一个高效的数值函数优化框架用于约束非线性机器人问题 -计算机科学-人工智能-机器人-非线性系统优化.pdfVIP

一个高效的数值函数优化框架用于约束非线性机器

人问题

SaitSovuklukChristianOtt

AutomationandControlInstitute(ACIN),TUWien,1040

Vienna,Austria(e-mail:sovukluk@acin.tuwien.ac.at,

christian.ott@tuwien.ac.at).

InstituteofRoboticsandMechatronics,GermanAerospaceCenter

(DLR),82234Weßling,Germany.

摘要本文提出了一种用于机器人约束优化问题的数值函数优化框架。该工具设计时考虑了

实时性，适用于在线轨迹和控制输入优化问题。所提出的框架不需要任何问题的解析表示，

本并且可以与约束黑盒优化函数一起工作。该方法结合了一阶梯度基于线有哪些信誉好的足球投注网站算法与通过零

译空间投影到约束雅可比空间中的约束优先级处理。该工具用C++实现，并在线提供给社区

中使用，最后还介绍了一些数值和机器人示例的实现。

3

vKeywords:非线性系统优化，受约束的机器人问题优化。

9

4

31.介绍容易推广，并且由于数值复杂性和计算成本而不具备这

7样的可扩展性。这类问题通过非线性规划（Bertsekas

1

1.数值优化（NocedalandWright(1999)）是机器人技术(1997)）来解决，也得到了广泛覆盖。一些知名的社区可

0中最基本的支柱之一。数值优化方法出现是为了处理没用工具，如CasADi（Anderssonetal.(2019)）和IPOPT

5有解析解且受约束的问题。此类问题构成了广泛的应（WächterandBiegler(2006)），可用于表示解析的非线

2

:用范围，一些例子可以列举如下：为了最佳跳跃性能的性问题。

v

i机械设计拓扑优化（Haldaneetal.(2017)），为执行特

x

r机器人优化问题通常由于高维度和非线性而无法进行

a定任务而进行的最少能量消耗的行为优化（Meietal.

解析表示。设

(2004);Paesetal.(2014)），考虑了多项任务、限制条

件、接触约束和闭合运动链的控制输入优化（Sovukluk

etal.(2023a);Khatibetal.(2022)），复杂机器人系统

的运动规划（Daietal.(2014);Sovukluketal.(2023b);

(1)

Westerveltetal.(2018)），非线性和欠驱动系统中的顶

点到顶点周期性行为优化（Sovukluketal.(2024)），自

主设备的