Matrix Lie groups are an important class of manifolds commonly used in control and robotics, and the optimization of control policies on these manifolds is a fundamental problem. In this work, we propose a novel approach for trajectory optimization on matrix Lie groups using an augmented Lagrangian-based constrained discrete Differential Dynamic Programming. The method involves lifting the optimization problem to the Lie algebra in the backward pass and retracting back to the manifold in the forward pass. In contrast to previous approaches which only addressed constraint handling for specific classes of matrix Lie groups, the proposed method provides a general approach for nonlinear constraint handling for generic matrix Lie groups. We also demonstrate the effectiveness of the method in handling external disturbances through its application as a Lie-algebraic feedback control policy on SE(3). Experiments show that the approach is able to effectively handle configuration, velocity and input constraints and maintain stability in the presence of external disturbances.


翻译:使用微分动态规划和非线性约束在矩阵李群上进行轨迹优化 翻译后的摘要: 矩阵李群是控制和机器人学中常用的流形类别之一,而在这些流形上进行控制策略的优化是一个基础问题。在本文中,我们提出了一种新的方法,在具有受约束的离散微分动态规划的基础上,利用增广Lagrange算法来实现矩阵李群上的轨迹优化。这种方法的实现过程是在反向过程中将优化问题提升到李代数上,然后再在正向过程中射回到流形上。与以往的方法不同,前文仅针对特定类别的矩阵李群进行约束处理,我们的方法提供了一种通用的、应用于通用矩阵李群的非线性约束处理方法。我们还通过将其用作SE(3)中的李代数反馈控制策略,演示了该方法在处理外部扰动方面的有效性。实验表明,该方法能够有效处理配置、速度和输入约束,并在外部干扰的情况下保持稳定。

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