Accurate models of robot dynamics are critical for safe and stable control and generalization to novel operational conditions. Hand-designed models, however, may be insufficiently accurate, even after careful parameter tuning. This motivates the use of machine learning techniques to approximate the robot dynamics over a training set of state-control trajectories. The dynamics of many robots are described in terms of their generalized coordinates on a matrix Lie group, e.g. on SE(3) for ground, aerial, and underwater vehicles, and generalized velocity, and satisfy conservation of energy principles. This paper proposes a (port-)Hamiltonian formulation over a Lie group of the structure of a neural ordinary differential equation (ODE) network to approximate the robot dynamics. In contrast to a black-box ODE network, our formulation guarantees energy conservation principle and Lie group's constraints by construction and explicitly accounts for energy-dissipation effect such as friction and drag forces in the dynamics model. We develop energy shaping and damping injection control for the learned, potentially under-actuated Hamiltonian dynamics to enable a unified approach for stabilization and trajectory tracking with various robot platforms.


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