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Uni-Lab-OS/.cursor/skills/add-workstation/SKILL.md
2026-03-06 16:54:31 +08:00

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name: add-workstation
description: Guide for adding new workstations to Uni-Lab-OS (接入新工作站). Walks through workstation type selection, sub-device composition, external system integration, driver creation, registry YAML, deck setup, and graph file configuration. Use when the user wants to add/integrate a new workstation, create a workstation driver, configure a station with sub-devices, set up deck and materials, or mentions 工作站/工站/station/workstation.
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# Uni-Lab-OS 工作站接入指南
工作站workstation是组合多个子设备的大型设备拥有独立的物料管理系统PLR Deck和工作流引擎。本指南覆盖从需求分析到验证的全流程。
> **前置知识**:工作站接入基于 `docs/ai_guides/add_device.md` 的通用设备接入框架,但有显著差异。阅读本指南前无需先读通用指南。
## 第一步:确定工作站类型
向用户确认以下信息:
**Q1: 工作站的业务场景?**
| 类型 | 基类 | 适用场景 | 示例 |
|------|------|----------|------|
| **Protocol 工作站** | `ProtocolNode` | 标准化学操作协议(过滤、转移、加热等) | FilterProtocolStation |
| **外部系统工作站** | `WorkstationBase` | 与外部 LIMS/MES 系统对接,有专属 API | BioyondStation |
| **硬件控制工作站** | `WorkstationBase` | 直接控制 PLC/硬件,无外部系统 | CoinCellAssembly |
**Q2: 工作站英文名称?**(如 `my_reaction_station`
**Q3: 与外部系统的交互方式?**
| 方式 | 适用场景 | 需要的配置 |
|------|----------|-----------|
| 无外部系统 | Protocol 工作站、纯硬件控制 | 无 |
| HTTP API | LIMS/MES 系统(如 Bioyond | `api_host`, `api_key` |
| Modbus TCP | PLC 控制 | `address`, `port` |
| OPC UA | 工业设备 | `url` |
**Q4: 子设备组成?**
- 列出所有子设备(如反应器、泵、阀、传感器等)
- 哪些是已有设备类型?哪些需要新增?
- 子设备之间的硬件代理关系(如泵通过串口设备通信)
**Q5: 物料管理需求?**
- 是否需要 Deck物料面板
- 物料类型plate、tip_rack、bottle 等)
- 是否需要与外部物料系统同步?
---
## 第二步:理解工作站架构
工作站与普通设备的核心差异:
| 维度 | 普通设备 | 工作站 |
|------|---------|--------|
| 基类 | 无(纯 Python 类) | `WorkstationBase``ProtocolNode` |
| ROS 节点 | `BaseROS2DeviceNode` | `ROS2WorkstationNode` |
| 状态管理 | `self.data` 字典 | 通常不用 `self.data`,用 `@property` 直接访问 |
| 子设备 | 无 | `children` 列表,通过 `self._children` 访问 |
| 物料 | 无 | `self.deck`PLR Deck |
| 图文件角色 | `parent: null``parent: "<station>"` | `parent: null`,含 `children``deck` |
### 继承体系
`WorkstationBase` (ABC) → `ProtocolNode` (通用协议) / `BioyondWorkstation` (→ ReactionStation, DispensingStation) / `CoinCellAssemblyWorkstation` (硬件控制)
### ROS 层
`ROS2WorkstationNode` 额外负责:初始化 children 子设备节点、为子设备创建 ActionClient、配置硬件代理、为 protocol_type 创建协议 ActionServer。
---
## 第三步:创建驱动文件
文件路径:`unilabos/devices/workstation/<station_name>/<station_name>.py`
### 模板 A基于外部系统的工作站
适用于与 LIMS/MES 等外部系统对接的场景。
```python
import logging
from typing import Dict, Any, Optional, List
from pylabrobot.resources import Deck
from unilabos.devices.workstation.workstation_base import WorkstationBase
try:
from unilabos.ros.nodes.presets.workstation import ROS2WorkstationNode
except ImportError:
ROS2WorkstationNode = None
class MyWorkstation(WorkstationBase):
"""工作站描述"""
_ros_node: "ROS2WorkstationNode"
def __init__(
self,
config: dict = None,
deck: Optional[Deck] = None,
protocol_type: list = None,
**kwargs,
):
super().__init__(deck=deck, **kwargs)
self.config = config or {}
self.logger = logging.getLogger(f"MyWorkstation")
# 外部系统连接配置
self.api_host = self.config.get("api_host", "")
self.api_key = self.config.get("api_key", "")
# 工作站业务状态(不同于 self.data 模式)
self._status = "Idle"
def post_init(self, ros_node: "ROS2WorkstationNode") -> None:
super().post_init(ros_node)
# 在这里启动后台服务、连接监控等
# ============ 子设备访问 ============
def _get_child_device(self, device_id: str):
"""通过 ID 获取子设备节点"""
return self._children.get(device_id)
# ============ 动作方法 ============
async def scheduler_start(self, **kwargs) -> Dict[str, Any]:
"""启动调度器"""
return {"success": True}
async def create_order(self, json_str: str, **kwargs) -> Dict[str, Any]:
"""创建工单"""
return {"success": True}
# ============ 属性 ============
@property
def workflow_sequence(self) -> str:
return "[]"
@property
def material_info(self) -> str:
return "{}"
```
### 模板 B基于硬件控制的工作站
适用于直接与 PLC/硬件通信的场景。
```python
import logging
from typing import Dict, Any, Optional
from pylabrobot.resources import Deck
from unilabos.devices.workstation.workstation_base import WorkstationBase
try:
from unilabos.ros.nodes.presets.workstation import ROS2WorkstationNode
except ImportError:
ROS2WorkstationNode = None
class MyHardwareWorkstation(WorkstationBase):
"""硬件控制工作站"""
_ros_node: "ROS2WorkstationNode"
def __init__(
self,
config: dict = None,
deck: Optional[Deck] = None,
address: str = "192.168.1.100",
port: str = "502",
debug_mode: bool = False,
*args,
**kwargs,
):
super().__init__(deck=deck, *args, **kwargs)
self.config = config or {}
self.address = address
self.port = int(port)
self.debug_mode = debug_mode
self.logger = logging.getLogger("MyHardwareWorkstation")
# 初始化通信客户端
if not debug_mode:
from unilabos.device_comms.modbus_plc.client import ModbusTcpClient
self.client = ModbusTcpClient(host=self.address, port=self.port)
else:
self.client = None
def post_init(self, ros_node: "ROS2WorkstationNode") -> None:
super().post_init(ros_node)
# ============ 硬件读写 ============
def _read_register(self, name: str):
"""读取 Modbus 寄存器"""
if self.debug_mode:
return 0
# 实际读取逻辑
pass
# ============ 动作方法 ============
async def start_process(self, **kwargs) -> Dict[str, Any]:
"""启动加工流程"""
return {"success": True}
async def stop_process(self, **kwargs) -> Dict[str, Any]:
"""停止加工流程"""
return {"success": True}
# ============ 属性(从硬件实时读取)============
@property
def sys_status(self) -> str:
return str(self._read_register("SYS_STATUS"))
```
### 模板 CProtocol 工作站
适用于标准化学操作协议的场景,直接使用 `ProtocolNode`
```python
from typing import List, Optional
from pylabrobot.resources import Resource as PLRResource
from unilabos.devices.workstation.workstation_base import ProtocolNode
class MyProtocolStation(ProtocolNode):
"""Protocol 工作站 — 使用标准化学操作协议"""
def __init__(
self,
protocol_type: List[str],
deck: Optional[PLRResource] = None,
*args,
**kwargs,
):
super().__init__(protocol_type=protocol_type, deck=deck, *args, **kwargs)
```
> Protocol 工作站通常不需要自定义驱动类,直接使用 `ProtocolNode` 并在注册表和图文件中配置 `protocol_type` 即可。
---
## 第四步:创建子设备驱动(如需要)
工作站的子设备本身是独立设备。按 `docs/ai_guides/add_device.md` 的标准流程创建。
子设备的关键约束:
- 在图文件中 `parent` 指向工作站 ID
- 图文件中在工作站的 `children` 数组里列出
- 如需硬件代理,在子设备的 `config.hardware_interface.name` 指向通信设备 ID
---
## 第五步:创建注册表 YAML
路径:`unilabos/registry/devices/<station_name>.yaml`
### 最小配置
```yaml
my_workstation:
category:
- workstation
class:
module: unilabos.devices.workstation.my_station.my_station:MyWorkstation
type: python
```
启动时 `--complete_registry` 自动补全 `status_types``action_value_mappings`
### 完整配置参考
```yaml
my_workstation:
description: "我的工作站"
version: "1.0.0"
category:
- workstation
- my_category
class:
module: unilabos.devices.workstation.my_station.my_station:MyWorkstation
type: python
status_types:
workflow_sequence: String
material_info: String
action_value_mappings:
scheduler_start:
type: UniLabJsonCommandAsync
goal: {}
result:
success: success
create_order:
type: UniLabJsonCommandAsync
goal:
json_str: json_str
result:
success: success
init_param_schema:
config:
type: object
deck:
type: object
protocol_type:
type: array
```
### 子设备注册表
子设备有独立的注册表文件,需要在 `category` 中包含工作站标识:
```yaml
my_reactor:
category:
- reactor
- my_workstation
class:
module: unilabos.devices.workstation.my_station.my_reactor:MyReactor
type: python
```
---
## 第六步:配置 Deck 资源(如需要)
如果工作站有物料管理需求,需要定义 Deck 类。
### 使用已有 Deck 类
查看 `unilabos/resources/` 目录下是否有适用的 Deck 类。
### 创建自定义 Deck
`unilabos/resources/<category>/decks.py` 中定义:
```python
from pylabrobot.resources import Deck
from pylabrobot.resources.coordinate import Coordinate
def MyStation_Deck(name: str = "MyStation_Deck") -> Deck:
deck = Deck(name=name, size_x=2700.0, size_y=1080.0, size_z=1500.0)
# 在 deck 上定义子资源位置carrier、plate 等)
return deck
```
`unilabos/resources/<category>/` 下注册或通过注册表引用。
---
## 第七步:配置图文件
图文件路径:`unilabos/test/experiments/<station_name>.json`
### 完整结构
```json
{
"nodes": [
{
"id": "my_station",
"name": "my_station",
"children": ["my_deck", "sub_device_1", "sub_device_2"],
"parent": null,
"type": "device",
"class": "my_workstation",
"position": {"x": 0, "y": 0, "z": 0},
"config": {
"api_host": "http://192.168.1.100:8080",
"api_key": "YOUR_KEY"
},
"deck": {
"data": {
"_resource_child_name": "my_deck",
"_resource_type": "unilabos.resources.my_module.decks:MyStation_Deck"
}
},
"size_x": 2700.0,
"size_y": 1080.0,
"size_z": 1500.0,
"protocol_type": [],
"data": {}
},
{
"id": "my_deck",
"name": "my_deck",
"children": [],
"parent": "my_station",
"type": "deck",
"class": "MyStation_Deck",
"position": {"x": 0, "y": 0, "z": 0},
"config": {
"type": "MyStation_Deck",
"setup": true,
"rotation": {"x": 0, "y": 0, "z": 0, "type": "Rotation"}
},
"data": {}
},
{
"id": "sub_device_1",
"name": "sub_device_1",
"children": [],
"parent": "my_station",
"type": "device",
"class": "sub_device_registry_name",
"position": {"x": 100, "y": 0, "z": 0},
"config": {},
"data": {}
}
]
}
```
### 图文件规则
| 字段 | 说明 |
|------|------|
| `id` | 节点唯一标识,与 `children` 数组中的引用一致 |
| `children` | 包含 deck ID 和所有子设备 ID |
| `parent` | 工作站节点为 `null`;子设备/deck 指向工作站 ID |
| `type` | 工作站和子设备为 `"device"`deck 为 `"deck"` |
| `class` | 对应注册表中的设备名 |
| `deck.data._resource_child_name` | 必须与 deck 节点的 `id` 一致 |
| `deck.data._resource_type` | Deck 工厂函数的完整 Python 路径 |
| `protocol_type` | Protocol 工作站填入协议名列表;否则为 `[]` |
| `config` | 传入驱动 `__init__``config` 参数 |
---
## 第八步:验证
```bash
# 1. 模块可导入
python -c "from unilabos.devices.workstation.<name>.<name> import <ClassName>"
# 2. 注册表补全
unilab -g <graph>.json --complete_registry
# 3. 启动测试
unilab -g <graph>.json
```
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## 高级模式
实现外部系统对接型工作站时,详见 [reference.md](reference.md)RPC 客户端、HTTP 回调服务、连接监控、Config 结构模式material_type_mappings / warehouse_mapping / workflow_mappings、ResourceSynchronizer、update_resource、工作流序列、站间物料转移、post_init 完整模式。
---
## 关键规则
1. **`__init__` 必须接受 `deck``**kwargs`** — `WorkstationBase.__init__` 需要 `deck` 参数
2. **通过 `self._children` 访问子设备** — 不要自行维护子设备引用
3. **`post_init` 中启动后台服务** — 不要在 `__init__` 中启动网络连接
4. **异步方法使用 `await self._ros_node.sleep()`** — 禁止 `time.sleep()``asyncio.sleep()`
5. **子设备在图文件中声明** — 不在驱动代码中创建子设备实例
6. **`deck` 配置中的 `_resource_child_name` 必须与 deck 节点 ID 一致**
7. **Protocol 工作站优先使用 `ProtocolNode`** — 不需要自定义类
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## 工作流清单
```
工作站接入进度:
- [ ] 1. 确定工作站类型Protocol / 外部系统 / 硬件控制)
- [ ] 2. 确认子设备组成和物料需求
- [ ] 3. 创建工作站驱动 unilabos/devices/workstation/<name>/<name>.py
- [ ] 4. 创建子设备驱动(如需要,按 add_device.md 流程)
- [ ] 5. 创建注册表 unilabos/registry/devices/<name>.yaml
- [ ] 6. 创建/选择 Deck 资源类(如需要)
- [ ] 7. 配置图文件 unilabos/test/experiments/<name>.json
- [ ] 8. 验证:可导入 + 注册表补全 + 启动测试
```
---
## 现有工作站参考
| 工作站 | 注册表名 | 驱动类 | 类型 |
|--------|----------|--------|------|
| Protocol 通用 | `workstation` | `ProtocolNode` | Protocol |
| Bioyond 反应站 | `reaction_station.bioyond` | `BioyondReactionStation` | 外部系统 |
| Bioyond 配液站 | `bioyond_dispensing_station` | `BioyondDispensingStation` | 外部系统 |
| 纽扣电池组装 | `coincellassemblyworkstation_device` | `CoinCellAssemblyWorkstation` | 硬件控制 |
### 参考文件路径
- 基类: `unilabos/devices/workstation/workstation_base.py`
- Bioyond 基类: `unilabos/devices/workstation/bioyond_studio/station.py`
- 反应站: `unilabos/devices/workstation/bioyond_studio/reaction_station/reaction_station.py`
- 配液站: `unilabos/devices/workstation/bioyond_studio/dispensing_station/dispensing_station.py`
- 纽扣电池: `unilabos/devices/workstation/coin_cell_assembly/coin_cell_assembly.py`
- ROS 节点: `unilabos/ros/nodes/presets/workstation.py`
- 图文件: `unilabos/test/experiments/reaction_station_bioyond.json`, `dispensing_station_bioyond.json`