IK-Geo：基于子问题分解的统一机器人逆运动学求解器
机器人学
2024-02-20 v3
摘要
本文提出开源机器人逆运动学（IK）求解器 IK-Geo，它是基于已发表文献的最快通用 IK 求解器。在这一统一方法中，任意 6 自由度全转动（6R）机械臂的 IK 被分解为六个典型几何子问题，通过圆与其他几何对象相交求解。我们利用几何和线性代数方法给出了这些子问题的高效且对奇异性鲁棒的新解。IK-Geo 通过求解所有情形下的子问题解（包括在不存解时以连续且有时最小二乘的意义下求解）来找到所有 IK 解，包括奇异解，有时也包括最小二乘解。机器人根据关节轴相交或平行的情形的运动学族分类，同一族的机器人使用相同的 IK 算法。具有三个相交或平行轴的 6R 机器人以封闭形式求解，且所有解无需迭代即可精确求得。其他 6R 机器人则通过搜索一个或两个关节角误差函数的零点高效求解。子问题与 IK 解易于理解、实现、测试和修改，意味着该方法可轻松移植到新语言与环境。我们将几何方法与效率较低但更鲁棒的基于多项式的方法相联系：不必使用搜索，子问题与误差函数可用一个关节的正切半角表示。这得到一组多元多项式方程，从中可轻易导出零点对应于 IK 解的一元多项式。
引用
@article{arxiv.2211.05737,
title = {IK-Geo: Unified Robot Inverse Kinematics Using Subproblem Decomposition},
author = {Alexander J. Elias and John T. Wen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.05737},
year = {2024}
}
备注
19 pages, 8 figures. Update 2: New polynomial IK method, 1D search for nonconsecutive intersecting axes. Update 1: New subproblem solution methods and timing results