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TRAC-IK 运动学求解器

TRAC-IK 是由 TRACLabs 开发的逆运动学求解器，它通过多线程并发运行两种 IK 实现来获得比常见开源 IK 求解器更可靠的解。以下引用自其文档：

(TRAC-IK) 提供了 KDL 中流行的逆雅可比方法之外的另一种逆运动学求解器。 具体来说，KDL 的收敛算法基于牛顿法，而牛顿法在存在关节限位时效果不佳——这对许多机器人平台来说都很常见。 TRAC-IK 并发运行两种 IK 实现。 一种是 KDL 基于牛顿法的收敛算法的简单扩展，通过随机跳跃来检测并缓解由关节限位引起的局部最小值。 第二种是 SQP（序列二次规划）非线性优化方法，它使用能更好地处理关节限位的拟牛顿法。 默认情况下，当这两种算法中的任何一种收敛到答案时，IK 搜索会立即返回。 此外还提供了距离和可操作性（manipulability）的次要约束，以便返回”最佳”IK 解。

包 trac_ik_kinematics_plugin 提供了一个可以替代默认 KDL 求解器的 KinematicsBase MoveIt 接口。目前不支持模仿关节（mimic joints）。

安装

Section titled “安装”

TRAC-IK 仓库的 rolling 分支拥有最新的 ROS 2 实现，但它也可以作为二进制包使用。

如果你想从源码构建，请进入你的 ROS 2 工作区，例如 ~/moveit2_ws：

Terminal window
cd ~/moveit2_ws/src
git clone -b rolling https://bitbucket.org/traclabs/trac_ik.git

使用方法

Section titled “使用方法”

  • 找到为你的机器人创建的 MoveIt 运动学配置教程（kinematics.yaml）文件。

  • 将 kinematics_solver: kdl_kinematics_plugin/KDLKinematicsPlugin（或类似的）替换为 kinematics_solver: trac_ik_kinematics_plugin/TRAC_IKKinematicsPlugin。

  • 确保在你的包对应的 package.xml 文件中添加 <depend>trac_ik_kinematics_plugin</depend> 标签。

  • 按需设置参数：

    • kinematics_solver_timeout（以秒为单位的超时时间，例如 0.005）和 position_only_ik 是受支持的。
    • solve_type 可以是 Speed、Distance、Manip1、Manip2（详情见下文）。默认为 Speed。
    • epsilon 是用于确定有效解的笛卡尔误差距离。默认为 1e-5。
    • kinematics_solver_attempts 参数不是必需的：与 KDL 不同，TRAC-IK 求解器在卡住时已经会自动重启。
    • kinematics_solver_search_resolution 在此不适用。

以下关于求解类型参数的信息来自 trac_ik_lib 包文档（略有修改）：

  • Speed：非常快速地返回找到的第一个解。
  • Distance：运行完整的超时时间，然后返回使种子点误差平方和 (SSE) 最小的解。
  • Manip1：运行完整超时时间，返回使 sqrt(det(J*J^T))（雅可比矩阵奇异值的乘积）最大化的解。
  • Manip2：运行完整超时时间，返回使雅可比矩阵最小与最大奇异值之比最小化的解。