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反向实现设备 WebSocket 控制协议，提供单次命令与常驻长连接两种模式。
核心内容:
- robot-ctl.py 单次命令客户端，纯标准库无依赖
- robot-daemon.py 常驻守护进程，维持唯一长连接，
解决断开丢尾帧导致的速度残留
- rc.sh 向守护进程注入动作，内置 stable=1 硬锁
- docs/PROTOCOL.md 协议逆向与踩坑记录
- tests/fake-robot-ws.js 离线验证用假设备
实测标定 (50% 速度):
- 前进/后退 ~8 cm/s
- 左转/右转 ~35 deg/s
已知限制:
- 设备为 Arduino WebSocketsServer，纯单向，不回传状态
- 仅摇杆与跳跃有效，linear/angular/方向键无效
- 网页与脚本不可同时连接，会互相覆盖帧
182 lines
5.2 KiB
Markdown
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# 协议逆向笔记
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记录 WL-PRO 轮组机器人的通信协议，以及踩过的坑。内容全部来自实测，不是推测。
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## 设备识别
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WebSocket 握手响应头泄露了固件身份：
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HTTP/1.1 101 Switching Protocols
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Server: arduino-WebSocketsServer
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Upgrade: websocket
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Connection: Upgrade
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Sec-WebSocket-Version: 13
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Sec-WebSocket-Accept: ...
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```
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结论：固件基于 **Arduino WebSocketsServer** 库（ESP32 / Arduino 平台）。
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这个库的关键特性：**纯单向**。
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- 握手完成后不发送任何数据
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- 收到客户端帧后不返回任何 ack 或状态
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- 因此**永远无法确认动作是否执行**，只能靠肉眼观察
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## 端点
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| 用途 | 地址 |
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|---|---|
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| 遥控页 | `http://<device>/` |
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| 控制通道 | `ws://<device>:81/` |
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| WiFi 设置 | `http://<device>/wifi` |
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控制通道固定 **81 端口**，路径为 `/`。
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## 帧格式
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完整的 JSON 文本帧，每次发送必须包含全部字段：
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```json
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{
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"dir": "stop",
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"mode": "basic",
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"roll": 0,
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"height": 38,
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"linear": 0,
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"angular": 0,
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"stable": 1,
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"joy_x": 0,
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"joy_y": 50
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}
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```
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### 字段详解
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| 字段 | 范围 | 有效 | 说明 |
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|---|---|---|---|
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| `joy_y` | -100 ~ 100 | ✅ | 纵向摇杆。正值前进，负值后退 |
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| `joy_x` | -100 ~ 100 | ✅ | 横向摇杆。正值右转，负值左转 |
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| `dir` | 字符串 | ✅ 仅 `jump` | `jump` 触发跳跃；其余值（含 `forward`/`back`/`left`/`right`）**无效** |
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| `stable` | 0 / 1 | ✅ | 主动保持平衡开关。1 = 开启 |
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| `height` | 32 ~ 85 | ✅ | 站高，单位 mm |
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| `roll` | -30 ~ 30 | ❌ | 滑块存在但设备侧无响应 |
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| `linear` | -200 ~ 200 | ❌ | 单位 mm/s，设备侧无响应 |
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| `angular` | -100 ~ 100 | ❌ | 单位 °/s，设备侧无响应 |
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| `mode` | 字符串 | — | 固定 `basic` |
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**只有摇杆（`joy_x`/`joy_y`）、跳跃（`dir:"jump"`）、`stable`、`height` 真正生效。**
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`roll` / `linear` / `angular` 三个滑块在网页上有 UI，但拖动了机器人没反应——用户确认过，不要浪费时间试。
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## 为什么必须常驻连接
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这是本项目最重要的一条经验。
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### 现象
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早期实现是「每次命令新建连接 → 推几百毫秒帧 → 断开」。结果：
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```
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17:32 执行 joy_y=-60 持续 600ms，命令已退出
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17:36 用户报告「还在退」
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```
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**命令结束四分钟后，机器人还在移动。**
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### 原因
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设备对短连接的处理不可靠：客户端推完动作帧后立刻发 WebSocket close 帧，**归零帧可能随连接关闭一起丢失**，设备保留最后一次收到的速度值。
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设备是纯单向的，不会告诉我们它记住了什么。
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### 解法
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保持**单条长连接永不主动断开**：
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- 空闲时每 120ms 推一帧全零（`dir:"stop"`, `joy:0,0`），与网页空闲时的行为一致
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- 动作通过状态文件注入，带到期时间，到期自动归零
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- 断开前先补 12 帧零，再发 close
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`robot-daemon.py` 实现的就是这个模式。
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## 网页抢帧冲突
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网页里这个定时器是隐形杀手：
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```js
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setInterval(function () {
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send_data(); // dir 恒为 "stop"，joy_x/joy_y 取摇杆当前位置
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}, 150);
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```
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不动摇杆时摇杆自动回中，所以它**每 150ms 发一帧 `joy=0,0`**。
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如果网页和脚本同时连着设备，两个独立 WS 客户端的帧会交错：
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```
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脚本: joy_y = -60
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网页: joy_y = 0 ← 150ms 后
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脚本: joy_y = -60
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网页: joy_y = 0
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```
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设备收到的是来回跳变的矛盾指令，表现就是"几乎没动"或原地抖动。
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**结论：操作前必须关掉网页标签页**（关闭，不是最小化）。
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同理，网页的方向键是 `mousedown` 发一帧 `dir`、`mouseup` 发一帧 `stop`，中间还有 150ms 定时器插一帧 `stop`——**实际效果是 ≤150ms 的瞬间点动**，不是持续移动。
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早期我把 `dir:"forward"` 连推 1 秒（7 帧），等于连下 7 次动作指令不给停止，姿态控制被打乱，机器人直接摔倒。
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## 非线性响应
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速度与 `joy` 值不是线性的：
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| `joy` 绝对值 | 实测表现 |
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|---|---|
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| 20 | 几乎不动 |
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| 30 | 前进 3 秒变化很小 |
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| 50 | ≈ 8 cm/s（可用基准） |
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| 80 | 明显更快 |
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**低于约 50% 推进力不足**。标定表只在 50% 附近有效，换速度需重新标定。
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## 远程访问
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设备通常藏在局域网里。远程控制需要一条端口隧道：
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- frpc 客户端在局域网机器上
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- 代理类型必须选 **tcp**（`http`/`https` 是 frps 的虚拟主机模式，需要 `vhostHTTPPort`，通常没开）
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- `localIP` 必须填**设备真实 IP**，不能填 `127.0.0.1`（那是客户端自己）
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- `localPort` = 81，`remotePort` = 云服务器上已放行的端口
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云服务器安全组必须放行 `remotePort`。被 DROP 的端口表现为连接超时（不是拒绝），很容易误判成网络问题。
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## 调试技巧
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判断隧道是否真的打通，看 frps 的**出向流量**：
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in=579B / out=0B ← 后端没收到，或连错了对象
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in=2155B / out=964B ← 通了
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```
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`in` 是我们发出的字节，`out` 是设备返回的字节。纯单向设备握手后不再说话，但**握手响应本身**会让 `out` 增长。`out=0` 说明数据根本没到达设备。
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