KDL运动学动力学库简介

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前言

仅整理了KDL里Chain运动学相关内容

基本数据类型

  • Vector：double[3]，3维向量
  • Rotation：double[9]，3*3矩阵
  • Frame：Vector+Rotation，变换矩阵
  • Twist：Vector(平移速度)+Vector(旋转速度)
  • Wrench：Vector(力)+Vector(转矩)
  • Vecto2r：double[2]，2维向量
  • Rotation2： $cos\theta$，$sin\theta$，旋转矩阵
  • Frame2：Vector2+Rotation2，变换矩阵

Kinematic Trees运动学结构数据类型

  • Tree：开链机构，树
  • Chain：无分支的运动链

Chain和Tree都由最基本的Segments元素串接而成，Segment可以理解为机构运动链上的一个运动部件。如下图所示Segment包含关节Joint以及部件的质量/惯性属性RigidBodyInertia，并且定义了一个参考坐标系Freference和末端坐标系Ftip。

Segments

末端到关节坐标系的转换由Ttip描述。在一个运动链或树中，子部件会被添加到父部件的末端，因此上一个部件的Ftip就是下一个部件的参考坐标系Freference (tip frame of parent = reference frame of the child)。通常Fjoint和Freference是重合的，但是也可以存在偏移。

Chain

Tree

运动学算法框架

以下均为Chain相关运动学算法类

基类

  • SolverI：solver interface用来存储和描述最近一次错误

正运动学

  • ChainFkSolverPos继承自SolverI：Chain的正运动学接口
  • ChainFkSolverPos_recursive继承自ChainFkSolverPos：递归fk
  • ChainFkSolverVel_recursive继承自ChainFkSolverPos：递归fk-vel

逆运动学

  • ChainIkSolverPos继承自SolverI：Chain的逆运动学接口
  • ChainIkSolverPos_LMA继承自ChainIkSolverPos：逆运动学——莱文贝格-马夸特，Levenberg-Marquardt
  • ChainIkSolverPos_NR：逆运动学——牛顿-拉夫森，Newton-Raphson
  • ChainIkSolverPos_NR_JL：逆运动学——牛顿-拉夫森带关节限位，Newton-Raphson with joint limits
  • ChainIkSolverVel_pinv继承自ChainIkSolverPos：ik-vel——广义伪逆，generalize pseudo inverse
  • ChainIkSolverVel_pinv_nso：ik-vel——广义伪逆（冗余机器人优化）
  • ChainIkSolverVel_pinv_givens：ik-vel——广义伪逆（Givens）
  • ChainIkSolverVel_wdls：ik-vel——加权伪逆（阻尼最小二乘）

参考