Model-based control for robots has increasingly been dependent on optimization-based methods like Differential Dynamic Programming and iterative LQR (iLQR). These methods can form the basis of Model-Predictive Control (MPC), which is commonly used for controlling legged robots. Computing the partial derivatives of the dynamics is often the most expensive part of these algorithms, regardless of whether analytical methods, Finite Difference, Automatic Differentiation (AD), or Chain-Rule accumulation is used. Since the second-order derivatives of dynamics result in tensor computations, they are often ignored, leading to the use of iLQR, instead of the full second-order DDP method. In this paper, we present analytical methods to compute the second-order derivatives of inverse and forward dynamics for open-chain rigid-body systems with multi-DoF joints and fixed/floating bases. An extensive comparison of accuracy and run-time performance with AD and other methods is provided, including the consideration of code-generation techniques in C/C++ to speed up the computations. For the 36 DoF ATLAS humanoid, the second-order Inverse, and the Forward dynamics derivatives take approx 200 mu s, and approx 2.1 ms respectively, resulting in a 3x speedup over the AD approach.


翻译:基于模型的机器人控制日益依赖于微分动态规划(DDP)和迭代LQR(iLQR)等优化方法。这些方法可作为模型预测控制(MPC)的基础,广泛应用于腿式机器人控制。无论采用解析法、有限差分法、自动微分(AD)还是链式法则累积,动力学偏导数的计算通常是此类算法中最耗时的部分。由于动力学二阶导数涉及张量计算,常被忽略,导致实际使用iLQR而非完整的二阶DDP方法。本文提出了一种解析方法,用于计算具有多自由度关节及固定/浮动基座的开链刚体系统逆动力学与正向动力学的二阶导数。我们全面对比了该方法与自动微分及其他方法的精度和运行性能,并探讨了利用C/C++代码生成技术加速计算的效果。针对36自由度的ATLAS人形机器人,其逆动力学二阶导数计算约需200微秒,正向动力学二阶导数约需2.1毫秒,相比自动微分方法实现了3倍加速。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
41+阅读 · 2020年9月6日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】用Python/OpenCV实现增强现实
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
37+阅读 · 2021年8月2日
Arxiv
66+阅读 · 2021年6月18日
Arxiv
126+阅读 · 2020年9月6日
A Survey on Edge Intelligence
Arxiv
52+阅读 · 2020年3月26日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26日
VIP会员
最新内容
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
2+阅读 · 今天5:45
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
5+阅读 · 今天5:04
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
4+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
《反无人机交战场景下的战斗归零研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
相关VIP内容
专知会员服务
41+阅读 · 2020年9月6日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】用Python/OpenCV实现增强现实
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员