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Uni-Lab-OS/.cursor/skills/add-workstation/SKILL.md
2026-03-24 23:03:49 +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). Uses @device decorator + AST auto-scanning. Walks through workstation type, sub-device composition, driver creation, deck setup, and graph file. Use when the user wants to add a workstation, create a workstation driver, configure a station with sub-devices, 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和工作流引擎。使用 `@device` 装饰器注册AST 自动扫描生成注册表。
---
## 工作站类型
| 类型 | 基类 | 适用场景 |
| ------------------- | ----------------- | ---------------------------------- |
| **Protocol 工作站** | `ProtocolNode` | 标准化学操作协议(泵转移、过滤等) |
| **外部系统工作站** | `WorkstationBase` | 与外部 LIMS/MES 对接 |
| **硬件控制工作站** | `WorkstationBase` | 直接控制 PLC/硬件 |
---
## @device 装饰器(工作站)
工作站也使用 `@device` 装饰器注册,参数与普通设备一致:
```python
@device(
id="my_workstation", # 注册表唯一标识(必填)
category=["workstation"], # 分类标签
description="我的工作站",
)
```
如果一个工作站类支持多个具体变体,可使用 `ids` / `id_meta`,与设备的用法相同(参见 add-device SKILL
---
## 工作站驱动模板
### 模板 A基于外部系统的工作站
```python
import logging
from typing import Dict, Any, Optional
from pylabrobot.resources import Deck
from unilabos.registry.decorators import device, topic_config, not_action
from unilabos.devices.workstation.workstation_base import WorkstationBase
try:
from unilabos.ros.nodes.presets.workstation import ROS2WorkstationNode
except ImportError:
ROS2WorkstationNode = None
@device(id="my_workstation", category=["workstation"], description="我的工作站")
class MyWorkstation(WorkstationBase):
_ros_node: "ROS2WorkstationNode"
def __init__(self, config=None, deck=None, protocol_type=None, **kwargs):
super().__init__(deck=deck, **kwargs)
self.config = config or {}
self.logger = logging.getLogger("MyWorkstation")
self.api_host = self.config.get("api_host", "")
self._status = "Idle"
@not_action
def post_init(self, ros_node: "ROS2WorkstationNode"):
super().post_init(ros_node)
self._ros_node = ros_node
async def scheduler_start(self, **kwargs) -> Dict[str, Any]:
"""注册为工作站动作"""
return {"success": True}
async def create_order(self, json_str: str, **kwargs) -> Dict[str, Any]:
"""注册为工作站动作"""
return {"success": True}
@property
@topic_config()
def workflow_sequence(self) -> str:
return "[]"
@property
@topic_config()
def material_info(self) -> str:
return "{}"
```
### 模板 BProtocol 工作站
直接使用 `ProtocolNode`,通常不需要自定义驱动类:
```python
from unilabos.devices.workstation.workstation_base import ProtocolNode
```
在图文件中配置 `protocol_type` 即可。
---
## 子设备访问sub_devices
工站初始化子设备后,所有子设备实例存储在 `self._ros_node.sub_devices` 字典中key 为设备 idvalue 为 `ROS2DeviceNode` 实例)。工站的驱动类可以直接获取子设备实例来调用其方法:
```python
# 在工站驱动类的方法中访问子设备
sub = self._ros_node.sub_devices["pump_1"]
# .driver_instance — 子设备的驱动实例(即设备 Python 类的实例)
sub.driver_instance.some_method(arg1, arg2)
# .ros_node_instance — 子设备的 ROS2 节点实例
sub.ros_node_instance._action_value_mappings # 查看子设备支持的 action
```
**常见用法**
```python
class MyWorkstation(WorkstationBase):
def my_protocol(self, **kwargs):
# 获取子设备驱动实例
pump = self._ros_node.sub_devices["pump_1"].driver_instance
heater = self._ros_node.sub_devices["heater_1"].driver_instance
# 直接调用子设备方法
pump.aspirate(volume=100)
heater.set_temperature(80)
```
> 参考实现:`unilabos/devices/workstation/bioyond_studio/reaction_station/reaction_station.py` 中通过 `self._ros_node.sub_devices.get(reactor_id)` 获取子反应器实例并更新数据。
---
## 硬件通信接口hardware_interface
硬件控制型工作站通常需要通过串口Serial、Modbus 等通信协议控制多个子设备。Uni-Lab-OS 通过 **通信设备代理** 机制实现端口共享:一个串口只创建一个 `serial` 节点,多个子设备共享这个通信实例。
### 工作原理
`ROS2WorkstationNode` 初始化时分两轮遍历子设备(`workstation.py`
**第一轮 — 初始化所有子设备**:按 `children` 顺序调用 `initialize_device()`,通信设备(`serial_` / `io_` 开头的 id优先完成初始化创建 `serial.Serial()` 实例。其他子设备此时 `self.hardware_interface = "serial_pump"`(字符串)。
**第二轮 — 代理替换**:遍历所有已初始化的子设备,读取子设备的 `_hardware_interface` 配置:
```
hardware_interface = d.ros_node_instance._hardware_interface
# → {"name": "hardware_interface", "read": "send_command", "write": "send_command"}
```
1.`name` 字段对应的属性值:`name_value = getattr(driver, hardware_interface["name"])`
- 如果 `name_value` 是字符串且该字符串是某个子设备的 id → 触发代理替换
2. 从通信设备获取真正的 `read`/`write` 方法
3.`setattr(driver, read_method, _read)` 将通信设备的方法绑定到子设备上
因此:
- **通信设备 id 必须与子设备 config 中填的字符串完全一致**(如 `"serial_pump"`
- **通信设备 id 必须以 `serial_``io_` 开头**(否则第一轮不会被识别为通信设备)
- **通信设备必须在 `children` 列表中排在最前面**,确保先初始化
### HardwareInterface 参数说明
```python
from unilabos.registry.decorators import HardwareInterface
HardwareInterface(
name="hardware_interface", # __init__ 中接收通信实例的属性名
read="send_command", # 通信设备上暴露的读方法名
write="send_command", # 通信设备上暴露的写方法名
extra_info=["list_ports"], # 可选:额外暴露的方法
)
```
**`name` 字段的含义**:对应设备类 `__init__` 中,用于保存通信实例的**属性名**。系统据此知道要替换哪个属性。大部分设备直接用 `"hardware_interface"`,也可以自定义(如 `"io_device_port"`)。
### 示例 1name="hardware_interface"
```python
from unilabos.registry.decorators import device, HardwareInterface
@device(
id="my_pump",
category=["pump_and_valve"],
hardware_interface=HardwareInterface(
name="hardware_interface",
read="send_command",
write="send_command",
),
)
class MyPump:
def __init__(self, port=None, address="1", **kwargs):
# name="hardware_interface" → 系统替换 self.hardware_interface
self.hardware_interface = port # 初始为字符串 "serial_pump",启动后被替换为 Serial 实例
self.address = address
def send_command(self, command: str):
full_command = f"/{self.address}{command}\r\n"
self.hardware_interface.write(bytearray(full_command, "ascii"))
return self.hardware_interface.read_until(b"\n")
```
### 示例 2电磁阀name="io_device_port",自定义属性名)
```python
@device(
id="solenoid_valve",
category=["pump_and_valve"],
hardware_interface=HardwareInterface(
name="io_device_port", # 自定义属性名 → 系统替换 self.io_device_port
read="read_io_coil",
write="write_io_coil",
),
)
class SolenoidValve:
def __init__(self, io_device_port: str = None, **kwargs):
# name="io_device_port" → 图文件 config 中用 "io_device_port": "io_board_1"
self.io_device_port = io_device_port # 初始为字符串,系统替换为 Modbus 实例
```
### Serial 通信设备class="serial"
`serial` 是 Uni-Lab-OS 内置的通信代理设备,代码位于 `unilabos/ros/nodes/presets/serial_node.py`
```python
from serial import Serial, SerialException
from threading import Lock
class ROS2SerialNode(BaseROS2DeviceNode):
def __init__(self, device_id, registry_name, port: str, baudrate: int = 9600, **kwargs):
self.port = port
self.baudrate = baudrate
self._hardware_interface = {
"name": "hardware_interface",
"write": "send_command",
"read": "read_data",
}
self._query_lock = Lock()
self.hardware_interface = Serial(baudrate=baudrate, port=port)
BaseROS2DeviceNode.__init__(
self, driver_instance=self, registry_name=registry_name,
device_id=device_id, status_types={}, action_value_mappings={},
hardware_interface=self._hardware_interface, print_publish=False,
)
self.create_service(SerialCommand, "serialwrite", self.handle_serial_request)
def send_command(self, command: str):
with self._query_lock:
self.hardware_interface.write(bytearray(f"{command}\n", "ascii"))
return self.hardware_interface.read_until(b"\n").decode()
def read_data(self):
with self._query_lock:
return self.hardware_interface.read_until(b"\n").decode()
```
在图文件中使用 `"class": "serial"` 即可创建串口代理:
```json
{
"id": "serial_pump",
"class": "serial",
"parent": "my_station",
"config": { "port": "COM7", "baudrate": 9600 }
}
```
### 图文件配置
**通信设备必须在 `children` 列表中排在最前面**,确保先于其他子设备初始化:
```json
{
"nodes": [
{
"id": "my_station",
"class": "workstation",
"children": ["serial_pump", "pump_1", "pump_2"],
"config": { "protocol_type": ["PumpTransferProtocol"] }
},
{
"id": "serial_pump",
"class": "serial",
"parent": "my_station",
"config": { "port": "COM7", "baudrate": 9600 }
},
{
"id": "pump_1",
"class": "syringe_pump_with_valve.runze.SY03B-T08",
"parent": "my_station",
"config": { "port": "serial_pump", "address": "1", "max_volume": 25.0 }
},
{
"id": "pump_2",
"class": "syringe_pump_with_valve.runze.SY03B-T08",
"parent": "my_station",
"config": { "port": "serial_pump", "address": "2", "max_volume": 25.0 }
}
],
"links": [
{
"source": "pump_1",
"target": "serial_pump",
"type": "communication",
"port": { "pump_1": "port", "serial_pump": "port" }
},
{
"source": "pump_2",
"target": "serial_pump",
"type": "communication",
"port": { "pump_2": "port", "serial_pump": "port" }
}
]
}
```
### 通信协议速查
| 协议 | config 参数 | 依赖包 | 通信设备 class |
| -------------------- | ------------------------------ | ---------- | -------------------------- |
| Serial (RS232/RS485) | `port`, `baudrate` | `pyserial` | `serial` |
| Modbus RTU | `port`, `baudrate`, `slave_id` | `pymodbus` | `device_comms/modbus_plc/` |
| Modbus TCP | `host`, `port`, `slave_id` | `pymodbus` | `device_comms/modbus_plc/` |
| TCP Socket | `host`, `port` | stdlib | 自定义 |
| HTTP API | `url`, `token` | `requests` | `device_comms/rpc.py` |
参考实现:`unilabos/test/experiments/Grignard_flow_batchreact_single_pumpvalve.json`
---
## Deck 与物料生命周期
### 1. Deck 入参与两种初始化模式
系统根据设备节点 `config.deck` 的写法,自动反序列化 Deck 实例后传入 `__init__``deck` 参数。目前 `deck` 是固定字段名,只支持一个主 Deck。建议一个设备拥有一个台面台面上抽象二级、三级子物料。
有两种初始化模式:
#### init 初始化(推荐)
`config.deck` 直接包含 `_resource_type` + `_resource_child_name`,系统先用 Deck 节点的 `config` 调用 Deck 类的 `__init__` 反序列化,再将实例传入设备的 `deck` 参数。子物料随 Deck 的 `children` 一起反序列化。
```json
"config": {
"deck": {
"_resource_type": "unilabos.devices.liquid_handling.prcxi.prcxi:PRCXI9300Deck",
"_resource_child_name": "PRCXI_Deck"
}
}
```
#### deserialize 初始化
`config.deck``data` 包裹一层,系统走 `deserialize` 路径,可传入更多参数(如 `allow_marshal` 等):
```json
"config": {
"deck": {
"data": {
"_resource_child_name": "YB_Bioyond_Deck",
"_resource_type": "unilabos.resources.bioyond.decks:BIOYOND_YB_Deck"
}
}
}
```
没有特殊需求时推荐 init 初始化。
#### config.deck 字段说明
| 字段 | 说明 |
|------|------|
| `_resource_type` | Deck 类的完整模块路径(`module:ClassName` |
| `_resource_child_name` | 对应图文件中 Deck 节点的 `id`,建立父子关联 |
#### 设备 __init__ 接收
```python
def __init__(self, config=None, deck=None, protocol_type=None, **kwargs):
super().__init__(deck=deck, **kwargs)
# deck 已经是反序列化后的 Deck 实例
# → PRCXI9300Deck / BIOYOND_YB_Deck 等
```
#### Deck 节点(图文件中)
Deck 节点作为设备的 `children` 之一,`parent` 指向设备 id
```json
{
"id": "PRCXI_Deck",
"parent": "PRCXI",
"type": "deck",
"class": "",
"children": [],
"config": {
"type": "PRCXI9300Deck",
"size_x": 542, "size_y": 374, "size_z": 0,
"category": "deck",
"sites": [...]
},
"data": {}
}
```
- `config` 中的字段会传入 Deck 类的 `__init__`(因此 `__init__` 必须能接受所有 `serialize()` 输出的字段)
- `children` 初始为空时,由同步器或手动初始化填充
- `config.type` 填 Deck 类名
### 2. Deck 为空时自行初始化
如果 Deck 节点的 `children` 为空,工作站需在 `post_init` 或首次同步时自行初始化内容:
```python
@not_action
def post_init(self, ros_node):
super().post_init(ros_node)
if self.deck and not self.deck.children:
self._initialize_default_deck()
def _initialize_default_deck(self):
from my_labware import My_TipRack, My_Plate
self.deck.assign_child_resource(My_TipRack("T1"), spot=0)
self.deck.assign_child_resource(My_Plate("T2"), spot=1)
```
### 3. 物料双向同步
当工作站对接外部系统LIMS/MES需要实现 `ResourceSynchronizer` 处理双向物料同步:
```python
from unilabos.devices.workstation.workstation_base import ResourceSynchronizer
class MyResourceSynchronizer(ResourceSynchronizer):
def sync_from_external(self) -> bool:
"""从外部系统同步到 self.workstation.deck"""
external_data = self._query_external_materials()
# 以外部工站为准:根据外部数据反向创建 PLR 资源实例
for item in external_data:
cls = self._resolve_resource_class(item["type"])
resource = cls(name=item["name"], **item["params"])
self.workstation.deck.assign_child_resource(resource, spot=item["slot"])
return True
def sync_to_external(self, resource) -> bool:
"""将 UniLab 侧物料变更同步到外部系统"""
# 以 UniLab 为准:将 PLR 资源转为外部格式并推送
external_format = self._convert_to_external(resource)
return self._push_to_external(external_format)
def handle_external_change(self, change_info) -> bool:
"""处理外部系统主动推送的变更"""
return True
```
同步策略取决于业务场景:
- **以外部工站为准**:从外部 API 查询物料数据,反向创建对应的 PLR 资源实例放到 Deck 上
- **以 UniLab 为准**UniLab 侧的物料变更通过 `sync_to_external` 推送到外部系统
在工作站 `post_init` 中初始化同步器:
```python
@not_action
def post_init(self, ros_node):
super().post_init(ros_node)
self.resource_synchronizer = MyResourceSynchronizer(self)
self.resource_synchronizer.sync_from_external()
```
### 4. 序列化与持久化serialize / serialize_state
资源类需正确实现序列化,系统据此完成持久化和前端同步。
**`serialize()`** — 输出资源的结构信息(`config` 层),反序列化时作为 `__init__` 的入参回传。因此 **`__init__` 必须通过 `**kwargs`接受`serialize()` 输出的所有字段\*\*,即使当前不使用:
```python
class MyDeck(Deck):
def __init__(self, name, size_x, size_y, size_z,
sites=None, # serialize() 输出的字段
rotation=None, # serialize() 输出的字段
barcode=None, # serialize() 输出的字段
**kwargs): # 兜底:接受所有未知的 serialize 字段
super().__init__(size_x, size_y, size_z, name)
# ...
def serialize(self) -> dict:
data = super().serialize()
data["sites"] = [...] # 自定义字段
return data
```
**`serialize_state()`** — 输出资源的运行时状态(`data` 层),用于持久化可变信息。`data` 中的内容会被正确保存和恢复:
```python
class MyPlate(Plate):
def __init__(self, name, size_x, size_y, size_z,
material_info=None, **kwargs):
super().__init__(name, size_x, size_y, size_z, **kwargs)
self._unilabos_state = {}
if material_info:
self._unilabos_state["Material"] = material_info
def serialize_state(self) -> Dict[str, Any]:
data = super().serialize_state()
data.update(self._unilabos_state)
return data
```
关键要点:
- `serialize()` 输出的所有字段都会作为 `config` 回传到 `__init__`,所以 `__init__` 必须能接受它们(显式声明或 `**kwargs`
- `serialize_state()` 输出的 `data` 用于持久化运行时状态(如物料信息、液体量等)
- `_unilabos_state` 中只存可 JSON 序列化的基本类型str, int, float, bool, list, dict, None
### 5. 子物料自动同步
子物料Bottle、Plate、TipRack 等)放到 Deck 上后,系统会自动将其同步到前端的 Deck 视图。只需保证资源类正确实现了 `serialize()` / `serialize_state()` 和反序列化即可。
### 6. 图文件配置(参考 prcxi_9320_slim.json
```json
{
"nodes": [
{
"id": "my_station",
"type": "device",
"class": "my_workstation",
"config": {
"deck": {
"_resource_type": "unilabos.resources.my_module:MyDeck",
"_resource_child_name": "my_deck"
},
"host": "10.20.30.1",
"port": 9999
}
},
{
"id": "my_deck",
"parent": "my_station",
"type": "deck",
"class": "",
"children": [],
"config": {
"type": "MyLabDeck",
"size_x": 542,
"size_y": 374,
"size_z": 0,
"category": "deck",
"sites": [
{
"label": "T1",
"visible": true,
"occupied_by": null,
"position": { "x": 0, "y": 0, "z": 0 },
"size": { "width": 128.0, "height": 86, "depth": 0 },
"content_type": ["plate", "tip_rack", "tube_rack", "adaptor"]
}
]
},
"data": {}
}
],
"edges": []
}
```
Deck 节点要点:
- `config.type` 填 Deck 类名(如 `"PRCXI9300Deck"`
- `config.sites` 完整列出所有 site从 Deck 类的 `serialize()` 输出获取)
- `children` 初始为空(由同步器或手动初始化填充)
- 设备节点 `config.deck._resource_type` 指向 Deck 类的完整模块路径
---
## 子设备
子设备按标准设备接入流程创建(参见 add-device SKILL使用 `@device` 装饰器。
子设备约束:
- 图文件中 `parent` 指向工作站 ID
- 在工作站 `children` 数组中列出
---
## 关键规则
1. **`__init__` 必须接受 `deck``**kwargs`** — `WorkstationBase.**init**`需要`deck` 参数
2. **Deck 通过 `config.deck._resource_type` 反序列化传入** — 不要在 `__init__` 中手动创建 Deck
3. **Deck 为空时自行初始化内容** — 在 `post_init` 中检查并填充默认物料
4. **外部同步实现 `ResourceSynchronizer`**`sync_from_external` / `sync_to_external`
5. **通过 `self._children` 访问子设备** — 不要自行维护子设备引用
6. **`post_init` 中启动后台服务** — 不要在 `__init__` 中启动网络连接
7. **异步方法使用 `await self._ros_node.sleep()`** — 禁止 `time.sleep()``asyncio.sleep()`
8. **使用 `@not_action` 标记非动作方法**`post_init`, `initialize`, `cleanup`
9. **子物料保证正确 serialize/deserialize** — 系统自动同步到前端 Deck 视图
---
## 验证
```bash
# 模块可导入
python -c "from unilabos.devices.workstation.<name>.<name> import <ClassName>"
# 启动测试AST 自动扫描)
unilab -g <graph>.json
```
---
## 现有工作站参考
| 工作站 | 驱动类 | 类型 |
| -------------- | ----------------------------- | -------- |
| Protocol 通用 | `ProtocolNode` | Protocol |
| Bioyond 反应站 | `BioyondReactionStation` | 外部系统 |
| 纽扣电池组装 | `CoinCellAssemblyWorkstation` | 硬件控制 |
参考路径:`unilabos/devices/workstation/` 目录下各工作站实现。