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# Motrix Environments (Motrix_envs)
motrix Environments 是一个基于 MotrixSim 仿真后端的强化学习环境库,提供了与具体 RL 框架无关的仿真环境定义。该模块设计上支持多种仿真后端,目前主要实现了 MotrixSim 的 NumPy 后端。
## 📁 项目结构
```
motrix_envs/
├── base.py # 基础抽象类和配置
├── registry.py # 环境注册系统
├── np/ # NumPy 仿真后端实现
│ ├── env.py # NumPy 环境基类
│ ├── renderer.py # 渲染器
│ └── reward.py # 奖励函数
├── basic/ # 基础环境
│ ├── cartpole/ # 倒立摆环境
│ └── walker/ # 步行者环境
├── locomotion/ # 运动控制环境
│ └── go1/ # GO1 机器人
│ ├── xmls/ # 机器人模型文件
│ ├── walk_np.py # GO1 行走实现
│ └── cfg.py # GO1 配置
└── common/ # 公共组件
```
## 🎯 内置环境
| 环境名称 | 注册标识符 | 后端 | 类型 | 描述 |
| ---------------- | ----------------------- | ---- | ---------- | ----------------------------- |
| **倒立摆** | `cartpole` | np | Basic | 经典控制任务,保持杆子平衡 |
| **步行者** | `walker` | np | Basic | 平面双足步行机器人控制 |
| **GO1 平地行走** | `go1-flat-terrain-walk` | np | Locomotion | 四足机器人 GO1 的平地行走任务 |
### 详细说明
#### 1. CartPole (倒立摆) - `cartpole`
- **观测空间 (4 维)**:
- `cart_pos`: 小车位置 [-0.8, 0.8]
- `pole_angle`: 杆子角度 [-0.2, 0.2]
- `cart_vel`: 小车速度
- `pole_vel`: 杆子角速度
- **动作空间 (1 维)**: 推力 `[-3.0, 3.0]`
- **奖励**: 每步 +1.0
- **终止条件**: 杆子角度 > 0.2 弧度 或 小车位置超出边界
- **配置参数**: `reset_noise_scale=0.01`
#### 2. GO1 平地行走 - `go1-flat-terrain-walk`
- **观测空间 (48 维)**: 包含关节位置、速度、IMU 数据、命令等
- **动作空间 (12 维)**: 12 个关节的目标角度控制
- **奖励组件**:
- `tracking_lin_vel`: 线速度跟踪 (权重: 1.0)
- `tracking_ang_vel`: 角速度跟踪 (权重: 0.5)
- `feet_air_time`: 足部空中时间 (权重: 1.0)
- `collision`: 碰撞惩罚 (权重: -1.0)
- `action_rate`: 动作变化率惩罚 (权重: -0.001)
- **控制参数**: 刚度 80.0 Nm/rad, 阻尼 1.0 Nms/rad
- **噪声模型**: 关节角度、速度、陀螺仪等多种传感器噪声
## 🛠️ 自定义环境
### 开发步骤
#### 1. 定义环境配置类
```python
from dataclasses import dataclass
from motrix_envs import registry
from motrix_envs.base import EnvCfg
@registry.envcfg("my-custom-env")
@dataclass
class MyEnvCfg(EnvCfg):
"""自定义环境配置"""
# 继承基础配置
reset_noise_scale: float = 0.01
max_episode_seconds: float = 10.0
# 添加自定义参数
custom_param_1: float = 1.0
custom_param_2: str = "default_value"
enable_feature_x: bool = True
```
#### 2. 实现环境类
```python
import gymnasium as gym
import numpy as np
from motrix_envs import registry
from motrix_envs.np.env import NpEnv, NpEnvState
@registry.env("my-custom-env", "np")
class MyCustomEnv(NpEnv):
"""自定义环境实现"""
def __init__(self, cfg: MyEnvCfg, num_envs: int = 1):
super().__init__(cfg, num_envs=num_envs)
@property
def observation_space(self):
"""返回观测空间"""
raise NotImplementedError
@property
def action_space(self):
"""返回动作空间"""
raise NotImplementedError
def apply_action(self, actions: np.ndarray, state: NpEnvState):
"""将actions应用到环境状态"""
raise NotImplementedError
return state
def update_state(self, state: NpEnvState):
"""更新环境状态,计算观测、奖励、终止条件"""
# 提取仿真数据
data = state.data
# 计算观测
obs = self._compute_observation(data)
# 计算奖励
reward = self._compute_reward(data, obs)
# 检查终止条件
terminated = self._check_termination(data, obs)
# 更新状态
state.obs = obs
state.reward = reward
state.terminated = terminated
return state
def reset(self, data: mtx.SceneData) -> tuple[np.ndarray, dict]:
"""
重置环境
参数:
data: motrixsim 场景数据对象,仅包含需要重置的环境实例
返回:
obs: 重置后场景的初始观测
info: 额外信息
"""
raise NotImplementedError
```
#### 3. 注册和使用环境
```python
# 确保导入了环境模块,触发注册
import motrix_envs.basic.my_custom_env # noqa: F401
from motrix_envs import registry
# 创建环境实例
env = registry.make(
name="my-custom-env",
sim_backend="np",
num_envs=256,
env_cfg_override={
"custom_param_1": 2.0,
"reset_noise_scale": 0.02
}
)
# 使用环境
for step in range(1000):
actions = sample_actions_somehow()
state = env.step(actions)
```