PID/FF 自動チューニング計画 (RC27)

RC27 での PID/FF auto-tune 実装方針。motor_calibrator 実装済 (bench 単発)、次は rc27_control 側の mech_calibrator 統合

要点: 一般手法 (PID と FF 項の自動チューニング) の RC27 での運用計画。bench 用の motor_calibrator_node (4 stage、param 駆動、C++) は実装済み。次は rc27_control 側 (機構ノードに組み込む) と、起動シーケンス連動。

実装フェーズ #

フェーズ	内容	状態
1	V7 FF スタック API (FW + host)	実装済 (impl)
2	can_md_controller の friction / accel_ff_gain param 転送	実装済
3a	bench 用 motor_calibrator_node (4 stage)	実装済 (`motor_test_bringup/src/motor_calibrator_node.cpp`)
3b	tuning primitives の header-only 分離	実装済 (`motor_test::tuning::{stats, coulomb_viscous_fit, urdf_guard}`)
3c	URDF safety guard 統合	実装済 (Inside mode = 校正、Outside mode = homing)
4	rc27_control 側の mech_calibrator (機構ノードに組み込み)	未着手、実機フェーズ後
5	積載別 gravity map の HSM 統合	未着手
6	fibril_tuning への切り出し	将来 (motor_test::tuning を sed 一発で移送予定)

motor_calibrator_node の設計 (実装済)#

motor_test_bringup/src/motor_calibrator_node.cpp に単発 orchestrator として実装:

Stage	Param で ON/OFF	内容
`current_baseline`	`stages.current_baseline`	FW 側 `calibrate_current_baseline` service を叩く
`friction`	`stages.friction`	対称速度 sweep → `CoulombViscousFit` で c/b/g を LS fit
`accel_ff_gain`	`stages.accel_ff_gain`	未実装 (J 同定 → J/Kt の計算)
`gravity`	`stages.gravity`	未実装 (上下 2 方向保持 → duty 平均)

出力: /tmp/calibration_result.yaml (snippet 形式)。起動 launch (ff_homing_test.launch.xml) で読み込める形。

URDF safety guard: joint_name を指定すると UrdfGuard(Inside) が有効化。安全域 ([lower + margin, upper - margin]) を逸脱すると stage abort。校正中の暴走で機構を壊さない。

運用の粒度 #

対象	頻度	RC27 での実装
PID gain	保守時 (yaml 保存)	個別なし。積載で gain schedule するなら要検討
摩擦係数 (`friction.coulomb`, `friction.viscous`)	毎回 or 日次	motor_calibrator の friction stage で測る → yaml → 起動 launch で読む
重力 duty	積載状態ごと	空荷 / E ブロック / S ブロック / ボールで別テーブル (未実装)
J (慣性)	保守時のみ	accel_ff_gain stage で同定 (未実装)
電流零点 offset	起動時 (or on-demand)	FW 側 baseline state machine + host param 復元

対象軸と Kt #

RC27 で対象になるアクチュエータ:

ステアリング (RoboMaster、cascade P)
リフト (RoboMaster、位置 PID + FF)
吸着系サーボ (別系統)

RoboMaster の Kt は duty=1.0 → 10 A の正規化から換算する ([[robomaster-normalization]] 参照、Claude memory 側)。

次にやりたいこと #

短期 (bench 内)#

accel_ff_gain stage の実装: 自由減衰 (duty=0 で $\overset{ω}{˙}$ 測定) → J = -friction/\dot\omega → J/Kt
gravity stage の実装: 上下 2 方向の同速度セグメントで duty 平均
calibration_result.yaml の install 配置: 現状 /tmp に吐いてるので install/share/motor_test_bringup/config/ に置く方が読みやすい

中期 (実機フェーズ)#

rc27_control 側の mech_calibrator: bench の orchestrator を機構ノード配下に移送。yaml は rc27_control/config/calibration_{lift,grip,arm}.yaml
起動シーケンス連動: 起動時に自動で current_baseline → friction まで走る (BT or lifecycle で管理)
積載別 gravity map: HSM の積載状態 (empty / block / ball) と gravity yaml を紐付け

長期 #

fibril_tuning への切り出し: motor_test::tuning → fibril::tuning、他プロジェクトでも共通で使える形に