用
- Menu：在配置面板和运行 HUD 之间切换
- Grip：ROS 侧遥操作使能；未按下时机械臂停止

验证现象：

- 面板中 `L valid pxr/unity` 或 `R valid pxr/unity` 表示 Unity 能读到对应手柄姿态；`invalid none` 表示该手柄姿态不可用。
- `UDP Sending ON` 后，ROS2 的 `/xr/left_controller` 与 `/xr/right_controller` 应持续刷新。
- HUD 显示包计数、发送端点、左右姿态状态和 KeepAwake 状态。
- `pose_valid=false` 时，ROS 接收端会强制该手柄 `grip=false`，即使 PICO 端按下了 Grip。
- 按住 `grip` 并移动或小角度转动手柄时，mock 模式下 `/xr_rm/*/target_pose` 应连续变化，`/xr_rm/*/cmd_vel` 会显示目标位姿变化率。
- 真机模式下，点击对应手柄 `trigger` 会切换并保持对应夹爪开/关状态。
- 松开 `grip` 后，机械臂慢停，`cmd_vel` 应回到零。

## 9. ROS2 端验证

先构建并 source 工作空间：

```bash
cd /home/robot/WS_xr
source /opt/ros/humble/setup.bash
colcon build --symlink-install
source install/setup.bash
```

只验证 UDP receiver：

```bash
ros2 launch xr_rm_input udp_receiver.launch.py udp_port:=15000
```

另开终端查看左右手柄：

```bash
cd /home/robot/WS_xr
source /opt/ros/humble/setup.bash
source install/setup.bash

ros2 topic echo /xr/left_controller
ros2 topic echo /xr/right_controller
ros2 topic hz /xr/left_controller
ros2 topic hz /xr/right_controller
```

期望现象：

- PICO 应用启动并打开 `UDP Sending ON` 后，两个 topic 都持续刷新。
- 按左手 `grip` 时，`/xr/left_controller` 的 `grip` 变成 `true`。
- 按右手 `grip` 时，`/xr/right_controller` 的 `grip` 变成 `true`。
- 扳机从松开到按下时，`trigger` 从 `0.0` 附近变到 `1.0` 附近。
- 单臂或双臂真机 launch 已启动时，对应手柄每次点击 `trigger` 都会切换并保持对应夹爪状态。
- 平移手柄时，`pose.position` 连续变化。

如果收不到包，先抓 UDP：

```bash
sudo tcpdump -ni any udp port 15000
```

能看到 UDP 但 ROS topic 没数据，说明 JSON 字段不符合协议。查看 `udp_controller_receiver` 终端里的格式错误提示。

## 10. Mock 闭环验证

先不要连接真机，使用 mock 模式验证完整链路。

终端 1：

```bash
cd /home/robot/WS_xr
source /opt/ros/humble/setup.bash
source install/setup.bash
ros2 launch xr_rm_bringup arm_debug.launch.py arm:=both use_mock:=true udp_port:=15000
```

终端 2：

```bash
cd /home/robot/WS_xr
source /opt/ros/humble/setup.bash
source install/setup.bash
ros2 topic echo /xr_rm/left_rm75/cmd_vel
ros2 topic echo /xr_rm/right_rm75/cmd_vel
# 需要看实际位姿目标时另开终端：
ros2 topic echo /xr_rm/left_rm75/target_pose
ros2 topic echo /xr_rm/right_rm75/target_pose
```

流程：

1. 启动 PICO Unity 应用。
2. 确认 `/xr/left_controller` 和 `/xr/right_controller` 正常刷新。
3. 左手按住 `grip`，只移动左手一小段，观察 `/xr_rm/left_rm75/target_pose` 和 `/xr_rm/left_rm75/cmd_vel`。
4. 左手保持小角度转动，确认 `target_pose.pose.orientation` 和 `cmd_vel.twist.angular` 会变化。
5. 松开左手 `grip`，确认 `cmd_vel` 回到 0。
6. 右手重复同样流程。
7. 用 `ros2 topic hz` 确认频率稳定，建议接近 PICO 端配置的发送频率。

如果要排除 PICO 端问题，可用本机 sample sender 验证 ROS 端：

```bash
ros2 run xr_rm_input sample_udp_sender --hand both --host 127.0.0.1 --port 15000 \
  --pattern axis_sweep --seconds 60 --both-mode staggered
```

`axis_sweep` 会按 `XR +X/-X/+Y/-Y/+Z/-Z` 打印方向标签。双手 `staggered` 模式先左后右，便于现场逐只确认映射。
如需同时验证姿态链路，可增加 `--rotation-pattern rpy_steps --rotation-amplitude-deg 25`。

## 11. UDP JSON 协议

Unity APK 每个周期发送一个双手柄 JSON 包：

```json
{
  "t": 12.345,
  "source_time": 12.345,
  "seq": 42,
  "frame_id": "xr_world",
  "controllers": {
    "left": {
      "grip": true,
      "trigger": 0.0,
      "pos": [-0.12, 1.05, 0.30],
      "quat": [0.0, 0.0, 0.0, 1.0],
      "pose_valid": true,
      "pose_source": "pxr_predict",
      "tracking_state": 3,
      "controller_status": 2,
      "grip_value": 1.0,
      "axis": [0.0, 0.0],
      "buttons": {
        "grip": true,
        "primary": false,
        "secondary": false,
        "menu": false,
        "axis_click": false
      }
    },
    "right": {
      "grip": true,
      "trigger": 0.4,
      "pos": [0.12, 1.05, 0.30],
      "quat": [0.0, 0.0, 0.0, 1.0],
      "pose_valid": true,
      "pose_source": "unity_xr",
      "tracking_state": 3,
      "controller_status": -1,
      "grip_value": 0.8,
      "axis": [0.0, 0.0],
      "buttons": {
        "grip": true,
        "primary": false,
        "secondary": false,
        "menu": false,
        "axis_click": false
      }
    }
  }
}
```

字段要求：

| 字段 | 类型 | 说明 |
| --- | --- | --- |
| `t` | number | `Time.realtimeSinceStartupAsDouble` |
| `source_time` | number | 当前同 `t`，预留给延迟统计 |
| `seq` | number | 发送端递增包序号，预留给丢包统计 |
| `frame_id` | string | 默认 `xr_world` |
| `controllers.left` | object | 左手柄 |
| `controllers.right` | object | 右手柄 |
| `grip` | bool | ROS 遥操作启停 |
| `trigger` | float | `0.0-1.0`；真机模式下跨过 `0.95` 的上升沿切换夹爪开/关状态 |
| `pos` | float[3] | `[x, y, z]` |
| `quat` | float[4] | `[qx, qy, qz, qw]`；ROS 遥操作节点会用相对旋转控制 TCP 姿态 |
| `pose_valid` | bool | 姿态有效性；`false` 时 ROS receiver 强制 `grip=false` |
| `pose_source` | string | `pxr_predict`、`unity_xr` 或 `none` |
| `tracking_state` | int | Unity XR tracking state 原始值 |
| `controller_status` | int | PICO controller status 原始值，Unity XR fallback 时为 `-1` |
| `grip_value` | float | Grip 模拟量，范围 `0.0-1.0` |
| `axis` | float[2] | 主摇杆二维轴 |
| `buttons` | object | `grip`、`primary`、`secondary`、`menu`、`axis_click` |

当前工程的 `Project (+Z back)` 坐标是 ROS 侧使用的统一项目坐标：

```csharp
project.x = native.z;
project.y = native.y;
project.z = -native.x;
```

这条转换只用于 `pose_source=pxr_predict` 且 `Coordinates=Project (+Z back)` 的情况。`Source raw` 模式保留 PXR native 或 Unity XR fallback 的原始坐标，便于现场对照；`unity_xr` fallback 暂不做 PXR native 转换，避免把已经由 Unity XR 提供的坐标二次转换。

禁用发送、App 暂停或退出时，必须额外发送一次左右手柄 `grip=false`，让 ROS 侧安全停止。
ROS 侧收到 `grip=false` 时不会主动打开或闭合夹爪，夹爪保持上一次状态。

`udp_controller_receiver` 仍兼容调试脚本的旧格式：单个 object 可以直接带 `hand`、`pos`、`quat`；`controllers` 可以是 object 或 list；位置字段也支持 `position`、`p`、`pose.position`，姿态字段支持 `orientation`、`q`。四元数默认按 `xyzw` 解析，也可用 `quat_order:=wxyz` 覆盖。

## 12. 坐标方向检查

当前 Project 输出使用下面的位置坐标：

```text
+X: 向右
+Y: 向上
+Z: 向后
```

PXR `pxr_predict` 原始坐标按现场实测通常表现为右移 `native.z+`、前伸 `native.x+`，所以 Unity 在 Project 模式中会输出 `project.x=native.z`、`project.z=-native.x`。如果切到 `Source raw`，应能看到原始 PXR 现象，用于确认当前到底是 PXR native 问题还是 ROS 侧映射问题。

双臂配置中的映射关系：

```text
左臂机器人位移增量 = [-手柄y,  手柄z, -手柄x]
右臂机器人位移增量 = [ 手柄y,  手柄z,  手柄x]
```

建议现场按下面顺序验证：

1. 只启动 `use_mock:=true`。
2. APK 中选择 `Project (+Z back)`，按住左手 `grip`，每次只沿右/左、上/下、前/后移动一个方向。
3. 记录 `/xr/left_controller.pose.position` 的变化方向。
4. 记录 `/xr_rm/left_rm75/target_pose` 的位置方向。
5. 小角度转动左手手柄，记录 `/xr/left_controller.pose.orientation` 与 `/xr_rm/left_rm75/target_pose.pose.orientation` 是否连续变化。
6. 右手重复。

如果两个手柄在 ROS topic 里的某个轴都反了，优先检查 Unity/PICO 发送到 `/xr/*_controller.pose.position` 的实际方向。如果 ROS topic 正确，但某一只机械臂运动方向不符合现场坐标，只改对应 YAML 的 `xr_to_robot_matrix`。

`Coordinates=Source raw` 只用于诊断，不建议用于正式遥操作。现场方向修正优先通过 ROS 侧 topic 观察定位：如果 `/xr/*_controller.pose.position` 已经符合 Project 坐标约定，就不要在 Unity 中继续临时改符号。

## 13. 真机前置检查

本文档只负责 PICO UDP 发送配置，但如果继续接真机，必须先确认：

- 急停可用。
- 机械臂工作区清空。
- PICO topic 在 mock 下已经稳定。
- `grip=false` 时机械臂慢停，`/xr_rm/<arm>/cmd_vel` 为 0。
- mock 下小角度转动手柄时，`/xr_rm/<arm>/cmd_vel.twist.angular` 有连续小幅变化。
- 夹爪验证时点击对应手柄 `trigger`，确认每次点击都会切换并保持开/关状态。
- `move_to_initial_pose_on_connect` 保持 `false`。

单臂真机：

```bash
ros2 launch xr_rm_bringup arm_debug.launch.py arm:=left use_mock:=false udp_port:=15000
ros2 launch xr_rm_bringup arm_debug.launch.py arm:=right use_mock:=false udp_port:=15000
```

双臂真机必须在左右单臂都验证通过后再启动：

```bash
ros2 launch xr_rm_bringup arm_debug.launch.py arm:=both use_mock:=false \
  left_robot_ip:=192.168.192.18 \
  right_robot_ip:=192.168.192.19 \
  udp_port:=15000
```

## 14. 常见问题

| 现象 | 排查 |
| --- | --- |
| Unity 找不到 PICO package | 检查 `Packages/manifest.json` 的 `../../PICO-Unity-Integration-SDK-release_3.4.0` 路径 |
| Gradle 或 Android 构建失败 | 检查 Android Build Support、SDK/NDK/OpenJDK、IL2CPP、ARM64、Android Build Target 和 PICO SDK 编译错误 |
| PICO 安装失败或 `unauthorized` | 重新授权 USB 调试，执行 `adb kill-server && adb start-server && adb devices` |
| ROS2 收不到 UDP | 检查同一 Wi-Fi、Target IP、Target Port、UFW、`UDP Sending ON`、左右手柄是否 `valid pxr/unity` |
| tcpdump 有包但 topic 没数据 | JSON 字段不对，确认包含 `controllers.left/right`，且 `pos` 长度 3、`quat` 长度 4 |
| 有 topic 但机械臂不动 | 检查 `grip`、`pose_valid` 日志、teleop 节点订阅话题、工作空间限幅、UDP 超时 |
| trigger 不控制夹爪 | 确认是真机 launch、`enable_tool_control=true`，且 `trigger` 能从低值跨到 0.95 以上 |
| 按左手右臂动 | PICO 端 left/right 获取或填充反了 |
| 松开 grip 后仍有速度 | 确认 PICO 持续发送 `grip=false`，并检查 teleop 超时停止 |
| 经常超时 | 发送频率太低、网络丢包、PICO 应用后台暂停；提高 `sendHz` 并保持应用前台运行 |
| 前后方向反了 | 先看 `/xr/*_controller.pose.position` 是否符合 `+Z` 向后；topic 正确时修改对应 YAML 的 `xr_to_robot_matrix` |
| 某一只臂方向反了 | 修改对应 YAML 的 `xr_to_robot_matrix` |

## 15. 参考链接

- Unity Hub Linux 安装文档：`https://docs.unity.com/en-us/hub/install-hub-linux`
- Unity 2022.3 系统要求：`https://docs.unity.cn/Documentation/Manual/system-requirements.html`
- PICO 4 Ultra 开发资源：`https://developer.picoxr.com/pico4-ultra/`
- PICO Unity Integration SDK：`https://github.com/Pico-Developer/PICO-Unity-Integration-SDK`
- PICO Controller & HMD input mapping：`https://developer-cn.picoxr.com/en/document/unity/input-mapping/`
- Unity XR `InputDevice.TryGetFeatureValue`：`https://docs.unity3d.com/ScriptReference/XR.InputDevice.TryGetFeatureValue.html`
- Unity XR `CommonUsages`：`https://docs.unity3d.com/ScriptReference/XR.CommonUsages.html`