add:skill&agent

2026-03-27 20:46:44 +00:00 · 2026-03-06 16:54:31 +08:00
parent 9c6f7c7505
commit 47a29a0c2f
14 changed files with 4214 additions and 0 deletions
--- a/.cursor/skills/add-protocol/SKILL.md
+++ b/.cursor/skills/add-protocol/SKILL.md
@@ -0,0 +1,323 @@
+---
+name: add-protocol
+description: Guide for adding new experiment protocols to Uni-Lab-OS (添加新实验操作协议). Walks through ROS Action definition, Pydantic model creation, protocol generator implementation, and registration. Use when the user wants to add a new protocol, create a compile function, implement an experiment operation, or mentions 协议/protocol/编译/compile/实验操作.
+---
+
+# 添加新实验操作协议（Protocol）
+
+Protocol 是对实验有意义的完整动作（如泵转移、过滤、溶解），需要多设备协同。`compile/` 中的生成函数根据设备连接图将抽象操作"编译"为设备指令序列。
+
+添加一个 Protocol 需修改 **6 个文件**，按以下流程执行。
+
+---
+
+## 第一步：确认协议信息
+
+向用户确认：
+
+| 信息 | 示例 |
+|------|------|
+| 协议英文名 | `MyNewProtocol` |
+| 操作描述 | 将固体样品研磨至目标粒径 |
+| Goal 参数（必需 + 可选） | `vessel: dict`, `time: float = 300.0` |
+| Result 字段 | `success: bool`, `message: str` |
+| 需要哪些设备协同 | 研磨器、搅拌器 |
+
+---
+
+## 第二步：创建 ROS Action 定义
+
+路径：`unilabos_msgs/action/<ActionName>.action`
+
+三段式结构（Goal / Result / Feedback），用 `---` 分隔：
+
+```
+# Goal
+Resource vessel
+float64 time
+string mode
+---
+# Result
+bool success
+string return_info
+---
+# Feedback
+string status
+string current_device
+builtin_interfaces/Duration time_spent
+builtin_interfaces/Duration time_remaining
+```
+
+**类型映射：**
+
+| Python 类型 | ROS 类型 | 说明 |
+|------------|----------|------|
+| `dict` | `Resource` | 容器/设备引用，自定义消息类型 |
+| `float` | `float64` | |
+| `int` | `int32` | |
+| `str` | `string` | |
+| `bool` | `bool` | |
+
+> `Resource` 是 `unilabos_msgs/msg/Resource.msg` 中定义的自定义消息类型。
+
+---
+
+## 第三步：注册 Action 到 CMakeLists
+
+在 `unilabos_msgs/CMakeLists.txt` 的 `set(action_files ...)` 块中添加：
+
+```cmake
+"action/MyNewAction.action"
+```
+
+> 调试时需编译：`cd unilabos_msgs && colcon build && source ./install/local_setup.sh && cd ..`
+> PR 合并后 CI/CD 自动发布，`mamba update ros-humble-unilabos-msgs` 即可。
+
+---
+
+## 第四步：创建 Pydantic 模型
+
+在 `unilabos/messages/__init__.py` 中添加（位于 `# Start Protocols` 和 `# End Protocols` 之间）：
+
+```python
+class MyNewProtocol(BaseModel):
+    # === 必需参数 ===
+    vessel: dict = Field(..., description="目标容器")
+    
+    # === 可选参数 ===
+    time: float = Field(300.0, description="操作时间 (秒)")
+    mode: str = Field("default", description="操作模式")
+    
+    def model_post_init(self, __context):
+        """参数验证和修正"""
+        if self.time <= 0:
+            self.time = 300.0
+```
+
+**规则：**
+- 参数名必须与 `.action` 文件中 Goal 字段完全一致
+- `dict` 类型对应 `.action` 中的 `Resource`
+- 将类名加入文件末尾的 `__all__` 列表
+
+---
+
+## 第五步：实现协议生成函数
+
+路径：`unilabos/compile/<protocol_name>_protocol.py`
+
+```python
+import networkx as nx
+from typing import List, Dict, Any
+
+
+def generate_my_new_protocol(
+    G: nx.DiGraph,
+    vessel: dict,
+    time: float = 300.0,
+    mode: str = "default",
+    **kwargs,
+) -> List[Dict[str, Any]]:
+    """将 MyNewProtocol 编译为设备动作序列。
+    
+    Args:
+        G: 设备连接图（NetworkX），节点为设备/容器，边为物理连接
+        vessel: 目标容器 {"id": "reactor_1"}
+        time: 操作时间（秒）
+        mode: 操作模式
+    
+    Returns:
+        动作列表，每个元素为:
+        - dict: 单步动作
+        - list[dict]: 并行动作
+    """
+    from unilabos.compile.utils.vessel_parser import get_vessel
+    
+    vessel_id, vessel_data = get_vessel(vessel)
+    actions = []
+    
+    # 查找相关设备（通过图的连接关系）
+    # 生成动作序列
+    actions.append({
+        "device_id": "target_device_id",
+        "action_name": "some_action",
+        "action_kwargs": {"param": "value"}
+    })
+    
+    # 等待
+    actions.append({
+        "action_name": "wait",
+        "action_kwargs": {"time": time}
+    })
+    
+    return actions
+```
+
+### 动作字典格式
+
+```python
+# 单步动作（发给子设备）
+{"device_id": "pump_1", "action_name": "set_position", "action_kwargs": {"position": 10.0}}
+
+# 发给工作站自身
+{"device_id": "self", "action_name": "my_action", "action_kwargs": {...}}
+
+# 等待
+{"action_name": "wait", "action_kwargs": {"time": 5.0}}
+
+# 并行动作（列表嵌套）
+[
+    {"device_id": "pump_1", "action_name": "set_position", "action_kwargs": {"position": 10.0}},
+    {"device_id": "stirrer_1", "action_name": "start_stir", "action_kwargs": {"stir_speed": 300}}
+]
+```
+
+### 关于 `vessel` 参数类型
+
+现有协议的 `vessel` 参数类型不统一：
+- 新协议趋势：使用 `dict`（如 `{"id": "reactor_1"}`）
+- 旧协议：使用 `str`（如 `"reactor_1"`）
+- 兼容写法：`Union[str, dict]`
+
+**建议新协议统一使用 `dict` 类型**，通过 `get_vessel()` 兼容两种输入。
+
+### 公共工具函数（`unilabos/compile/utils/`）
+
+| 函数 | 用途 |
+|------|------|
+| `get_vessel(vessel)` | 解析容器参数为 `(vessel_id, vessel_data)`，兼容 dict 和 str |
+| `find_solvent_vessel(G, solvent)` | 根据溶剂名查找容器（精确→命名规则→模糊→液体类型） |
+| `find_reagent_vessel(G, reagent)` | 根据试剂名查找容器（支持固体和液体） |
+| `find_connected_stirrer(G, vessel)` | 查找与容器相连的搅拌器 |
+| `find_solid_dispenser(G)` | 查找固体加样器 |
+
+### 协议内专属查找函数
+
+许多协议在自己的文件内定义了专属的 `find_*` 函数（不在 `utils/` 中）。编写新协议时，优先复用 `utils/` 中的公共函数；如需特殊查找逻辑，在协议文件内部定义即可：
+
+```python
+def find_my_special_device(G: nx.DiGraph, vessel: str) -> str:
+    """查找与容器相关的特殊设备"""
+    for node in G.nodes():
+        if 'my_device_type' in G.nodes[node].get('class', '').lower():
+            return node
+    raise ValueError("未找到特殊设备")
+```
+
+### 复用已有协议
+
+复杂协议通常组合已有协议：
+
+```python
+from unilabos.compile.pump_protocol import generate_pump_protocol_with_rinsing
+
+actions.extend(generate_pump_protocol_with_rinsing(
+    G, from_vessel=solvent_vessel, to_vessel=vessel, volume=volume
+))
+```
+
+### 图查询模式
+
+```python
+# 查找与容器相连的特定类型设备
+for neighbor in G.neighbors(vessel_id):
+    node_data = G.nodes[neighbor]
+    if "heater" in node_data.get("class", ""):
+        heater_id = neighbor
+        break
+
+# 查找最短路径（泵转移）
+path = nx.shortest_path(G, source=from_vessel_id, target=to_vessel_id)
+```
+
+---
+
+## 第六步：注册协议生成函数
+
+在 `unilabos/compile/__init__.py` 中：
+
+1. 顶部添加导入：
+
+```python
+from .my_new_protocol import generate_my_new_protocol
+```
+
+2. 在 `action_protocol_generators` 字典中添加映射：
+
+```python
+action_protocol_generators = {
+    # ... 已有协议
+    MyNewProtocol: generate_my_new_protocol,
+}
+```
+
+---
+
+## 第七步：配置图文件
+
+在工作站的图文件中，将协议名加入 `protocol_type`：
+
+```json
+{
+    "id": "my_station",
+    "class": "workstation",
+    "config": {
+        "protocol_type": ["PumpTransferProtocol", "MyNewProtocol"]
+    }
+}
+```
+
+---
+
+## 第八步：验证
+
+```bash
+# 1. 模块可导入
+python -c "from unilabos.messages import MyNewProtocol; print(MyNewProtocol.model_fields)"
+
+# 2. 生成函数可导入
+python -c "from unilabos.compile import action_protocol_generators; print(list(action_protocol_generators.keys()))"
+
+# 3. 启动测试（可选）
+unilab -g <graph>.json --complete_registry
+```
+
+---
+
+## 工作流清单
+
+```
+协议接入进度：
+- [ ] 1. 确认协议名、参数、涉及设备
+- [ ] 2. 创建 .action 文件 (unilabos_msgs/action/<Name>.action)
+- [ ] 3. 注册到 CMakeLists.txt
+- [ ] 4. 创建 Pydantic 模型 (unilabos/messages/__init__.py) + 更新 __all__
+- [ ] 5. 实现生成函数 (unilabos/compile/<name>_protocol.py)
+- [ ] 6. 注册到 compile/__init__.py
+- [ ] 7. 配置图文件 protocol_type
+- [ ] 8. 验证
+```
+
+---
+
+## 高级模式
+
+实现复杂协议时，详见 [reference.md](reference.md)：协议运行时数据流、mock graph 测试模式、单位解析工具（`unit_parser.py`）、复杂协议组合模式（以 dissolve 为例）。
+
+---
+
+## 现有协议速查
+
+| 协议 | Pydantic 类 | 生成函数 | 核心参数 |
+|------|-------------|---------|---------|
+| 泵转移 | `PumpTransferProtocol` | `generate_pump_protocol_with_rinsing` | `from_vessel, to_vessel, volume` |
+| 简单转移 | `TransferProtocol` | `generate_pump_protocol` | `from_vessel, to_vessel, volume` |
+| 加样 | `AddProtocol` | `generate_add_protocol` | `vessel, reagent, volume` |
+| 过滤 | `FilterProtocol` | `generate_filter_protocol` | `vessel, filtrate_vessel` |
+| 溶解 | `DissolveProtocol` | `generate_dissolve_protocol` | `vessel, solvent, volume` |
+| 加热/冷却 | `HeatChillProtocol` | `generate_heat_chill_protocol` | `vessel, temp, time` |
+| 搅拌 | `StirProtocol` | `generate_stir_protocol` | `vessel, time` |
+| 分离 | `SeparateProtocol` | `generate_separate_protocol` | `from_vessel, separation_vessel, solvent` |
+| 蒸发 | `EvaporateProtocol` | `generate_evaporate_protocol` | `vessel, pressure, temp, time` |
+| 清洗 | `CleanProtocol` | `generate_clean_protocol` | `vessel, solvent, volume` |
+| 离心 | `CentrifugeProtocol` | `generate_centrifuge_protocol` | `vessel, speed, time` |
+| 抽气充气 | `EvacuateAndRefillProtocol` | `generate_evacuateandrefill_protocol` | `vessel, gas` |
--- a/.cursor/skills/add-protocol/reference.md
+++ b/.cursor/skills/add-protocol/reference.md
@@ -0,0 +1,207 @@
+# 协议高级参考
+
+本文件是 SKILL.md 的补充，包含协议运行时数据流、测试模式、单位解析工具和复杂协议组合模式。Agent 在需要实现这些功能时按需阅读。
+
+---
+
+## 1. 协议运行时数据流
+
+从图文件到协议执行的完整链路：
+
+```
+实验图 JSON
+    ↓  graphio.read_node_link_json()
+physical_setup_graph (NetworkX DiGraph)
+    ↓  ROS2WorkstationNode._setup_protocol_names(protocol_type)
+为每个 protocol_name 创建 ActionServer
+    ↓  收到 Action Goal
+_create_protocol_execute_callback()
+    ↓  convert_from_ros_msg_with_mapping(goal, mapping)
+protocol_kwargs (Python dict)
+    ↓  向 Host 查询 Resource 类型参数的当前状态
+protocol_kwargs 更新（vessel 带上 children、data 等）
+    ↓  protocol_steps_generator(G=physical_setup_graph, **protocol_kwargs)
+List[Dict] 动作序列
+    ↓  逐步 execute_single_action / 并行 create_task
+子设备 ActionClient 执行
+```
+
+### `_setup_protocol_names` 核心逻辑
+
+```python
+def _setup_protocol_names(self, protocol_type):
+    if isinstance(protocol_type, str):
+        self.protocol_names = [p.strip() for p in protocol_type.split(",")]
+    else:
+        self.protocol_names = protocol_type
+    self.protocol_action_mappings = {}
+    for protocol_name in self.protocol_names:
+        protocol_type = globals()[protocol_name]  # 从 messages 模块取 Pydantic 类
+        self.protocol_action_mappings[protocol_name] = get_action_type(protocol_type)
+```
+
+### `_create_protocol_execute_callback` 关键步骤
+
+1. `convert_from_ros_msg_with_mapping(goal, action_value_mapping["goal"])` — ROS Goal → Python dict
+2. 对 `Resource` 类型字段，通过 `resource_get` Service 查询 Host 的最新资源状态
+3. `protocol_steps_generator(G=physical_setup_graph, **protocol_kwargs)` — 调用编译函数
+4. 遍历 steps：`dict` 串行执行，`list` 并行执行
+5. `execute_single_action` 通过 `_action_clients[device_id]` 向子设备发送 Action Goal
+6. 执行完毕后通过 `resource_update` Service 更新资源状态
+
+---
+
+## 2. 测试模式
+
+### 2.1 协议文件内测试函数
+
+许多协议文件末尾有 `test_*` 函数，主要测试参数解析工具：
+
+```python
+def test_dissolve_protocol():
+    """测试溶解协议的各种参数解析"""
+    volumes = ["10 mL", "?", 10.0, "1 L", "500 μL"]
+    for vol in volumes:
+        result = parse_volume_input(vol)
+        print(f"体积解析: {vol} → {result}mL")
+
+    masses = ["2.9 g", "?", 2.5, "500 mg"]
+    for mass in masses:
+        result = parse_mass_input(mass)
+        print(f"质量解析: {mass} → {result}g")
+```
+
+### 2.2 使用 mock graph 测试协议生成器
+
+推荐的端到端测试模式：
+
+```python
+import pytest
+import networkx as nx
+from unilabos.compile.stir_protocol import generate_stir_protocol
+
+
+@pytest.fixture
+def topology_graph():
+    """创建测试拓扑图"""
+    G = nx.DiGraph()
+    G.add_node("flask_1", **{"class": "flask", "type": "container"})
+    G.add_node("stirrer_1", **{"class": "virtual_stirrer", "type": "device"})
+    G.add_edge("stirrer_1", "flask_1")
+    return G
+
+
+def test_generate_stir_protocol(topology_graph):
+    """测试搅拌协议生成"""
+    actions = generate_stir_protocol(
+        G=topology_graph,
+        vessel="flask_1",
+        time="5 min",
+        stir_speed=300.0
+    )
+    assert len(actions) >= 1
+    assert actions[0]["device_id"] == "stirrer_1"
+```
+
+**要点：**
+- 用 `nx.DiGraph()` 构建最小拓扑
+- `add_node(id, **attrs)` 设置 `class`、`type`、`data` 等
+- `add_edge(src, dst)` 建立物理连接
+- 协议内的 `find_*` 函数依赖这些节点和边
+
+---
+
+## 3. 单位解析工具
+
+路径：`unilabos/compile/utils/unit_parser.py`
+
+| 函数 | 输入 | 返回 | 默认值 |
+|------|------|------|--------|
+| `parse_volume_input(input, default_unit)` | `"100 mL"`, `"2.5 L"`, `"500 μL"`, `10.0`, `"?"` | mL (float) | 50.0 |
+| `parse_mass_input(input)` | `"19.3 g"`, `"500 mg"`, `2.5`, `"?"` | g (float) | 1.0 |
+| `parse_time_input(input)` | `"30 min"`, `"1 h"`, `"300"`, `60.0`, `"?"` | 秒 (float) | 60.0 |
+
+支持的单位：
+
+- **体积**: mL, L, μL/uL, milliliter, liter, microliter
+- **质量**: g, mg, kg, gram, milligram, kilogram
+- **时间**: s/sec/second, min/minute, h/hr/hour, d/day
+
+特殊值 `"?"`、`"unknown"`、`"tbd"` 返回默认值。
+
+---
+
+## 4. 复杂协议组合模式
+
+以 `dissolve_protocol` 为例，展示如何组合多个子操作：
+
+### 整体流程
+
+```
+1. 解析参数 (parse_volume_input, parse_mass_input, parse_time_input)
+2. 设备发现 (find_connected_heatchill, find_connected_stirrer, find_solid_dispenser)
+3. 判断溶解类型 (液体 vs 固体)
+4. 组合动作序列:
+   a. heat_chill_start / start_stir  (启动加热/搅拌)
+   b. wait                           (等待温度稳定)
+   c. pump_protocol_with_rinsing     (液体转移, 通过 extend 拼接)
+      或 add_solid                   (固体加样)
+   d. heat_chill / stir / wait       (溶解等待)
+   e. heat_chill_stop                (停止加热)
+```
+
+### 关键代码模式
+
+**设备发现 → 条件组合：**
+
+```python
+heatchill_id = find_connected_heatchill(G, vessel_id)
+stirrer_id = find_connected_stirrer(G, vessel_id)
+solid_dispenser_id = find_solid_dispenser(G)
+
+actions = []
+
+# 启动阶段
+if heatchill_id and temp > 25.0:
+    actions.append({
+        "device_id": heatchill_id,
+        "action_name": "heat_chill_start",
+        "action_kwargs": {"vessel": {"id": vessel_id}, "temp": temp}
+    })
+    actions.append({"action_name": "wait", "action_kwargs": {"time": 30}})
+elif stirrer_id:
+    actions.append({
+        "device_id": stirrer_id,
+        "action_name": "start_stir",
+        "action_kwargs": {"vessel": {"id": vessel_id}, "stir_speed": stir_speed}
+    })
+
+# 转移阶段（复用已有协议）
+pump_actions = generate_pump_protocol_with_rinsing(
+    G=G, from_vessel=solvent_vessel, to_vessel=vessel_id, volume=volume
+)
+actions.extend(pump_actions)
+
+# 等待阶段
+if heatchill_id:
+    actions.append({
+        "device_id": heatchill_id,
+        "action_name": "heat_chill",
+        "action_kwargs": {"vessel": {"id": vessel_id}, "temp": temp, "time": time}
+    })
+else:
+    actions.append({"action_name": "wait", "action_kwargs": {"time": time}})
+```
+
+---
+
+## 5. 关键路径
+
+| 内容 | 路径 |
+|------|------|
+| 协议执行回调 | `unilabos/ros/nodes/presets/workstation.py` |
+| ROS 消息映射 | `unilabos/ros/msgs/message_converter.py` |
+| 物理拓扑图 | `unilabos/resources/graphio.py` (`physical_setup_graph`) |
+| 单位解析 | `unilabos/compile/utils/unit_parser.py` |
+| 容器解析 | `unilabos/compile/utils/vessel_parser.py` |
+| 溶解协议（组合示例） | `unilabos/compile/dissolve_protocol.py` |