TRAC-IK: An open-source library for improved solving of generic inverse kinematics

雅可比矩阵与行列式 解算器 反向动力学 序列二次规划 计算机科学 摩尔-彭罗斯伪逆 反向 笛卡尔坐标系 数学优化 算法 仿人机器人 二次规划 数学 应用数学 人工智能 机器人 几何学
作者
Patrick Beeson,Barrett Ames
标识
DOI:10.1109/humanoids.2015.7363472
摘要

The Inverse Kinematics (IK) algorithms implemented in the open-source Orocos Kinematics and Dynamics Library (KDL) are arguably the most widely-used generic IK solvers worldwide. However, KDL's only joint-limit-constrained IK implementation, a pseudoinverse Jacobian IK solver, repeatedly exhibits false-negative failures on various humanoid platforms. In order to find a better IK solver for generic manipulator chains, a variety of open-source, drop-in alternatives have been implemented and evaluated for this paper. This article provides quantitative comparisons, using multiple humanoid platforms, between an improved implementation of the KDL inverse Jacobian algorithm, a set of sequential quadratic programming (SQP) IK algorithms that use a variety of quadratic error metrics, and a combined algorithm that concurrently runs the best performing SQP algorithm and the improved inverse Jacobian implementation. The best alternative IK implementation finds solutions much more often than KDL, is faster on average than KDL for typical manipulation chains, and (when desired) allows tolerances on each Cartesian dimension, further improving speed and convergence when an exact Cartesian pose is not possible and/or necessary.
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