基于传播视角的含运动学回路系统递归前向动力学

我们重新审视约束嵌入的概念，将其作为在刚体系统动力学计算过程中处理运动学回路约束的一种手段。具体而言，我们考虑现代机器人系统中常见驱动子机构（例如齿轮电机、差速驱动和四杆机构）所产生的局部回路约束。然而，我们并非从图分析的角度发展约束嵌入概念，而是提出了一种新颖的约束嵌入分析，将传统上单个刚体之间的关节模型与运动/力子空间的概念，推广到受回路约束的刚体组之间的广义关节模型与运动/力子空间。这些广义概念被用于一种自包含的、基于铰接体的约束嵌入递归前向动力学算法的推导中。该推导是首个在存在回路约束情况下证明铰接惯量计算递归性的装配方法。我们通过展示广义关节概念同样可导出基于约束嵌入的递归逆动力学算法，证明了其广泛适用性。最后，我们将所开源的 C++ 前向动力学算法实现与最先进的、非递归算法进行了基准测试。我们的基准测试验证了在局部运动学回路情况下，约束嵌入优于非递归方案。