启元机器人 Q1 MuJoCo 无桌面仿真实践:从离屏渲染到远程交互

发布时间:2026/11/3 10:32:01

启元机器人 Q1 MuJoCo 无桌面仿真实践:从离屏渲染到远程交互 手里的设备是一台 Apple Silicon Mac 和一台运行在虚拟机里的 Ubuntu。前面已经在 Ubuntu 中把 Q1 的 MuJoCo 模型加载起来也验证过无界面步进和 EGL 离屏渲染。接下来我想做一个更接近开发工作的场景Ubuntu 不安装桌面只负责跑仿真Mac 负责打开交互窗口两边通过网络传输状态再从 Mac 发一条受限制的执行器输入。这个过程里有两个问题必须分开处理。第一Mac 窗口里的机器人是不是 Ubuntu 仿真的状态而不是 Mac 自己又跑了一套动力学。第二远程输入能不能经过模型范围和演示策略检查并在到期后自动清零。最后我又把 Ubuntu 服务停掉再重启验证客户端能不能明确告诉我“现在断了”以及新服务起来后能不能恢复。这篇记录的是模型侧和通信侧的实践不把它写成 Q1 真机控制结果。没有实体机器人时先把状态来源、版本一致性、输入边界和连接恢复做实后面接 SDK 或真机才不会一上来就把问题混在一起。先把两台机器的职责固定下来这次使用的 Q1 模型来自启元机器人 AtomGit 的 q1-urdf 仓库。我没有直接跟着仓库最新分支跑而是固定到提交562b764a18613d459140ed9b255fa30434e346ef模型文件是xml/q1_v3_mc.xml。固定提交的意义很实际Mac 和 Ubuntu 必须加载同一份 XML 和 mesh状态数组才有可比性。两端环境如下位置作用环境Ubuntu 虚拟机加载 Q1 模型、推进 MuJoCo、提供 HTTP 状态和受限输入接口Ubuntu 22.04.5 LTS、ARM64、Python 3.10、MuJoCo 3.16.0、无桌面会话Mac加载同一份模型、显示远端qpos/qvel、发送演示输入Apple Silicon、macOS 15.4.1、Python 3.10、MuJoCo 3.16.0Ubuntu 使用虚拟机私网地址10.211.55.4服务监听8766端口。Mac 端先把本地模型仓库切到同一个提交再计算 XML 的 SHA-256。启动服务和客户端时代码都会检查 MuJoCo 版本、提交号、XML 哈希以及nq/nv/nu维度任何一项不一致客户端就不继续接收状态。我先在 Mac 上单独打开模型确认本地 Viewer 和模型文件都正常。这里窗口里的 Q1 还是 Mac 本地MjData经过mj_forward后的结果尚未接入 Ubuntu。图 1Mac 端显示了固定提交号并确认q1_v3_mc.xml与 mesh 文件存在。直接打开 MuJoCo Viewer 能看出模型是否能被加载但这一步还没有回答“状态到底由谁推进”。为了让两端职责变得可检查我又用 Mac 的mjpython打开本地 Viewer打印模型维度和 MuJoCo 版本。这个窗口只是确认 Mac 的图形环境和模型资源能正常工作它不是后面 Ubuntu 状态服务的窗口也没有通过网络接收状态。先把本地显示这一层单独排除出现问题时才知道该查 Viewer、模型还是通信。图 2Mac 端使用 MuJoCo 3.16.0 加载 Q1 模型nq29、nv28、执行器数量为 22。Ubuntu 不装桌面只运行状态服务Ubuntu 端的核心脚本是scripts/ubuntu_state_server.py。它创建一份MjModel和一份MjData在后台线程里按照模型步长调用mujoco.mj_step()。服务端保留这份状态的唯一所有权HTTP 处理线程只在锁内读取快照或更新控制值。先进入 AtomGit 项目克隆目录再启动服务source~/q1-mujoco-venv/bin/activatecd~/q1-mujoco-remote-viewer python3 scripts/ubuntu_state_server.py\--model~/q1-mujoco/official-q1-urdf/xml/q1_v3_mc.xml\--host10.211.55.4\--port8766服务启动后日志给出了这次实际使用的版本和模型维度MuJoCo3.16.0、提交562b764a18613d459140ed9b255fa30434e346ef、nq29、nv28、nu22模型步长是0.001 s。初版服务只提供/api/v1/health和/api/v1/state后面加控制时才注册/api/v1/control。服务没有身份认证所以我只让它监听虚拟机私网地址没有把它开放到公网。图 3仿真状态在没有桌面会话的 Ubuntu 中持续推进服务绑定虚拟机私网地址。Mac 端先不打开远程 Viewer而是执行一个只读探针连续读取五次状态。探针会校验提交号、XML 哈希、MuJoCo 版本和状态数组长度再检查sequence与simulation_time是否递增。实际一轮读数从sequence737656增加到738699模型时间从737.656 s增加到738.699 sroot_z约为0.0445 m。本次读取只用 HTTP GET没有向服务端发送控制值。先验证数据能稳定返回比直接看窗口里的动作更容易定位错误版本不一致、字段缺失或数组长度不对探针都会在 Viewer 启动前报出来。图 4Mac 端确认本地和远端 XML SHA-256 一致qpos/qvel维度一致并连续收到递增状态。这里的root_z也暴露了当前仿真的一个事实没有施加站立控制时Q1 会落到地面附近。这个结果很正常但不能把“模型加载成功”和“机器人已经能站立”混成一个结论。当前项目验证的是状态链路不是步态控制器。nq29、nv28也不是校验冲突。模型有一个 floating base位置状态用三维坐标和四元数表示速度状态则是线速度与角速度自由基座在两类向量中的维度本来就不同。客户端分别按nq检查qpos、按nv检查qvel没有假设两个数组长度相等。Mac Viewer 只做显示不再推进第二套动力学远程 Viewer 的做法比较克制。Mac 端仍然加载本地同一份q1_v3_mc.xml但不调用mj_step()。后台线程从 Ubuntu 的/api/v1/state读取状态主线程拿到新序号后把远端qpos、qvel写入本地MjData再调用mj_forward()更新几何显示。这样做有一个好处窗口只负责把远端状态画出来Ubuntu 才是仿真时间和动力学状态的来源。窗口左上角还叠加了状态序号、仿真时间、状态年龄、模型提交号以及Mac dynamics: disabled。如果这里误用了mj_step()Mac 和 Ubuntu 就会各自往前算画面看起来可能仍然在动却已经不是同一个仿真状态。在项目根目录运行下面的命令source~/q1-mujoco-mac-venv/bin/activate mjpython scripts/mac_remote_viewer.py\--urlhttp://10.211.55.4:8766/api/v1/state远程 Viewer 连续运行时GIF 中的序号从1518802增加到1520757仿真时间从1518.804 s增加到1520.757 s状态年龄约为0.03 s。Q1 姿态随 Ubuntu 状态变化左上角明确标注 Mac 没有运行动力学。图 5Mac 窗口里的模型由 Ubuntu 发来的qpos/qvel更新Mac 端没有调用mj_step()。先做一条小输入把控制边界写进服务只读状态跑通后我没有马上开放所有执行器而是只开放motor_left_elbow。模型里它对应left_elbow_joint模型ctrlrange是[-22, 22]gear 为1。服务端又增加了一层更窄的演示限制输入绝对值不超过2.0一次最长持续0.25 s到期后把该执行器的控制值重置为0同一时间不接受重叠命令。这组参数属于本地 MuJoCo 演示策略不是 Q1 实机控制建议。把它写进接口而不是靠调用者自觉遵守主要是为了让测试有明确的失败条件。更新后的服务日志还会打印实例 ID。每次进程启动都生成一个新的server_instance_id状态响应会带着它一起返回。图 6服务只开放一个左肘执行器并把输入值和持续时间限制在演示范围内。输入不会由 Mac 直接写入模型数组而是交给 Ubuntu 服务统一检查并应用。这样控制范围、单次时长和到期清零都由持有仿真状态的一端负责Mac 端只发请求并读取处理结果。Mac 端发送的 JSON 只有三个字段{actuator:motor_left_elbow,value:2.0,duration_s:0.25}在 Mac 项目目录执行下面的命令发送这条请求python3 scripts/mac_send_control.py--value2.0--duration0.25调用脚本会先读取输入前状态再发送一次 HTTP POST等待 Ubuntu 的仿真时间越过到期点最后读取输入后状态。一次实际运行返回 HTTP202输入前left_elbow1.313411 rad到期后读到1.661970 rad观测差值为0.348559 radactive_control已经变成none。图 7发送输入期间远程 Viewer 与终端同时运行窗口中的左肘动作可以直接观察到。服务端返回 HTTP202只代表请求被接受关节状态还要等后续读取才能确认。我把 Viewer 录屏和命令行读数放在一起看前者能看到模型动作后者能说明输入值、仿真时间以及到期状态避免单凭动画判断请求是否按预期结束。终端返回的控制记录里还能看到模型范围[-22.0, 22.0]、演示范围[-2.0, 2.0]、持续时间0.25 s和到期仿真时间。GIF 里的 Viewer 与发送脚本同时运行左肘随 Ubuntu 仿真状态变化这比单独看 HTTP 返回码更直观但角度差还需要结合终端读数解释。输入结束后服务端主动清零客户端没有继续发送下一条保持命令。图 8HTTP202代表请求被服务接受到期后活动控制为空前后角度读数和观测差值由实际运行输出。value是写入 actuator 的控制量left_elbow则是从qpos里读取的关节位置两者不是同一个字段也不是目标位置和实际位置的跟踪误差。仿真本身仍在向前运行所以前后读数要按观测值记录。我又补了一次value0.0的输入。它同样返回 HTTP202到期后活动控制为空左肘读数从1.324856 rad变为1.324855 rad观测差值是-0.000001 rad。仿真在这段时间没有暂停因此零值输入也不能理解为“把模型冻结在当前位置”。这只能说明零值请求经过了同样的接受、到期和清除路径不能把它写成关节保持性能测试。图 9零输入也会走完整的限时控制流程服务到期后清除活动控制。零值正常返回和越界拒绝各自验证一条不同路径不能拿其中一条代替另一条。服务端还会拒绝非有限数字、未知 actuator 和正在执行时的重叠命令。范围检查也必须单独测。把输入改成23.0后服务返回 HTTP400错误为value 23 is outside model ctrlrange [-22, 22]状态为rejected。服务端先按模型ctrlrange检查再应用更窄的演示值限制这条请求在写入 MuJoCo 执行器之前就被拒绝了。错误响应保留了具体超限原因后面排查时不需要从 Viewer 动作猜测请求有没有生效。图 10超过模型ctrlrange的值不会进入仿真状态接口明确返回拒绝原因。两种输入结果都正常还不够网络断开时客户端也得改变状态。HTTP 返回码只能描述某一次请求不能替代 Viewer 自己的过期判断我因此把服务停机和恢复单独当成一个场景验证。断线时保留最后一帧但不继续假装在线远程窗口最容易被忽略的问题不是“能不能显示”而是服务断掉后画面会不会继续给人一种实时运行的错觉。我的客户端把状态年龄作为单独指标超过一秒没有收到新状态左上角就改成STALE / DISCONNECTED同时保留最后一次有效的qpos/qvel并把Connection refused写到状态栏。我在 Viewer 运行时按下 Ubuntu 服务的CtrlC。断线 GIF 中Q1 保持在最后收到的姿态状态年龄持续增加网络线程反复得到连接拒绝。这个表现比直接关闭窗口更有用因为它同时保留了最后一帧和连接错误能够看出“画面还在”不等于“仿真还在更新”。图 11服务停止后Viewer 标记为STALE / DISCONNECTED状态年龄增长最后一帧不再被标成实时状态。断线时 Viewer 没有清空机器人模型而是保留最后一份有效状态。这一点有利于观察断线前姿态但状态栏会明确标记数据已经过期避免把静止的窗口当成实时仿真画面。这里还遇到了一个重启后的细节。服务进程重新启动时sequence会从较小的值重新开始。如果客户端只比较序号就会把新服务的第一条状态误判成旧服务回退。于是我给协议加了server_instance_id同一个实例内要求序号递增实例 ID 变化时允许序号重新开始并在终端记录切换。图 12每次 Ubuntu 服务启动生成唯一实例 ID客户端可以区分“同一服务序号异常”和“服务已重启”。重启服务后Mac 端先收到新实例的低序号再输出Ubuntu simulation instance changed和Ubuntu state connection recovered.Viewer 状态回到CONNECTED。客户端分别看实例 ID 和实例内序号前者决定是否开始新的一轮计数后者用于检查同一服务进程的数据有没有停滞或倒退。新 Ubuntu 进程创建的是一份新的MjData所以仿真时间和状态序号会从头开始这不是旧进程状态的持久化恢复。Viewer 接受的是新进程后续发来的状态而不是把旧状态写回新进程。把这两种恢复区分开才能准确描述这里验证的是“连接恢复”和“新状态流接入”。图 13服务重启后Mac 识别到实例变化接受新序号窗口恢复为CONNECTED。这次实践真正验证了什么在这套 Mac Ubuntu 虚拟机环境里我完成了几个可以复现的检查固定提交的 Q1 MuJoCo 模型能够在 Ubuntu 无桌面环境中持续推进模型维度为nq29、nv28、nu22步长为0.001 s。Ubuntu 持有唯一仿真状态Mac 通过 HTTP 接收qpos/qvel并用同一份模型做显示Mac 端没有再调用mj_step()。motor_left_elbow2.0、持续0.25 s的输入返回202到期后自动清零value23.0因超出模型ctrlrange返回400。服务停止时Viewer 能显示状态过期和连接错误服务重启后客户端通过实例 ID 接受新的序号流并恢复连接。这些结果还没有覆盖站立、行走、轨迹跟踪、闭环控制、ROS 2 控制接口或真机通信。远程 Viewer 也不是把 Mac 变成了第二个仿真器它只是把 Ubuntu 的状态画出来。至于左肘前后角度的变化仿真一直在推进输入前后读数是运行区间内的观测值不能全部归因于这一条输入。对我来说这个架构的意义在于把问题拆开了Ubuntu 负责可重复的仿真状态Mac 负责可视化和操作入口协议负责版本校验、输入边界和连接状态。后面即使把 HTTP 换成 ROS 2 Topic 或 Service也可以沿用这几条检查原则。没有实体机器人时先把这条链路跑通比做一个看起来会动但说不清状态来源的窗口更有价值。参考资料与代码实验代码q1-mujoco-remote-viewerAtomGit。仓库只包含服务端、Mac 客户端、依赖和复现说明Q1 模型文件从官方模型仓库单独获取。Q1 官方模型启元 Q1 V3.0 q1-urdf AtomGit 仓库实际使用提交562b764a18613d459140ed9b255fa30434e346ef。MuJoCo Python 接口MuJoCo Python bindings。MuJoCo 仿真计算说明Computation。MuJoCo 可视化说明Visualization。Q1 模型、SDK 和开发资料可访问启元机器人开发者社区。
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