Implicit Time Integration Simulation of Robots with Rigid Bodies and Cosserat Rods Based on a Newton-Euler Recursive Algorithm
Frédéric Boyer, Alessandro Gotelli, Philipp Tempel, Vincent Lebastard, Federico Renda und Sébastien Briot
IEEE Transactions on Robotics, pp. 1–20 01/2023Zeitschriftenartikel
Inhalt wurde maschinell aus dem Englischen übersetzt.
Abstract
In diesem Artikel schlagen wir einen neuen Algorithmus zur Lösung der Vorwärtsdynamik von Mehrkörpersystemen vor, die aus starren Körpern bestehen, welche in beliebiger Topologie durch lokalisierte Gelenke und/oder weiche Verbindungen — aktuiert oder nicht — verbunden sind. Die Simulation beruht auf der impliziten Zeitintegration des Lagrange-Modells dieser Systeme, wobei die weichen Verbindungen als Cosserat-Stäbe modelliert und über angenommene Verzerrungsmoden parametrisiert werden. Diese Wahl erzwingt eine Prädiktor-Korrektor- Struktur und erfordert die Berechnung sowohl des Residuenvektors als auch der Jacobi-Matrix des Residuenvektors der durch den Zeitintegrator eingeschränkten Dynamik. Diese zusätzlichen Berechnungen werden hier mit einem neuen rekursiven Newton-Euler-Algorithmus für die inverse Dynamik und seiner linearisierten Tangentenversion behandelt. Der Ansatz wird an numerischen Beispielen aus der Cosserat-Stab-Literatur und aus aktuellen robotischen Anwendungen veranschaulicht.