We propose a novel and efficient lifting approach for the optimal control of rigid-body systems with contacts to improve the convergence properties of Newton-type methods. To relax the high nonlinearity, we consider the state, acceleration, contact forces, and control input torques, as optimization variables and the inverse dynamics and acceleration constraints on the contact frames as equality constraints. We eliminate the update of the acceleration, contact forces, and their dual variables from the linear equation to be solved in each Newton-type iteration in an efficient manner. As a result, the computational cost per Newton-type iteration is almost identical to that of the conventional non-lifted Newton-type iteration that embeds contact dynamics in the state equation. We conducted numerical experiments on the whole-body optimal control of various quadrupedal gaits subject to the friction cone constraints considered in interior-point methods and demonstrated that the proposed method can significantly increase the convergence speed to more than twice that of the conventional non-lifted approach.


翻译:我们建议一种新型高效的提升方法,以优化对僵硬体系统的控制,与接触方能改善牛顿型方法的趋同性。为了放松高非线性,我们认为状态、加速度、接触力和控制输入矩形,作为优化变量以及接触框架的反动和加速度限制,是平等制约。我们取消了对加速度、接触力及其从线性方程中双倍变量的更新,以便以高效的方式在牛顿型的每个转动中解决。因此,每个牛顿型转动的计算成本几乎与将接触动态嵌入州方程式的常规非提升式牛顿型转动的计算成本相同。我们进行了关于全体最佳控制各种四曲形组合的数值实验,这些组合取决于在内部点方法中考虑的摩擦锥制约,并表明拟议方法可以大大提高趋同速度,使其超过常规非提升式方法的两倍。

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