从柔顺到刚性接触仿真：一种统一且高效的方法
机器人学
2024-05-28 v1
摘要
无论是刚性还是柔顺，接触交互都是机器人运动所固有的，使其能够移动或操作物体。接触交互源于复杂的物理现象，在刚性或柔顺点接触交互的背景下，可以数学地表述为非线性互补问题(NCP)。这类互补问题通常从优化和数值角度来看都难以求解。在过去的几十年里，出现了专用和专门的接触求解器，并已在现代机器人仿真器（例如Bullet、Drake、MuJoCo、DART、Raisim）中实现。然而，这些求解器中的大多数要么倾向于求解原始接触问题的松弛形式（以牺牲物理一致性为代价），要么随着问题维度或其数值条件（例如，机械手操作一张纸）的增加而扩展性差。在本文中，我们介绍了一种在接触仿真背景下求解NCP的统一且高效的方法。它依赖于交替方向乘子法(ADMM)和近端算法的合理组合，以统一的方式处理柔顺和刚性接触界面。为了处理病态问题并加速收敛速度，我们还提出了一种有效的更新策略来自动调整ADMM超参数。通过利用近端方法，我们还提出了新的算法解决方案，以高效评估涉及刚性和柔顺接触交互的逆动力学，扩展了MuJoCo中开发的方法。我们针对文献中的几种替代接触方法验证了我们接触求解器的效率和鲁棒性，并在各种机器人学和颗粒力学场景上对其进行了基准测试。我们的代码已在https://github.com/Simple-Robotics/Simple开源。
引用
@article{arxiv.2405.17020,
title = {From Compliant to Rigid Contact Simulation: a Unified and Efficient Approach},
author = {Justin Carpentier and Louis Montaut and Quentin Le Lidec},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.17020},
year = {2024}
}