[足式机器人]Part4 南科大高等机器人控制课 CH12 Robotic Motion Control
本文仅供学习使用
本文参考:
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笔者带更新-运动学
课程主讲教师:
Prof. Wei Zhang
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https://www.wzhanglab.site/teaching/mee-5114-advanced-control-for-robotics/
南科大高等机器人控制课 Ch12 Robotic Motion Control
- 1. Basic Linear Control Design
- 1.1 Error Response
- 1.2 Standard Second-Order Systems
- 1.3 Second-Order Response Characteristics
- 1.4 State-Space Controller Design
- 2. Motion Control Problems
- 2.1 Robotic Motion Control Problem
- 2.2 Variations in Robot Motion Control
- 3. Motion Control with Velocity/Acceleration as Input
- 3.1 Velocity-Resolved Control
- 3.2.1 Velocity-Resolved Joint Space Control
- 3.2.2 Velocity-Resolved Task Space Control
- 3.2 Acceleration-Resolved Control
- 3.2.1 Acceleration-Resolved Control in Joint Space
- 3.2.2 Acceleration-Resolved Control in Task Space
- 4. Motion Control with Torque as Input and Task Space Inverse Dynamics
- 4.1 Recall Properties of Robot Dynamics
- 4.2 Computed Torque Control
- 4.3 Inverse Dynamics Control
机器人——运动能力、计算能力、感知决策能力 的机电系统
1. Basic Linear Control Design
1.1 Error Response
Steady-state error : e s s = lim t → ∞ θ e ( t ) e_{\mathrm{ss}}=\underset{t\rightarrow \infty}{\lim}\theta _{\mathrm{e}}\left( t \right) ess=t→∞limθe(t)
Precent overshoot : P.O.
Rise time / Peak time :
Settling time : T s T_{\mathrm{s}} Ts
1.2 Standard Second-Order Systems
详细推导见 : (待补充)
1.3 Second-Order Response Characteristics
详细推导见 : (待补充)
1.4 State-Space Controller Design
- Eigenvalue assignment : Find control gain K K K such that e i g ( A − B K ) = e i g d e s i r e d eig\left( A-BK \right) =eig_{\mathrm{desired}} eig(A−BK)=eigdesired
- Solvability : We can always find such K K K if ( A , B ) \left( A,B \right) (A,B) is controllable ( r a n k ( m c ) = n rank\left( m_{\mathrm{c}} \right) =n rank(mc)=n)
- How to choose desired eigs? —— refer to 2nd-order system
specification (P.O. T s T_{\mathrm{s}} Ts T p T_{\mathrm{p}} Tp) ⇒ a r t \overset{art}{\Rightarrow} ⇒art dominant poles + other poles ⇒ \Rightarrow ⇒ e i g d e s i r e d eig_{\mathrm{desired}} eigdesired ⇒ s c i e n c e \overset{science}{\Rightarrow} ⇒science K K K
2. Motion Control Problems
2.1 Robotic Motion Control Problem
Dynamic equation of fully-acuated robot (with external force) : { τ = M ( q ) q ¨ + c ( q , q ˙ ) q ˙ + g ( q ) + J T ( q ) F e x t y = h ( q ) \begin{cases} \tau =M\left( q \right) \ddot{q}+c\left( q,\dot{q} \right) \dot{q}+g\left( q \right) +J^{\mathrm{T}}\left( q \right) \mathcal{F} _{\mathrm{ext}}\\ y=h\left( q \right)\\ \end{cases} {τ=M(q)q¨+c(q,q˙)q˙+g(q)+JT(q)Fexty=h(q)
q ∈ R n q\in \mathbb{R} ^n q∈Rn : joint positions (generalized coordinate)
τ ∈ R n \tau \in \mathbb{R} ^n τ∈Rn : joint torque (generalized input)
y y y : output (variable to be controlled) —— can be any func of q q q , e.g. y = q , y = [ T ( q ) ] ∈ S E ( 3 ) y=q,y=\left[ T\left( q \right) \right] \in SE\left( 3 \right) y=q,y=[T(q)]∈SE(3)
- Motion Control Problems : Let y y y track given reference y d y_{\mathrm{d}} yd
often times q d q_{\mathrm{d}} qd is given by planner represented by polynomials , so that q ˙ d , q ¨ d \dot{q}_{\mathrm{d}},\ddot{q}_{\mathrm{d}} q˙d,q¨d can be easily obtained
2.2 Variations in Robot Motion Control
-
Joint-space vs. Task-space control
Joint-space : y ( t ) = q ( t ) y\left( t \right) =q\left( t \right) y(t)=q(t) , i.e. , want q ( t ) q\left( t \right) q(t) to track a given q d ( t ) q_{\mathrm{d}}\left( t \right) qd(t) joint reference
Task-space : y ( t ) = [ T ( q ( t ) ) ] ∈ S E ( 3 ) y\left( t \right) =\left[ T\left( q\left( t \right) \right) \right] \in SE\left( 3 \right) y(t)=[T(q(t))]∈SE(3) denotes end-effector pose/configuration, we want y ( t ) y\left( t \right) y(t) to track y d ( t ) y_{\mathrm{d}}\left( t \right) yd(t) -
Actuation models:
Velocity source : u = q ˙ u=\dot{q} u=q˙ —— directly control velocity
Acceleration sources : u = q ¨ u=\ddot{q} u=q¨ —— directly control acceleration
Torque sources : u = τ u=\tau u=τ —— directly control torque
Acutation model make sense if for ant given u u u , the joint velocity q ˙ \dot{q} q˙ can immediatly reach u u u
Motion Control Problem
Design u u u to set y y y track desired reference y d y_{\mathrm{d}} yd
- Depending on our assumption on u / y u/y u/y
output y y y —— 6大基本问题
y ↔ q ∈ R n y\leftrightarrow q\in \mathbb{R} ^n y↔q∈Rn - joint variable : Joint space motion control (Velocity-resolved Joint-space control ; Acceleration-resolved Joint-space control ; Torque-resolved Joint-space control ; )
y ↔ [ T ( q ) ] ∈ S E ( 3 ) y\leftrightarrow \left[ T\left( q \right) \right] \in SE\left( 3 \right) y↔[T(q)]∈SE(3) or y = f ( q ) y=f\left( q \right) y=f(q) - task space variable - e.g. origin of end-effector frame : Task space motion control (Velocity-resolved Task-space ; Acceleration-resolved Task-space ; Torque-resolved Task-space ; )
Linear control / feedback lineariazation
3. Motion Control with Velocity/Acceleration as Input
3.1 Velocity-Resolved Control
Each joints’ velocity q ˙ i \dot{q}_{\mathrm{i}} q˙i can be directly controlled
Good approximation for hydraulic actuators
Common approxiamtion of the outer-loop control for the Inner / outer loop control setup
3.2.1 Velocity-Resolved Joint Space Control
Joint-space ‘dynamics’ : single integrator q ˙ = u \dot{q}=u q˙=u
Joint-space tracking becomes standard linear tracking control problem : u = q ˙ d + K 0 q ¨ ⇒ q ~ ˙ + K 0 q ¨ = 0 u=\dot{q}_{\mathrm{d}}+K_0\ddot{q}\Rightarrow \dot{\tilde{q}}+K_0\ddot{q}=0 u=q˙d+K0q¨⇒q~˙+K0q¨=0 , where q ~ = q d − q \tilde{q}=q_{\mathrm{d}}-q q~=qd−q is the joint position error. —— stable if e i g ( − K 0 ) ∈ O L H P eig\left( -K_0 \right) \in OLHP eig(−K0)∈OLHP
The error dynamic is stable if − K 0 -K_0 −K0 is Hurwitz
3.2.2 Velocity-Resolved Task Space Control
For task space control , y = [ T ( q ) ] y=\left[ T\left( q \right) \right] y=[T(q)] needs to track y d y_{\mathrm{d}} yd , y y y can be ant function of q q q, in particular , it can represents position and/or the end-effector frame
Taking derivatives of y y y , and letting u = q ˙ u=\dot{q} u=q˙ , we have : y ˙ = J a ( q ) u \dot{y}=J_{\mathrm{a}}\left( q \right) u y˙=Ja(q)u
Note that q q q is function of y y y through inverse kinematics ( q = I K ( y ) q=IK\left( y \right) q=IK(y))
So the above dynamics can be written in terms of y y y and u u u only. The detailed form can be quite complex in general y ˙ = J a ( I K ( y ) ) u \dot{y}=J_{\mathrm{a}}\left( IK\left( y \right) \right) u y˙=Ja(IK(y))u
- Let v y v_{\mathrm{y}} vy be virtual control y ˙ = v y \dot{y}=v_{\mathrm{y}} y˙=vy design v y v_{\mathrm{y}} vy to track y d y_{\mathrm{d}} yd (same as above)
- Find actual control u u u such that J a ( I K ( y ) ) u ≈ v y J_{\mathrm{a}}\left( IK\left( y \right) \right) u\approx v_{\mathrm{y}} Ja(IK(y))u≈vy
We can design outer-loop controller as if we can directly control y ˙ \dot{y} y˙
y ˙ = v y = y ˙ d + K ( y d − y ) ⟹ p l u g i n y ˙ = v y y ~ ˙ = − K y ~ \dot{y}=v_{\mathrm{y}}=\dot{y}_{\mathrm{d}}+K\left( y_{\mathrm{d}}-y \right) \overset{plug\,\,in\,\,\dot{y}=v_{\mathrm{y}}\,\,}{\Longrightarrow}\dot{\tilde{y}}=-K\tilde{y} y˙=vy=y˙d+K(yd−y)⟹pluginy˙=vyy~˙=−Ky~
We can select K K K such that − K -K −K is Hurtwiz , object of inner loop : determine u = q ˙ u=\dot{q} u=q˙ such that y ˙ ≈ v y \dot{y}\approx v_{\mathrm{y}} y˙≈vy
System(2) is nonlinear system , a commeon way is to break it into inner-outer loop , where the outer loop directly control velocity of y y y, and the inner loop tries to find u u u to generate desired task space velocity
Outer loop : y ˙ = v y \dot{y}=v_{\mathrm{y}} y˙=vy , where control v y = y ˙ d + K 0 y ~ v_{\mathrm{y}}=\dot{y}_{\mathrm{d}}+K_0\tilde{y} vy=y˙d+K0y~ , resulting in task-space closed-loop error dynamics: y ~ ˙ + K 0 y ~ = 0 \dot{\tilde{y}}+K_0\tilde{y}=0 y~˙+K0y~=0
Above task space tracking relies on a fictitious control v y v_{\mathrm{y}} vy , i.e. , it assumes y ˙ \dot{y} y˙ can be arbitrarily controlled by selecting appropriate u = q ˙ u=\dot{q} u=q˙ , which is true if J a J_{\mathrm{a}} Ja is full-row rank
Inner loop : Given v y v_{\mathrm{y}} vy from the outer loop, find the joint velocity control by solving
{ min u ∥ v y − J a ( q ) u ∥ 2 + r e g u l a r i z a t i o n t e r m s u b j . t o : C o n s t r a i n t s o n u , e . g . { q ˙ min ⩽ u ⩽ q ˙ max q min ⩽ q + u Δ t ⩽ q max \begin{cases} \min _{\mathrm{u}}\left\| v_{\mathrm{y}}-J_{\mathrm{a}}\left( q \right) u \right\| ^2+regularization\,\,term\\ subj.to\,\,: Constraints\,\,on\,\,u\,\,, e.g.\begin{cases} \dot{q}_{\min}\leqslant u\leqslant \dot{q}_{\max}\\ q_{\min}\leqslant q+u\varDelta t\leqslant q_{\max}\\ \end{cases}\\ \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧minu∥vy−Ja(q)u∥2+regularizationtermsubj.to:Constraintsonu,e.g.{q˙min⩽u⩽q˙maxqmin⩽q+uΔt⩽qmax
Inner-loop is essentially a differential IK controller
One can also use the pseudo-inverse control u = J a † v y u={J_{\mathrm{a}}}^{\dagger}v_{\mathrm{y}} u=Ja†vy
3.2 Acceleration-Resolved Control
3.2.1 Acceleration-Resolved Control in Joint Space
Joint acceleration cna be directly controlled , resulting in double-integrator dynamics q ¨ = u \ddot{q}=u q¨=u . Given q d q_{\mathrm{d}} qd reference , we want q → q d q\rightarrow q_{\mathrm{d}} q→qd (double integartor)
Joint-space tracking becomes standard linear tracking control problem for double-integrator system:
u = q ¨ d + K 1 q ~ ˙ + K 0 q ~ = 0 , q ~ ∈ R n u=\ddot{q}_{\mathrm{d}}+K_1\dot{\tilde{q}}+K_0\tilde{q}=0,\tilde{q}\in \mathbb{R} ^n u=q¨d+K1q~˙+K0q~=0,q~∈Rn
—— PD control , closed-loop system , where q ~ = q d − q \tilde{q}=q_{\mathrm{d}}-q q~=qd−q is the joint position error.
Stablility condition : Let x = [ q ~ q ~ ˙ ] ∈ R 2 n x=\left[ \begin{array}{c} \tilde{q}\\ \dot{\tilde{q}}\\ \end{array} \right] \in \mathbb{R} ^{2n} x=[q~q~˙]∈R2n , [ 0 E − K 0 − K 1 ] [ q ~ q ~ ˙ ] , x ˙ = A x \left[ \begin{matrix} 0& E\\ -K_0& -K_1\\ \end{matrix} \right] \left[ \begin{array}{c} \tilde{q}\\ \dot{\tilde{q}}\\ \end{array} \right] ,\dot{x}=Ax [0−K0E−K1][q~q~˙],x˙=Ax
closed-loop system is stable . if e i g ( A ) ∈ O L H P eig\left( A \right) \in OLHP eig(A)∈OLHP or A A A is Hurwitz
3.2.2 Acceleration-Resolved Control in Task Space
For task space control , y = [ T ( q ) ] ∈ S E ( 3 ) y=\left[ T\left( q \right) \right] \in SE\left( 3 \right) y=[T(q)]∈SE(3) needs to track y d y_{\mathrm{d}} yd
Note : For y = f ( q ) y=f\left( q \right) y=f(q) y ˙ = J a ( q ) q ˙ \dot{y}=J_{\mathrm{a}}\left( q \right) \dot{q} y˙=Ja(q)q˙ and y ¨ = J ˙ a ( q ) q ˙ + J a ( q ) q ¨ ⇒ y ¨ = J ˙ a ( q ) q ˙ + J a ( q ) u ⇐ \ddot{y}=\dot{J}_{\mathrm{a}}\left( q \right) \dot{q}+J_{\mathrm{a}}\left( q \right) \ddot{q}\Rightarrow \ddot{y}=\dot{J}_{\mathrm{a}}\left( q \right) \dot{q}+J_{\mathrm{a}}\left( q \right) u\Leftarrow y¨=J˙a(q)q˙+Ja(q)q¨⇒y¨=J˙a(q)q˙+Ja(q)u⇐ nonlinear dynamics
Following the same inner-outer loop strategy deiscussed before . Introduce virtual control , a y a_{\mathrm{y}} ay such that y ¨ = a y \ddot{y}=a_{\mathrm{y}} y¨=ay , we can design controller for a y a_{\mathrm{y}} ay to let y → y d y\rightarrow y_{\mathrm{d}} y→yd
Outer-loop dynamics : y ¨ = a y \ddot{y}=a_{\mathrm{y}} y¨=ay , with a y a_{\mathrm{y}} ay being the outer-loop control input a y = y ¨ d + K 1 y ~ ˙ + K 0 y ~ ⇒ y ~ ¨ + K 1 y ~ ˙ + K 0 y ~ = 0 a_{\mathrm{y}}=\ddot{y}_{\mathrm{d}}+K_1\dot{\tilde{y}}+K_0\tilde{y}\Rightarrow \ddot{\tilde{y}}+K_1\dot{\tilde{y}}+K_0\tilde{y}=0 ay=y¨d+K1y~˙+K0y~⇒y~¨+K1y~˙+K0y~=0
—— PD control , stable if [ 0 E − K 0 − K 1 ] \left[ \begin{matrix} 0& E\\ -K_0& -K_1\\ \end{matrix} \right] [0−K0E−K1] Hurwitz
Inner-loop : given a y a_{\mathrm{y}} ay from outer loop , find the “best” joint acceleration:
{ min u ∥ a y − J ˙ a ( q ) q ˙ − J a ( q ) u ∥ 2 + r e g u l a r i z a t i o n t e r m s u b j . t o : C o n s t r a i n t s o n u \begin{cases} \min _{\mathrm{u}}\left\| a_{\mathrm{y}}-\dot{J}_{\mathrm{a}}\left( q \right) \dot{q}-J_{\mathrm{a}}\left( q \right) u \right\| ^2+regularization\,\,term\\ subj.to\,\,: Constraints\,\,on\,\,u\,\,\\ \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧minu ay−J˙a(q)q˙−Ja(q)u 2+regularizationtermsubj.to:Constraintsonu
—— u u u : optimization variable , J ˙ a ( q ) , q ˙ , q \dot{J}_{\mathrm{a}}\left( q \right) ,\dot{q},q J˙a(q),q˙,q - known
{ A c c : q ¨ min ⩽ u ⩽ q ¨ max V e l : q ˙ min ⩽ q + u Δ t ⩽ q ˙ max \begin{cases} Acc\,\,: \ddot{q}_{\min}\leqslant u\leqslant \ddot{q}_{\max}\\ Vel\,\,: \dot{q}_{\min}\leqslant q+u\varDelta t\leqslant \dot{q}_{\max}\\ \end{cases} {Acc:q¨min⩽u⩽q¨maxVel:q˙min⩽q+uΔt⩽q˙max
Mathematically , the above problem is the same as the Differential IK problem
At any given time , q ˙ , q \dot{q},q q˙,q can be measured , and then y , y ˙ y,\dot{y} y,y˙ can be computed, which allows us to compute outer loop control a y a_{\mathrm{y}} ay and inner loop control u u u
4. Motion Control with Torque as Input and Task Space Inverse Dynamics
4.1 Recall Properties of Robot Dynamics
For fully actuated robot :
τ = M ( q ) q ¨ + C ( q , q ˙ ) q ˙ + g ( q ) \tau =M\left( q \right) \ddot{q}+C\left( q,\dot{q} \right) \dot{q}+g\left( q \right) τ=M(q)q¨+C(q,q˙)q˙+g(q)
M ( q ) = ∑ J i T [ I i ] 6 × 6 J i ∈ R n × n M\left( q \right) =\sum{{J_{\mathrm{i}}}^{\mathrm{T}}\left[ \mathcal{I} _{\mathrm{i}} \right] _{6\times 6}J_{\mathrm{i}}}\in \mathbb{R} ^{n\times n} M(q)=∑JiT[Ii]6×6Ji∈Rn×n
There are many valid difinitions of C ( q , q ˙ ) C\left( q,\dot{q} \right) C(q,q˙) , typical choice for C C C include:
C i j = ∑ k 1 2 ( ∂ M i j ∂ q k + ∂ M i k ∂ q j − ∂ M j k ∂ q i ) C_{\mathrm{ij}}=\sum_k^{}{\frac{1}{2}\left( \frac{\partial M_{\mathrm{ij}}}{\partial q_{\mathrm{k}}}+\frac{\partial M_{\mathrm{ik}}}{\partial q_{\mathrm{j}}}-\frac{\partial M_{\mathrm{jk}}}{\partial q_{\mathrm{i}}} \right)} Cij=∑k21(∂qk∂Mij+∂qj∂Mik−∂qi∂Mjk)
For the above defined C C C , we have M ˙ − 2 C \dot{M}-2C M˙−2C is skew symmetric
For all valid C C C, we have q ˙ T [ M ˙ − 2 C ] q ˙ = 0 \dot{q}^{\mathrm{T}}\left[ \dot{M}-2C \right] \dot{q}=0 q˙T[M˙−2C]q˙=0
These properties play improtant role in designing motion controller
4.2 Computed Torque Control
For fully-actuated robot, we have M ( q ) ≻ 0 M\left( q \right) \succ 0 M(q)≻0 and q ¨ \ddot{q} q¨ can be arbitrarily specified through torque control u = τ u=\tau u=τ
q ¨ = M − 1 ( q ) [ u − C ( q , q ˙ ) q ˙ − g ( q ) ] \ddot{q}=M^{-1}\left( q \right) \left[ u-C\left( q,\dot{q} \right) \dot{q}-g\left( q \right) \right] q¨=M−1(q)[u−C(q,q˙)q˙−g(q)]
we know how to design controller if u = q ¨ u=\ddot{q} u=q¨
Thus , for fully-acuated robot, torque controlled case can be reduced to the acceleration-resolved case
Outer loop: q ¨ = a q \ddot{q}=a_{\mathrm{q}} q¨=aq with joint acceleration as control input
a q = q ¨ + K 1 y ~ ˙ + K 0 y ~ ⇒ q ~ ¨ + K 1 q ~ ˙ + K 0 q ~ = 0 a_{\mathrm{q}}=\ddot{q}+K_1\dot{\tilde{y}}+K_0\tilde{y}\Rightarrow \ddot{\tilde{q}}+K_1\dot{\tilde{q}}+K_0\tilde{q}=0 aq=q¨+K1y~˙+K0y~⇒q~¨+K1q~˙+K0q~=0
Inner loop : since M ( q ) M\left( q \right) M(q) is square and nonsingular , inner loop control u u u can be found analytically:
u = M ( q ) ( q ¨ d + K 1 q ~ ˙ + K 0 q ~ ) + C ( q , q ˙ ) q ˙ + g ( q ) u=M\left( q \right) \left( \ddot{q}_{\mathrm{d}}+K_1\dot{\tilde{q}}+K_0\tilde{q} \right) +C\left( q,\dot{q} \right) \dot{q}+g\left( q \right) u=M(q)(q¨d+K1q~˙+K0q~)+C(q,q˙)q˙+g(q)
The control law is a function of q , q ˙ q,\dot{q} q,q˙ and the reference q d q_{\mathrm{d}} qd. It is called computed-torque control.
The control law also relies on system model M , C , g M,C,g M,C,g if these model information are not accurate, the control will not perform well.
y = f ( q ) , y ¨ = J ˙ a ( q ) q ˙ + J a ( q ) M − 1 ( u − C − g ) y=f\left( q \right) ,\ddot{y}=\dot{J}_{\mathrm{a}}\left( q \right) \dot{q}+J_{\mathrm{a}}\left( q \right) M^{-1}\left( u-C-g \right) y=f(q),y¨=J˙a(q)q˙+Ja(q)M−1(u−C−g)
Idea easily extends to task space : y ˙ = J a ( q ) q ˙ \dot{y}=J_{\mathrm{a}}\left( q \right) \dot{q} y˙=Ja(q)q˙ and y ¨ = J ˙ a ( q ) q ˙ + J a ( q ) q ¨ \ddot{y}=\dot{J}_{\mathrm{a}}\left( q \right) \dot{q}+J_{\mathrm{a}}\left( q \right) \ddot{q} y¨=J˙a(q)q˙+Ja(q)q¨ —— τ = u = τ , q ¨ = M − 1 [ u − C − g ] \tau =u=\tau ,\ddot{q}=M^{-1}\left[ u-C-g \right] τ=u=τ,q¨=M−1[u−C−g]
Outer loop : y ¨ = a y \ddot{y}=a_{\mathrm{y}} y¨=ay and a y = y ¨ d + K 1 y ~ ˙ + K 0 y ~ a_{\mathrm{y}}=\ddot{y}_{\mathrm{d}}+K_1\dot{\tilde{y}}+K_0\tilde{y} ay=y¨d+K1y~˙+K0y~
Inner loop : sekect torque control u = τ u=\tau u=τ by
{ min u ∥ a y − J ˙ a ( q ) q ˙ − J a ( q ) M − 1 ( u − C q ˙ − g ) ∥ 2 s u b j . t o : C o n s t r a i n t s \begin{cases} \min _{\mathrm{u}}\left\| a_{\mathrm{y}}-\dot{J}_{\mathrm{a}}\left( q \right) \dot{q}-J_{\mathrm{a}}\left( q \right) M^{-1}\left( u-C\dot{q}-g \right) \right\| ^2\\ subj.to\,\,: Constraints\,\,\\ \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧minu ay−J˙a(q)q˙−Ja(q)M−1(u−Cq˙−g) 2subj.to:Constraints
If J a J_{\mathrm{a}} Jais invertible and we don’t impose additional torque constraints, analytical control law can be easily obtained —— u = ( J a ( q ) M − 1 ) − 1 ( a y − J ˙ a ( q ) q ˙ . . . ) u=\left( J_{\mathrm{a}}\left( q \right) M^{-1} \right) ^{-1}\left( a_{\mathrm{y}}-\dot{J}_{\mathrm{a}}\left( q \right) \dot{q}... \right) u=(Ja(q)M−1)−1(ay−J˙a(q)q˙...)
4.3 Inverse Dynamics Control
The computed-torque controller above is also canned inverse dynamics control
Forward dynamics : given τ \tau τ to compute q ¨ \ddot{q} q¨ —— from torque to motion
Inverse dynamics : given desired acceleration a q a_{\mathrm{q}} aq, we inverted it to find the required control by u = M a q + C q ˙ + g u=Ma_{\mathrm{q}}+C\dot{q}+g u=Maq+Cq˙+g
Task space case can be viewed as inverting the task space dynamics —— Given a y a_{\mathrm{y}} ay ( y y y task space) , find τ \tau τ such that y ¨ = a y \ddot{y}=a_{\mathrm{y}} y¨=ay
With recent advances in optimization , it is often preferred to do ID with quedratic program
For example, above equation can be viewed as task-space ID. We can incorporate torque contraints explicitly as follows:
{ min u ∥ a y − J ˙ a ( q ) q ˙ − J a M − 1 ( u − C q ˙ − g ) ∥ 2 s u b j . t o : u − ⩽ u ⩽ u + \begin{cases} \min _{\mathrm{u}}\left\| a_{\mathrm{y}}-\dot{J}_{\mathrm{a}}\left( q \right) \dot{q}-J_{\mathrm{a}}M^{-1}\left( u-C\dot{q}-g \right) \right\| ^2\\ subj.to\,\,: u_-\leqslant u\,\,\leqslant u_+\,\,\\ \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧minu ay−J˙a(q)q˙−JaM−1(u−Cq˙−g) 2subj.to:u−⩽u⩽u+
optimization variable u ∈ R n u\in \mathbb{R} ^n u∈Rn
This is equivalent to the following more popular form:
{ min u , q ¨ ∥ a y − J ˙ a q ˙ − J a q ¨ ∥ 2 s u b j . t o : M q ¨ + C q ˙ + g = u u − ⩽ u ∈ R n ⩽ u + \begin{cases} \underset{u,\ddot{q}}{\min}\left\| a_{\mathrm{y}}-\dot{J}_{\mathrm{a}}\dot{q}-J_{\mathrm{a}}\ddot{q} \right\| ^2\\ subj.to\,\,: \begin{array}{c} M\ddot{q}+C\dot{q}+g=u\\ u_-\leqslant u\in \mathbb{R} ^n\,\,\leqslant u_+\,\,\\ \end{array}\\ \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧u,q¨min ay−J˙aq˙−Jaq¨ 2subj.to:Mq¨+Cq˙+g=uu−⩽u∈Rn⩽u+
optimization variable u , q ¨ ∈ R n u,\ddot{q}\in \mathbb{R} ^n u,q¨∈Rn
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【VRTK】【VR开发】【Unity】18-VRTK与Unity UI控制的融合使用
课程配套学习项目源码资源下载 https://download.csdn.net/download/weixin_41697242/88485426?spm=1001.2014.3001.5503 【背景】 VRTK和Unity自身的UI控制包可以配合使用发挥效果。本篇就讨论这方面的实战内容。 之前可以互动的立体UI并不是传统的2D UI对象,在实际使用中…...

BERT(从理论到实践): Bidirectional Encoder Representations from Transformers【3】
这是本系列文章中的第3弹,请确保你已经读过并了解之前文章所讲的内容,因为对于已经解释过的概念或API,本文不会再赘述。 本文要利用BERT实现一个“垃圾邮件分类”的任务,这也是NLP中一个很常见的任务:Text Classification。我们的实验环境仍然是Python3+Tensorflow/Keras…...

静态网页设计——校园官网(HTML+CSS+JavaScript)
前言 声明:该文章只是做技术分享,若侵权请联系我删除。!! 使用技术:HTMLCSSJS 主要内容:对学校官网的结构进行模仿,对布局进行模仿。 主要内容 1、首页 首页以多个div对页面进行分割和布局…...

phpstudy_pro 关于多版本php的问题
我在phpstudy中安装了多个PHP版本 我希望不同的网站可以对应不同的PHP版本,则在nginx配置文件中需要知道不同的PHP版本的监听端口是多少,如下图所示 然而找遍了php.ini配置,并未对listen进行设置,好奇是怎么实现不同的PHP监听不同…...

TemporalKit的纯手动安装
最近在用本地SD安装temporalkit插件 本地安装插件最常见的问题就是,GitCommandError:… 原因就是,没有科学上网,而且即使搭了ladder,在SD的“从网址上安装”或是“插件安装”都不行,都不行!!&am…...

人生重开模拟器
前言: 人生重开模拟器是前段时间非常火的一个小游戏,接下来我们将一起学习使用c语言写一个简易版的人生重开模拟器。 网页版游戏: 人生重开模拟器 (ytecn.com) 1.实现一个简化版的人生重开模拟器 (1) 游戏开始的时…...

优化算法3D可视化
编程实现优化算法,并3D可视化 1. 函数3D可视化 分别画出 和 的3D图 import numpy as np from matplotlib import pyplot as plt import torch# 画出x**2 class Op(object):def __init__(self):passdef __call__(self, inputs):return self.forward(inputs)def for…...

魔术表演Scratch-第14届蓝桥杯Scratch省赛真题第1题
1.魔术表演(20分) 评判标准: 4分:满足"具体要求"中的1); 8分:满足"具体要求"中的2); 8分,满足"具体要求"中的3)…...

LLM 中的长文本问题
近期,随着大模型技术的发展,长文本问题逐渐成为热门且关键的问题,不妨简单梳理一下近期出现的典型的长文本模型: 10 月上旬,Moonshot AI 的 Kimi Chat 问世,这是首个支持 20 万汉字输入的智能助手产品; 10 月下旬,百川智能发布 Baichuan2-192K 长窗口大模型,相当于一次…...

深入了解Swagger注解:@ApiModel和@ApiModelProperty实用指南
在现代软件开发中,提供清晰全面的 API 文档 至关重要。ApiModel 和 ApiModelProperty 这样的代码注解在此方面表现出色,通过增强模型及其属性的元数据来丰富文档内容。它们的主要功能是为这些元素命名和描述,使生成的 API 文档更加明确。 Api…...

Linux学习第48天:Linux USB驱动试验:保持热情,保持节奏,持续学习是作为一个技术人员应有的基本素质和要求
Linux版本号4.1.15 芯片I.MX6ULL 大叔学Linux 品人间百味 思文短情长 最近更新的速度和频率大不如以前,主要原因还是自己有些懈怠了。学习是一个持续努力的过程,一旦中断,再想保持以往的状态可能要…...
数据库索引简析
文章目录 前言一、索引是什么二、索引的有什么用三、索引的分类四、索引的数据结构总结 前言 在我们使用数据库的过程中,往往会碰到一个叫做索引的东西,不管是表的设计,还是数据库性能的优化往往都会涉及到索引。那么他是个什么东西ÿ…...

leetcode贪心(单调递增的数字、监控二叉树)
738.单调递增的数字 给定一个非负整数 N,找出小于或等于 N 的最大的整数,同时这个整数需要满足其各个位数上的数字是单调递增。 (当且仅当每个相邻位数上的数字 x 和 y 满足 x < y 时,我们称这个整数是单调递增的。ÿ…...

如何在win7同样支持Webview2 在 WPF 中使用本地 Webview2 ,如何不依赖系统 Runtime
项目运行环境: .Net Framework 4.5.2 Windows 7 x64 Service Pack 1 WebView2 Microsoft.WebView2.FixedVersionRuntime.120.0.2210.91.x64 考虑到很多老项目,本项目使用的是.Net Framework 4.5.2,.Net 更高版本的其实也是可以支持的。 …...

【docker】网络模式管理
目录 一、Docker网络实现原理 二、Docker的网络模式 1、host模式 1.1 host模式原理 1.2 host模式实操 2、Container模式 2.2 container模式实操 3、none模式 4、bridger模式 4.1 bridge模式的原理 4.2 bridge实操 5、overlay模式 6、自定义网络模式 6.1 为什么需要…...

定时器任务——若依源码分析
分析util包下面的工具类schedule utils: ScheduleUtils 是若依中用于与 Quartz 框架交互的工具类,封装了定时任务的 创建、更新、暂停、删除等核心逻辑。 createScheduleJob createScheduleJob 用于将任务注册到 Quartz,先构建任务的 JobD…...

2021-03-15 iview一些问题
1.iview 在使用tree组件时,发现没有set类的方法,只有get,那么要改变tree值,只能遍历treeData,递归修改treeData的checked,发现无法更改,原因在于check模式下,子元素的勾选状态跟父节…...
反射获取方法和属性
Java反射获取方法 在Java中,反射(Reflection)是一种强大的机制,允许程序在运行时访问和操作类的内部属性和方法。通过反射,可以动态地创建对象、调用方法、改变属性值,这在很多Java框架中如Spring和Hiberna…...
2023赣州旅游投资集团
单选题 1.“不登高山,不知天之高也;不临深溪,不知地之厚也。”这句话说明_____。 A、人的意识具有创造性 B、人的认识是独立于实践之外的 C、实践在认识过程中具有决定作用 D、人的一切知识都是从直接经验中获得的 参考答案: C 本题解…...

基于 TAPD 进行项目管理
起因 自己写了个小工具,仓库用的Github。之前在用markdown进行需求管理,现在随着功能的增加,感觉有点难以管理了,所以用TAPD这个工具进行需求、Bug管理。 操作流程 注册 TAPD,需要提供一个企业名新建一个项目&#…...

嵌入式学习笔记DAY33(网络编程——TCP)
一、网络架构 C/S (client/server 客户端/服务器):由客户端和服务器端两个部分组成。客户端通常是用户使用的应用程序,负责提供用户界面和交互逻辑 ,接收用户输入,向服务器发送请求,并展示服务…...
MySQL 8.0 事务全面讲解
以下是一个结合两次回答的 MySQL 8.0 事务全面讲解,涵盖了事务的核心概念、操作示例、失败回滚、隔离级别、事务性 DDL 和 XA 事务等内容,并修正了查看隔离级别的命令。 MySQL 8.0 事务全面讲解 一、事务的核心概念(ACID) 事务是…...

Vue ③-生命周期 || 脚手架
生命周期 思考:什么时候可以发送初始化渲染请求?(越早越好) 什么时候可以开始操作dom?(至少dom得渲染出来) Vue生命周期: 一个Vue实例从 创建 到 销毁 的整个过程。 生命周期四个…...

Sklearn 机器学习 缺失值处理 获取填充失值的统计值
💖亲爱的技术爱好者们,热烈欢迎来到 Kant2048 的博客!我是 Thomas Kant,很开心能在CSDN上与你们相遇~💖 本博客的精华专栏: 【自动化测试】 【测试经验】 【人工智能】 【Python】 使用 Scikit-learn 处理缺失值并提取填充统计信息的完整指南 在机器学习项目中,数据清…...

DeepSeek越强,Kimi越慌?
被DeepSeek吊打的Kimi,还有多少人在用? 去年,月之暗面创始人杨植麟别提有多风光了。90后清华学霸,国产大模型六小虎之一,手握十几亿美金的融资。旗下的AI助手Kimi烧钱如流水,单月光是投流就花费2个亿。 疯…...