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"""
フォースプレートデバイス制御クラス
"""
import threading
import time
from enum import IntEnum
from typing import Optional, Callable, List
from dataclasses import dataclass, field
import numpy as np
from ftdi_comm import FTDICommunication
from packet_parser import PacketParser, Range, Frequency, OutCh, EngCh, get_matome_for_frequency
class RmtStatus(IntEnum):
"""リモコンステータス"""
NO_DEVICE = 0 # 未接続
IDLE = 1 # 待機中
EXT = 2 # 外部トリガ待ち受け中
MEASURE = 3 # 測定中
ZERO = 4 # ゼロ調整中
LEVEL = 5 # レベルトリガ待受中
MEASURE_8CH = 6 # 測定中(8chモード)
MEASURE_12CH = 7 # 測定中(12chモード)
SLEEP = 8 # スリープ中
ERROR = 9 # エラー発生
class AmpStatus(IntEnum):
"""アンプステータス"""
NO_DEVICE = 0
INITIALIZE = 1
IDLE = 2
EXT = 3
MEASURE = 4
ZERO = 5
ERROR = 6
@dataclass
class AmpInfo:
"""アンプ情報"""
serial: int = 0
version: str = ""
status: AmpStatus = AmpStatus.NO_DEVICE
ch_count: int = 8
is_12ch_enable: bool = False
az0: float = 0.0 # センサ中心~FP上面 [m]
# フルスケール値 [range, ch]
fs: np.ndarray = None
def __post_init__(self):
if self.fs is None:
# デフォルトのフルスケール値
self.fs = np.array([
[1500, 1500, 3000, 300, 300, 200], # R3K
[3000, 3000, 6000, 600, 600, 400], # R6K
[5000, 5000, 10000, 1000, 1000, 600] # R10K
], dtype=np.float64)
@dataclass
class RmtInfo:
"""リモコン情報"""
serial: int = 0
version: str = ""
class ForcePlate:
"""フォースプレートデバイス制御クラス"""
# 定数
DEVICE_NAME = "FORCEPLATE CONTROLLER"
REPLY_TIMEOUT = 1.0 # 秒
CH_COUNT = 6
MAX_FP_COUNT = 20
MATOME_DEFAULT = 100
def __init__(self, log_callback: Optional[Callable[[str], None]] = None):
"""
初期化
Args:
log_callback: ログ出力コールバック関数
"""
self._comm = FTDICommunication()
self._parser = PacketParser()
self._status = RmtStatus.NO_DEVICE
self._rmt_info = RmtInfo()
self._amp_info: List[AmpInfo] = []
self._fp_count = 0
self._frequency = Frequency.F1000
self._range = Range.R3K
self._matome = self.MATOME_DEFAULT
self._log_callback = log_callback
# データバッファ
self._buffer_size = self.CH_COUNT * 2 * 10000 * 600 # 10分間分
self._data_buffer = bytearray(self._buffer_size)
self._read_ptr = 0
self._write_ptr = 0
self._data_count = 0
self._packet_size = 0
# スレッド関連
self._running = False
self._thread: Optional[threading.Thread] = None
self._lock = threading.Lock()
self._data_lock = threading.Lock()
# エラー情報
self._errors: List[str] = []
def _log(self, message: str):
"""ログ出力"""
if self._log_callback:
self._log_callback(message)
else:
print(f"[ForcePlate] {message}")
@property
def status(self) -> RmtStatus:
"""ステータス取得"""
return self._status
@property
def rmt_info(self) -> RmtInfo:
"""リモコン情報取得"""
return self._rmt_info
@property
def fp_count(self) -> int:
"""接続FP台数"""
return self._fp_count
@property
def frequency(self) -> Frequency:
"""測定周波数"""
return self._frequency
@property
def range(self) -> Range:
"""測定レンジ"""
return self._range
@property
def matome(self) -> int:
"""まとめ数"""
return self._matome
@property
def data_count(self) -> int:
"""取得済みデータ数"""
with self._data_lock:
return self._data_count
@property
def is_connected(self) -> bool:
"""接続状態"""
return self._status != RmtStatus.NO_DEVICE
def amp(self, index: int) -> Optional[AmpInfo]:
"""
アンプ情報取得
Args:
index: アンプインデックス
Returns:
AmpInfo: アンプ情報
"""
if 0 <= index < len(self._amp_info):
return self._amp_info[index]
return None
def list_devices(self) -> List[dict]:
"""
フォースプレートデバイスをリスト
Returns:
List[dict]: デバイス情報のリスト
"""
return self._comm.list_fp_devices()
def connect(self, device_index: int = 0) -> bool:
"""
デバイスに接続
Args:
device_index: デバイスインデックス
Returns:
bool: 成功時True
"""
if self.is_connected:
self._log("既に接続されています")
return True
self._log(f"デバイス {device_index} に接続中...")
# フォースプレートデバイスを探す
fp_devices = self._comm.list_fp_devices()
if not fp_devices:
self._log("フォースプレートデバイスが見つかりません")
self._status = RmtStatus.NO_DEVICE
return False
if device_index >= len(fp_devices):
self._log(f"デバイスインデックス {device_index} は範囲外です")
self._status = RmtStatus.NO_DEVICE
return False
# デバイスを開く
if not self._comm.open_device(fp_devices[device_index]['index']):
self._log("デバイスのオープンに失敗しました")
self._status = RmtStatus.NO_DEVICE
return False
# 初期化
time.sleep(0.5)
self._comm.clear_buffers()
# STOPコマンド送信(念のため)
self._send_command("STOP")
time.sleep(0.5)
self._comm.clear_buffers()
# パラメータ取得
if not self._get_all_parameters():
self._log("パラメータ取得に失敗しました")
self.disconnect()
return False
self._status = RmtStatus.IDLE
self._log(f"接続成功: {self.DEVICE_NAME} (Serial: {self._rmt_info.serial})")
return True
def disconnect(self):
"""デバイスを切断"""
if not self.is_connected:
return
self._log("切断中...")
# 測定停止
if self._status in [RmtStatus.MEASURE, RmtStatus.EXT, RmtStatus.LEVEL,
RmtStatus.MEASURE_8CH, RmtStatus.MEASURE_12CH]:
self.stop()
# スレッド停止
self._stop_thread()
# デバイス切断
self._comm.close_device()
self._status = RmtStatus.NO_DEVICE
self._fp_count = 0
self._amp_info = []
self._log("切断完了")
def start(self) -> bool:
"""
測定開始
Returns:
bool: 成功時True
"""
if self._status != RmtStatus.IDLE:
self._log(f"測定開始できません(現在のステータス: {self._status.name})")
return False
# データバッファクリア
with self._data_lock:
self._read_ptr = 0
self._write_ptr = 0
self._data_count = 0
# パケットサイズ計算
self._packet_size = self.CH_COUNT * 2 * self._matome * self._fp_count
# FTDIバッファクリア
self._comm.clear_buffers()
# STARTコマンド送信(応答なし)
if self._send_command("START"):
self._status = RmtStatus.MEASURE
self._start_thread()
self._log("測定開始")
return True
else:
self._log("STARTコマンド失敗")
return False
def stop(self) -> bool:
"""
測定停止
Returns:
bool: 成功時True
"""
if self._status not in [RmtStatus.MEASURE, RmtStatus.EXT, RmtStatus.LEVEL,
RmtStatus.MEASURE_8CH, RmtStatus.MEASURE_12CH]:
return True
# スレッド停止
self._stop_thread()
# STOPコマンド送信
self._send_command("STOP")
time.sleep(0.1)
self._comm.clear_buffers()
self._status = RmtStatus.IDLE
self._log("測定停止")
return True
def ext(self) -> bool:
"""
外部トリガ待ちに移行
Returns:
bool: 成功時True
"""
if self._status != RmtStatus.IDLE:
self._log(f"外部トリガ待ちに移行できません(現在のステータス: {self._status.name})")
return False
# データバッファクリア
with self._data_lock:
self._read_ptr = 0
self._write_ptr = 0
self._data_count = 0
# パケットサイズ計算
self._packet_size = self.CH_COUNT * 2 * self._matome * self._fp_count
# EXTコマンド送信(応答なし)
if self._send_command("EXT"):
self._status = RmtStatus.EXT
self._start_thread()
self._log("外部トリガ待ち開始")
return True
else:
self._log("EXTコマンド失敗")
return False
def level(self) -> bool:
"""
レベルトリガ待ちに移行
Returns:
bool: 成功時True
"""
if self._status != RmtStatus.IDLE:
self._log(f"レベルトリガ待ちに移行できません(現在のステータス: {self._status.name})")
return False
# データバッファクリア
with self._data_lock:
self._read_ptr = 0
self._write_ptr = 0
self._data_count = 0
# パケットサイズ計算
self._packet_size = self.CH_COUNT * 2 * self._matome * self._fp_count
# LEVELコマンド送信(応答なし)
if self._send_command("LEVEL"):
self._status = RmtStatus.LEVEL
self._start_thread()
self._log("レベルトリガ待ち開始")
return True
else:
self._log("LEVELコマンド失敗")
return False
def zero(self) -> bool:
"""
ゼロ調整(完了まで待機、タイムアウト10秒)
Returns:
bool: 成功時True
"""
if self._status != RmtStatus.IDLE:
self._log(f"ゼロ調整できません(現在のステータス: {self._status.name})")
return False
# ZEROコマンド送信(応答なし)
if not self._send_command("ZERO"):
self._log("ZEROコマンド失敗")
return False
self._status = RmtStatus.ZERO
self._log("ゼロ調整開始")
# FPにRX_OVERRUNが発生するのを防止するため待機
time.sleep(1.0)
# ステータスポーリングで完了を待つ(タイムアウト10秒)
timeout = 10.0
start_time = time.time()
while time.time() - start_time < timeout:
dev_status = self._get_device_status()
if dev_status is None:
time.sleep(0.1)
continue
if dev_status == RmtStatus.IDLE:
self._status = RmtStatus.IDLE
self._log("ゼロ調整完了")
return True
elif dev_status == RmtStatus.ERROR:
self._status = RmtStatus.ERROR
self._log("ゼロ調整エラー")
return False
time.sleep(0.1)
# タイムアウト
self._log("ゼロ調整タイムアウト")
self._status = RmtStatus.ERROR
return False
def get_data(self) -> Optional[np.ndarray]:
"""
測定データをAD値配列として取得
Returns:
np.ndarray: AD値配列 [fp_count, matome, channels]、データなしの場合None
"""
with self._data_lock:
if self._data_count == 0:
return None
# データ取得
data = bytes(self._data_buffer[self._read_ptr:self._read_ptr + self._packet_size])
if self._read_ptr + self._packet_size > self._buffer_size:
# ラップアラウンド処理
data = bytes(self._data_buffer[self._read_ptr:]) + \
bytes(self._data_buffer[:self._packet_size - (self._buffer_size - self._read_ptr)])
self._read_ptr = (self._read_ptr + self._packet_size) % self._buffer_size
self._data_count -= 1
# AD値に変換
return self._parser.bin_to_ad(data, self._matome, self._fp_count)
def ad_to_eng(self, ad_values: np.ndarray, fp_index: int = 0,
az: float = None, fz_limit: float = 10.0) -> np.ndarray:
"""
AD値を工学値に変換
Args:
ad_values: AD値配列 [matome, channels] または [fp_count, matome, channels]
fp_index: FPインデックス(単一FPの場合に使用)
az: FP上面~作用点までの距離(敷物の厚み)[mm](Noneの場合は0)
fz_limit: COP計算の荷重閾値 [N]
Returns:
np.ndarray: 工学値配列
"""
# センサ中心~作用点 = |az0|(センサ中心~FP上面)+ az(FP上面~作用点)
if fp_index < len(self._amp_info):
amp = self._amp_info[fp_index]
fs = amp.fs[self._range]
az0_mm = abs(amp.az0) * 1000 # m -> mm(絶対値)
else:
fs = np.array([1500, 1500, 3000, 300, 300, 200])
az0_mm = 0.0
if az is None:
az = 0.0
total_az = az0_mm + az
return self._parser.ad_to_eng(ad_values, self._range, fs, total_az, fz_limit)
def set_frequency(self, frequency: Frequency) -> bool:
"""
サンプリング周波数を設定
Args:
frequency: サンプリング周波数
"""
if self._status != RmtStatus.IDLE:
self._log("周波数設定はIdle状態でのみ可能です")
return False
freq_map = {
Frequency.F10000: "10K",
Frequency.F5000: "5K",
Frequency.F2500: "2.5K",
Frequency.F1000: "1K",
Frequency.F500: "500",
Frequency.F250: "250",
Frequency.F240: "240",
Frequency.F120: "120"
}
freq_str = freq_map.get(frequency, "1K")
if self._send_command_with_reply(f"SPS_{freq_str}"):
self._frequency = frequency
self._matome = get_matome_for_frequency(frequency)
self._log(f"周波数設定: {frequency.value}Hz, まとめ数: {self._matome}")
return True
return False
def set_range(self, range_val: Range) -> bool:
"""
測定レンジを設定
Args:
range_val: 測定レンジ
"""
if self._status != RmtStatus.IDLE:
self._log("レンジ設定はIdle状態でのみ可能です")
return False
# RANGEコマンドは応答なし
range_names = {Range.R3K: "3kN", Range.R6K: "6kN", Range.R10K: "10kN"}
if self._send_command(f"RANGE_{range_names[range_val]}"):
# FPにRX_OVERRUNが発生するのを防止するため待機
time.sleep(0.1)
self._range = range_val
self._parser.set_range(range_val)
self._log(f"レンジ設定: {range_names[range_val]}")
return True
return False
def discard_data(self):
"""データバッファをクリア"""
with self._data_lock:
self._read_ptr = 0
self._write_ptr = 0
self._data_count = 0
# ----- 内部メソッド -----
def _send_command(self, command: str) -> bool:
"""コマンド送信(終端文字: LFのみ)"""
with self._lock:
cmd = f"{command}\n".encode('ascii')
return self._comm.write_bytes(cmd)
def _send_command_with_reply(self, command: str, timeout: float = None) -> bool:
"""コマンド送信して応答を待つ"""
if timeout is None:
timeout = self.REPLY_TIMEOUT
with self._lock:
# バッファクリア
self._comm.clear_buffers()
# コマンド送信
cmd = f"{command}\n".encode('ascii')
if not self._comm.write_bytes(cmd):
return False
# 応答待ち
# 応答形式: コマンドの最初の部分_OK (例: SPS_1K → SPS_OK, RANGE_3K → RANGE_OK)
base_cmd = command.split("_")[0] # SPS_1K → SPS, RANGE_3K → RANGE
expected = f"{base_cmd}_OK"
response = self._wait_response(timeout)
if response and expected in response:
return True
else:
self._log(f"コマンド応答エラー: 期待={expected}, 受信={response}")
return False
def _wait_response(self, timeout: float = None) -> Optional[str]:
"""応答を待つ"""
if timeout is None:
timeout = self.REPLY_TIMEOUT
deadline = time.time() + timeout
buffer = bytearray()
while time.time() < deadline:
data = self._comm.read_available()
if data:
buffer.extend(data)
# 改行(LF)があれば応答として返す
if b'\n' in buffer:
pos = buffer.index(b'\n')
response = buffer[:pos].decode('ascii', errors='ignore').strip()
return response
time.sleep(0.001)
if buffer:
return buffer.decode('ascii', errors='ignore').strip()
return None
def _get_value(self, item: str) -> Optional[str]:
"""デバイスから値を取得"""
with self._lock:
# バッファクリア
self._comm.clear_buffers()
# コマンド送信
cmd = f"{item}\n".encode('ascii')
if not self._comm.write_bytes(cmd):
return None
# 応答待ち
response = self._wait_response()
if response is None:
return None
# 応答からプレフィックスを除去して値を取得
# FPコマンドの場合
if item.startswith("FP_"):
if "_GET_" in item:
# FP_0106_GET_AZ0 → 応答は AZ0_値
fp_item = item.split("_GET_")[1] # AZ0 など
prefix = f"{fp_item}_"
elif "_GETFS" in item:
# FP_0106_GETFS → 応答は FS_値1,値2,...
prefix = "FS_"
else:
# その他のFPコマンド
fp_item = item.split("_", 2)[2] # FP_0106_XXX → XXX
prefix = f"{fp_item}_"
else:
# 通常のコマンド: "コマンド名_値"
prefix = f"{item}_"
if response.startswith(prefix):
return response[len(prefix):]
# プレフィックスがない場合はそのまま返す
return response
def _wake_device(self, timeout: float = 20.0) -> bool:
"""
WAKEコマンドでデバイスを起動
Args:
timeout: タイムアウト秒数(デフォルト20秒)
Returns:
bool: 起動成功時True
"""
if not self._send_command("WAKE"):
self._log("WAKEコマンド送信失敗")
return False
# ステータスがIDLEになるまでポーリング
start_time = time.time()
while time.time() - start_time < timeout:
time.sleep(0.1)
dev_status = self._get_device_status()
if dev_status == RmtStatus.IDLE:
self._log("デバイス起動完了")
return True
self._log("デバイス起動タイムアウト")
return False
def _get_device_status(self) -> Optional[RmtStatus]:
"""デバイスからステータスを取得"""
with self._lock:
# バッファクリア
self._comm.clear_buffers()
# STATEコマンド送信
cmd = b"STATE\n"
if not self._comm.write_bytes(cmd):
return None
# 応答待ち
deadline = time.time() + self.REPLY_TIMEOUT
buffer = bytearray()
while time.time() < deadline:
data = self._comm.read_available()
if data:
buffer.extend(data)
if b'\r' in buffer or b'\n' in buffer:
break
time.sleep(0.001)
if not buffer:
return None
response = buffer.decode('ascii', errors='ignore').strip().upper()
# レスポンス解析
if response == "IDLE":
return RmtStatus.IDLE
elif response == "EXT":
return RmtStatus.EXT
elif response == "LEVEL":
return RmtStatus.LEVEL
elif response == "MEASURE":
return RmtStatus.MEASURE
elif response == "ZERO":
return RmtStatus.ZERO
elif response == "SLEEP":
return RmtStatus.SLEEP
elif response == "8AX":
return RmtStatus.MEASURE_8CH
elif response == "12AX":
return RmtStatus.MEASURE_12CH
elif "ERR" in response:
return RmtStatus.ERROR
return None
def _get_all_parameters(self) -> bool:
"""全パラメータ取得"""
# リモコンのステータス確認
dev_status = self._get_device_status()
if dev_status is None:
self._log("ステータス取得失敗")
# ステータス取得に失敗してもデフォルト値で続行
elif dev_status == RmtStatus.SLEEP:
# スリープ中の場合は起動
self._log("スリープ中のため起動します...")
if not self._wake_device(timeout=20.0):
self._log("デバイス起動失敗")
return False
elif dev_status not in [RmtStatus.IDLE]:
# IDLE以外の場合は停止
self._send_command("STOP")
time.sleep(0.5)
# リモコン情報取得
serial = self._get_value("SERIAL")
if serial:
try:
self._rmt_info.serial = int(serial)
except ValueError:
pass
version = self._get_value("VER")
if version:
self._rmt_info.version = version
# 周波数取得
freq = self._get_value("SPS")
if freq:
freq = freq.upper()
if freq == "10K":
self._frequency = Frequency.F10000
elif freq == "5K":
self._frequency = Frequency.F5000
elif freq == "2.5K":
self._frequency = Frequency.F2500
elif freq == "1K":
self._frequency = Frequency.F1000
elif freq == "500":
self._frequency = Frequency.F500
elif freq == "250":
self._frequency = Frequency.F250
elif freq == "240":
self._frequency = Frequency.F240
elif freq == "120":
self._frequency = Frequency.F120
self._matome = get_matome_for_frequency(self._frequency)
# レンジ取得
range_str = self._get_value("RANGE")
if range_str:
range_str = range_str.upper()
if "3K" in range_str:
self._range = Range.R3K
elif "6K" in range_str:
self._range = Range.R6K
elif "10K" in range_str:
self._range = Range.R10K
# FP台数取得
fp_count = self._get_value("FPCOUNT")
if fp_count:
try:
self._fp_count = int(fp_count)
except ValueError:
self._fp_count = 0
# 各FPの情報取得
self._amp_info = []
for i in range(self._fp_count):
amp = AmpInfo()
# シリアル番号(FPSERIAL_0 形式)
serial = self._get_value(f"FPSERIAL_{i}")
if serial:
try:
amp.serial = int(serial)
except ValueError:
pass
# シリアル番号が取得できたらFPから詳細パラメータを取得
if amp.serial > 0:
fp_prefix = f"FP_{amp.serial:04d}"
# az0(センサ中心~FP上面)
az0_val = self._get_value(f"{fp_prefix}_GET_AZ0")
if az0_val:
try:
amp.az0 = float(az0_val)
except ValueError:
pass
# フルスケール値(3レンジ×6ch = 18個、カンマ区切り)
fs_val = self._get_value(f"{fp_prefix}_GETFS")
if fs_val:
try:
fs_list = fs_val.split(",")
if len(fs_list) == 18:
for r in range(3): # R3K, R6K, R10K
for ch in range(6): # Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz
amp.fs[r, ch] = float(fs_list[ch + r * 6])
except (ValueError, IndexError):
pass
self._amp_info.append(amp)
# FP台数が取得できなかった場合はデフォルト1台
if self._fp_count == 0:
self._fp_count = 1
self._amp_info = [AmpInfo()]
return True
def _start_thread(self):
"""データ受信スレッド開始"""
if self._running:
return
self._running = True
self._thread = threading.Thread(target=self._receive_loop, daemon=True)
self._thread.start()
def _stop_thread(self):
"""データ受信スレッド停止"""
if not self._running:
return
self._running = False
if self._thread:
self._thread.join(timeout=2.0)
self._thread = None
def _receive_loop(self):
"""データ受信ループ(DTコマンドポーリング方式)"""
packet_size = self._packet_size
# 周波数に応じたタイムアウト設定
freq_timeout = {
Frequency.F10000: 0.2,
Frequency.F5000: 0.4,
Frequency.F2500: 0.8,
Frequency.F1000: 2.0,
Frequency.F500: 4.0,
Frequency.F250: 8.0,
Frequency.F240: 8.0,
Frequency.F120: 16.0
}
read_timeout = freq_timeout.get(self._frequency, 2.0)
recv_buffer = bytearray()
try:
is_first = True
while self._running:
# 最初以外はDTコマンドを送信(STARTで最初のデータは自動送信される)
if not is_first:
if not self._comm.write_bytes(b"DT\n"):
self._log("DTコマンド送信失敗")
break
# データ受信待ち
deadline = time.time() + read_timeout
while time.time() < deadline and self._running:
data = self._comm.read_available()
if data:
recv_buffer.extend(data)
# パケットサイズ分のデータが揃ったら処理
if len(recv_buffer) >= packet_size:
packet_data = bytes(recv_buffer[:packet_size])
recv_buffer = recv_buffer[packet_size:]
with self._data_lock:
# パケットをバッファに追加
for byte in packet_data:
self._data_buffer[self._write_ptr] = byte
self._write_ptr = (self._write_ptr + 1) % self._buffer_size
self._data_count += 1
is_first = False
break
time.sleep(0.001)
else:
if self._running:
self._log(f"データ受信タイムアウト")
except Exception as e:
self._log(f"受信スレッドエラー: {e}")
# テスト用コード
if __name__ == "__main__":
fp = ForcePlate()
# デバイスリスト表示
print("フォースプレートデバイス一覧:")
devices = fp.list_devices()
for dev in devices:
print(f" [{dev['index']}] Serial: {dev['serial']}")
# 接続テスト
# if devices:
# if fp.connect(0):
# print(f"\n接続成功:")
# print(f" Serial: {fp.rmt_info.serial}")
# print(f" Version: {fp.rmt_info.version}")
# print(f" FP Count: {fp.fp_count}")
# print(f" Frequency: {fp.frequency} Hz")
# print(f" Range: {fp.range}")
#
# fp.disconnect()