feat(pybot×actpred): R2 多 MPU6050 支持——8×N 姿态向量拼接与归一化平铺

- robot:_find_imus/_read_imus 按脚本块行序收集拼接 ≤4 个 MPU6050,_pad_imu 对齐 predictor.imu_dim

- recorder/imu_norm/dataset/config:imu.npy 宽度 8×N,归一化除数按传感器数平铺

- 测试:双传感器闭环拼接/pad/truncate、宽布局录制、16 维归一化加载
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+234 -56

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+6 -4
View File
@@ -32,7 +32,8 @@ cat scripts/std.mt | ./_run.sh # 与 bot4cj 相同的管道用法
```
`--record` 时若脚本含 `@MPU6050_BIND` 块,逐帧同步落盘 `imu.npy`
(T×8:roll,pitch,ax,ay,az,gx,gy,gz,与图像/动作按帧时刻天然对齐);
(每传感器 8 槽 roll,pitch,ax,ay,az,gx,gy,gz;多个传感器(≤4)按块行顺序
拼接,shape (T, 8×N),与图像/动作按帧时刻天然对齐);
无 IMU 硬件则保持旧格式(仅 images + actions.npy)。
`-i` / `-o` 参数位保留(reserved),未来对接跨进程 FIFO。
@@ -55,8 +56,9 @@ cat scripts/std.mt | ./_run.sh # 与 bot4cj 相同的管道用法
部署时若日志出现 `loop overrun` 告警,说明 `hz` 超过推理+执行能力,应降低 `hz`
- **姿态回流(R2)**:脚本含 `@MPU6050_BIND` 且模型带 imu 输入
(`predictor.imu_dim` 非 None)时,每步读取 MPU6050 最新姿态随帧/历史
一同传给推理器(原始量纲,归一化在推理端完成);模型无 imu 输入时
不接入推理(若带 `--record` 仍会读取落盘 imu.npy)
一同传给推理器(原始量纲,归一化在推理端完成);多个传感器(≤4)按
块行顺序拼接为 8×N 向量,再 pad/truncate 到 `predictor.imu_dim`;
模型无 imu 输入时不接入推理(若带 `--record` 仍会读取落盘 imu.npy)
## 目录
@@ -68,7 +70,7 @@ scripts -> ../bot4cj/scripts # .mt 脚本与仓颉版共享
tests/ # pytest 单元测试(Mock 总线,无需硬件)
```
插件查找顺序:`$PYBOT_MODULES_PATH`(冒号分隔)→ 包内置 `modules/` → `./modules/`。
插件查找顺序:`$PYBOT_MODULES_PATH`(`os.pathsep` 分隔:Linux `:` / Windows `;`)→ 包内置 `modules/` → `./modules/`。
## 开发
+5 -2
View File
@@ -27,7 +27,9 @@ class EpisodeRecorder:
rec.record(frame, action, imu_vec=imu_or_None)
rec.flush()
imu_vec:可选 MPU6050 姿态向量(roll,pitch,ax,ay,az,gx,gy,gz)。
imu_vec:可选 MPU6050 姿态向量(单传感器 roll,pitch,ax,ay,az,gx,gy,gz;
多传感器按脚本 @MPU6050_BIND 行顺序拼接为 8×N,最多 4 个)。
RobotStruct 会在录制前把 imu_dim 同步为 8×N(N=传感器数)。
只要同一 record 调用内同时传入帧/动作/姿态,三者即按帧时刻天然对齐。
全程 None(无 IMU 硬件)则不产出 imu.npy,保持旧格式兼容。
"""
@@ -68,7 +70,8 @@ class EpisodeRecorder:
frame: np.ndarray (H,W,3) uint8 或 None(跳过图像保存)
action_vec: list/np.array,长度任意,内部 pad/truncate 到 action_dim
imu_vec: 可选 list/np.array/dict,长度任意,pad/truncate 到 imu_dim;
dict 时按 (roll,pitch,ax,ay,az,gx,gy,gz) 顺序取值。
dict 时按 (roll,pitch,ax,ay,az,gx,gy,gz) 顺序取值(单传感器;
多传感器请传 RobotStruct._read_imus 拼好的 8×N 向量)。
为 None 时该帧记零向量(混合数据集中标记"无姿态")。
"""
import numpy as np
+45 -35
View File
@@ -160,15 +160,18 @@ class RobotStruct:
delay_idx = self._find_delay_idx(columns)
camera_var = None
imu_var = None
imu_vars = []
if recorder is not None:
camera_var = self._find_camera()
if camera_var is None and not self.dry_run:
raise ValueError(
"--record 需要 @Camera 块(或使用 --dry-run 生成合成帧)")
imu_var = self._find_imu()
if imu_var is None:
imu_vars = self._find_imus()
if not imu_vars:
log.info("--record: 无 @MPU6050_BIND 块,不产出 imu.npy")
else:
# 槽位宽度 8×N(按块顺序拼接),录制前同步给 recorder
recorder.imu_dim = len(IMU_KEYS) * len(imu_vars)
prev_vals = None
@@ -189,7 +192,7 @@ class RobotStruct:
self._grab_frame(camera_var),
self._build_action_vec(
step_vals, recorder.action_dim),
imu_vec=self._read_imu(imu_var))
imu_vec=self._read_imus(imu_vars))
self._execute_step(step_vals, columns)
if self.dry_run:
import time
@@ -199,7 +202,7 @@ class RobotStruct:
recorder.record(
self._grab_frame(camera_var),
self._build_action_vec(vals, recorder.action_dim),
imu_vec=self._read_imu(imu_var))
imu_vec=self._read_imus(imu_vars))
self._execute_step(vals, columns)
prev_vals = vals
@@ -219,7 +222,8 @@ class RobotStruct:
pybot 不 import 具体推理类,保持零依赖承诺。
若额外声明 imu_dim 属性(R2 方案一),则以
predict(images, action_history, imu=(imu_dim,)) 调用;
脚本无 @MPU6050_BIND 块时 imu 为零向量。
脚本无 @MPU6050_BIND 块时 imu 为零向量。多个 MPU6050
(最多 4 个)按脚本块行顺序拼接为 8×N 原始向量。
hz: 控制频率(周期 = 1/hz 秒,须 ≥ 推理 + 执行耗时)
max_steps: 步数上限,None 表示无限循环(Ctrl-C 退出)
recorder: 可选 EpisodeRecorder,闭环中同步录制 (frame, action)
@@ -239,17 +243,19 @@ class RobotStruct:
if camera_var is None and not self.dry_run:
raise ValueError("闭环需要 @Camera 块(或使用 --dry-run 生成合成帧)")
imu_var = self._find_imu()
imu_vars = self._find_imus()
# 鸭子类型约定:predictor 声明 imu_dim 属性即接受 imu= 关键字
# (方案一:独立 IMU token);未声明则保持旧两参调用,向后兼容
use_imu = getattr(predictor, "imu_dim", None) is not None
if imu_var is None:
if not imu_vars:
if use_imu:
log.warning("predictor 声明 imu_dim 但脚本无 @MPU6050_BIND "
"块,imu 将以零向量输入(等价于无姿态先验)")
else:
if recorder is not None:
recorder.imu_dim = len(IMU_KEYS) * len(imu_vars)
log.info("closed loop imu: %s → predictor %s",
imu_var.name,
",".join(v.name for v in imu_vars),
"imu= 接入" if use_imu else "不接入(仅录制)")
action = self.find_mt("Action")
@@ -278,10 +284,10 @@ class RobotStruct:
while max_steps is None or step < max_steps:
t0 = time.monotonic()
frames.extend(self._loop_recent_frames(camera_var, F)) # 1 采样
imu = self._read_imu(imu_var)
imu = self._read_imus(imu_vars)
if use_imu: # 2 推理
act = predictor.predict(list(frames), np.array(history),
imu=self._imu_to_vec(
imu=self._pad_imu(
imu, predictor.imu_dim))
else:
act = predictor.predict(list(frames), np.array(history))
@@ -419,38 +425,42 @@ class RobotStruct:
return var
return None
def _find_imu(self):
"""在已创建的硬件变量中查找第一个 MPU6050Var(无则 None)"""
for var in self.M.values():
if isinstance(var, MPU6050Var):
return var
return None
def _find_imus(self):
"""按脚本块顺序收集全部 MPU6050Var(无则空列表,最多 4 个)"""
return [v for v in self.M.values() if isinstance(v, MPU6050Var)]
def _read_imu(self, imu_var):
"""读 MPU6050 最新姿态 dict(键序见 IMU_KEYS)
def _read_imus(self, imu_vars):
"""读全部 MPU6050 最新姿态,按块顺序拼接为 (8×N,) 原始向量
无硬件 / 读失败返回 None(recorder 记零向量、predictor 侧零输入)。
latest() 冷启动返回全零 dict,语义安全无需特判。
imu_vars 为空返回 None(无传感器:recorder 不产出 imu.npy);
单个传感器读失败其 8 槽记零并 log。latest() 冷启动返回全零
dict,语义安全无需特判。
"""
if imu_var is None:
return None
try:
return imu_var.play({})
except Exception:
log.exception("imu read failed")
if not imu_vars:
return None
import numpy as np
nk = len(IMU_KEYS)
out = np.zeros(nk * len(imu_vars), dtype=np.float32)
for k, var in enumerate(imu_vars):
try:
latest = var.play({})
except Exception:
log.exception("imu read failed: %s", var.name)
continue
out[k * nk:(k + 1) * nk] = [latest.get(key, 0.0)
for key in IMU_KEYS]
return out
@staticmethod
def _imu_to_vec(imu, imu_dim):
"""姿态 dict → np 向量(按 IMU_KEYS 顺序 pad/truncate 到 imu_dim)"""
def _pad_imu(vec, imu_dim):
"""拼接姿态向量 → pad/truncate 到 predictor 的 imu_dim(None → 全零)"""
import numpy as np
vec = np.zeros(imu_dim, dtype=np.float32)
if imu is not None:
src = np.asarray([imu.get(k, 0.0) for k in IMU_KEYS],
dtype=np.float32)
out = np.zeros(imu_dim, dtype=np.float32)
if vec is not None:
src = np.asarray(vec, dtype=np.float32).ravel()
n = min(len(src), imu_dim)
vec[:n] = src[:n]
return vec
out[:n] = src[:n]
return out
def _build_action_vec(self, vals, action_dim):
"""从值列表构建动作向量,pad/truncate 到 action_dim"""
+72
View File
@@ -386,3 +386,75 @@ def test_loop_imu_recorded(mock_i2c, tmp_path):
assert imus.shape == (4, 8) # 与 actions 帧数对齐
assert np.allclose(imus[:, 0], 3.0) # roll
assert np.allclose(imus[:, 3], 0.5) # ay
# ---------------- 多 MPU6050(最多 4 个,8×N 槽位拼接) ----------------
# 双传感器脚本(槽位顺序对齐 std.mt 前两行:i2c-1 上 0x69 / 0x68)
LOOP_IMU2_MT = LOOP_MT.replace(
"@Camera",
"""@MPU6050_BIND
name I2C addr;
mpu6050-0 i2c-1 0x69;
mpu6050-1 i2c-1 0x68;
@
@Camera""")
def test_loop_imu_multi_sensor_concat(mock_i2c):
"""多 MPU6050:按块行顺序拼接 8×N 向量喂 predictor(槽位不串)"""
robot = _make_robot(LOOP_IMU2_MT, mock_i2c)
robot.active()
_freeze_imu(robot, "mpu6050-0", roll=1.0, gz=7.0)
_freeze_imu(robot, "mpu6050-1", roll=2.0, pitch=-3.0)
pred = ImuPredictor(frame_len=3, history_len=2, action_dim=4, imu_dim=16)
robot.run_loop(pred, hz=1000.0, max_steps=2)
robot.deactive()
assert len(pred.imus) == 2
for imu in pred.imus:
assert imu is not None and imu.shape == (16,)
assert imu[0] == 1.0 and imu[7] == 7.0 # sensor0: roll, gz
assert imu[8] == 2.0 and imu[9] == -3.0 # sensor1: roll, pitch
def test_loop_imu_multi_sensor_pad_truncate(mock_i2c):
"""传感器数与 predictor.imu_dim 不匹配:pad 零 / 截断,槽位不漂移"""
robot = _make_robot(LOOP_IMU2_MT, mock_i2c)
robot.active()
_freeze_imu(robot, "mpu6050-0", roll=1.0)
_freeze_imu(robot, "mpu6050-1", roll=2.0)
pred24 = ImuPredictor(frame_len=3, history_len=2, action_dim=4,
imu_dim=24)
robot.run_loop(pred24, hz=1000.0, max_steps=1) # 16 → 24 补零
imu = pred24.imus[0]
assert imu.shape == (24,)
assert imu[0] == 1.0 and imu[8] == 2.0
assert np.allclose(imu[16:], 0.0)
pred8 = ImuPredictor(frame_len=3, history_len=2, action_dim=4,
imu_dim=8)
robot.run_loop(pred8, hz=1000.0, max_steps=1) # 16 → 8 截断(仅 sensor0)
imu = pred8.imus[0]
assert imu.shape == (8,) and imu[0] == 1.0
robot.deactive()
def test_loop_imu_multi_recorded(mock_i2c, tmp_path):
"""多传感器闭环录制:imu.npy 宽度 8×N 且槽位按块行顺序"""
from pybot.recorder import EpisodeRecorder
robot = _make_robot(LOOP_IMU2_MT, mock_i2c)
robot.active()
_freeze_imu(robot, "mpu6050-0", roll=1.0)
_freeze_imu(robot, "mpu6050-1", pitch=4.0)
rec = EpisodeRecorder(str(tmp_path), action_dim=18)
pred = MockPredictor(frame_len=3, history_len=2, action_dim=4)
robot.run_loop(pred, hz=1000.0, max_steps=3, recorder=rec)
robot.deactive()
imus = np.load(tmp_path / "episode_0000" / "imu.npy")
assert imus.shape == (3, 16)
assert np.allclose(imus[:, 0], 1.0) # sensor0 roll
assert np.allclose(imus[:, 9], 4.0) # sensor1 pitch
+47
View File
@@ -374,6 +374,53 @@ def test_run_with_imu_block(tmp_path, mock_i2c):
assert np.allclose(imus[:, 7], 12.0)
# 双传感器脚本(槽位顺序对齐 std.mt 前两行:i2c-1 上 0x69 / 0x68)
IMU2_MT = """
@I2C
name path;
i2c-1 /dev/i2c-1;
@
@MPU6050_BIND
name I2C addr;
mpu6050-0 i2c-1 0x69;
mpu6050-1 i2c-1 0x68;
@
@Camera
name width height framerate capacity;
cam0 320 240 15 2;
@
@Action
cam0.frame;
0;
0;
@
"""
def test_run_multi_imu_wide_layout(tmp_path, mock_i2c):
"""多 MPU6050:run() 录制 imu.npy 宽度 8×N,槽位按块行顺序"""
robot = RobotStruct(IMU2_MT, dry_run=True)
robot.active()
for name, vals in (("mpu6050-0", {"roll": -4.0}),
("mpu6050-1", {"roll": 6.0, "gz": 12.0})):
sensor = robot.M[name].sensor
sensor.stop_daemon()
sensor.wait_daemon()
sensor._latest.update(**vals)
rec = EpisodeRecorder(str(tmp_path), action_dim=18)
robot.run(recorder=rec)
robot.deactive()
imus = np.load(tmp_path / "episode_0000" / "imu.npy")
assert imus.shape == (2, 16)
assert np.allclose(imus[:, 0], -4.0) # sensor0 roll
assert np.allclose(imus[:, 8], 6.0) # sensor1 roll(槽位 8 起)
assert np.allclose(imus[:, 15], 12.0) # sensor1 gz
def test_actpred_compatibility(tmp_path, mock_i2c):
"""用 actpred 的 ActionDataset 加载录制的 episode"""
pytest.importorskip("torch")