In this paper, we present a novel general framework grounded in the factor graph theory to solve kinematic and dynamic problems for multi-body systems. Although the motion of multi-body systems is considered to be a well-studied problem and various methods have been proposed for its solution, a unified approach providing an intuitive interpretation is still pursued. We describe how to build factor graphs to model and simulate multibody systems using both, independent and dependent coordinates. Then, batch optimization or a fixed-lag-smoother can be applied to solve the underlying optimization problem that results in a highly-sparse nonlinear minimization problem. The proposed framework has been tested in extensive simulations and validated against a commercial multibody software. We release a reference implementation as an open-source C++ library, based on the GTSAM framework, a well-known estimation library. Simulations of forward and inverse dynamics are presented, showing comparable accuracy with classical approaches. The proposed factor graph-based framework has the potential to be integrated into applications related with motion estimation and parameter identification of complex mechanical systems, ranging from mechanisms to vehicles, or robot manipulators.


翻译:在本文中,我们提出了一个基于要素图理论的新颖的一般框架,以解决多机体系统的动态和动态问题。虽然多机体系统的运动被认为是一个经过充分研究的问题,并且提出了各种解决办法,但目前仍在采用一种提供直观解释的统一方法。我们描述了如何用独立和依赖的坐标来建立要素图,用于模型和模拟多机体系统。然后,批量优化或固定炉模,可以用来解决导致高度分散的非线性最小化问题的潜在优化问题。提议的框架已经经过广泛的模拟测试,并被商业多机体软件验证。我们发布了一个参考实施系统,作为开放源C++图书馆,以GTSAM框架为基础,一个广为人知的估算图书馆。提出了前向和反向动态模拟,显示了古典方法的类似准确性。拟议的要素图表框架有可能纳入从机制到车辆或机器人操纵器等复杂机械系统的运动估计和参数识别的应用。

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