This paper proposes a new Jacobian-based inverse kinematics (IK) explicitly considering box-constrained joint space. To control humanoid robots, the reference pose of end effector(s) is planned in task space, then mapped into the reference joints by IK. Due to the limited analytical solutions for IK, iterative numerical IK solvers based on Jacobian between task and joint spaces have become popular. However, the conventional Jacobian-based IK does not explicitly consider the joint constraints, and therefore, they usually clamp the obtained joints during iteration according to the constraints in practice. The problem in clamping operation has been pointed out that it causes numerical instability due to non-smoothed objective function. To alleviate the clamping problem, this study explicitly considers the joint constraints, especially the box constraints in this paper, inside the new IK solver. Specifically, instead of clamping, a mirror descent (MD) method with box-constrained real joint space and no-constrained mirror space is integrated with the conventional Jacobian-based IK methods, so-called MD-IK. In addition, to escape local optima nearly on the boundaries of constraints, a heuristic technique, called $\epsilon$-clamping, is implemented as margin in software level. As a result, MD-IK achieved more stable and enough fast i) regulation on the random reference poses and ii) tracking to the random trajectories compared to the conventional IK solvers.
翻译:本文提出了一个新的基于雅各布的反动运动学( IK ), 明确考虑受框限制的联合空间。 为了控制人体机器人, 在任务空间中计划终端效应的参考构成, 然后绘制到 IK 的参照点。 由于基于雅各布的任务和联合空间之间的迭代数字 IK 解答器的分析解决方案有限, 已经变得很受欢迎。 但是, 传统的雅各布的 IK 没有明确考虑联合限制, 因此, 它们通常会根据实际的限制因素在迭代过程中将所获得的接合点夹住。 压缩操作的问题已经指出, 最终效应的参考面在任务空间中造成数字不稳定, 然后被映入 IK 的参考点。 为了缓解紧要的问题, 本研究明确考虑了基于雅各布的任务和联合空间之间的迭代数字的迭代数字 IK 解答题中的共同限制, 具体地说, 以箱控制的真正联合空间和不受限制的反射镜空间, 通常与基于雅各布的常规方法结合, 所谓的MD- IK 的参考点。 此外,,, 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校