generalizedInverseKinematics

複数拘束をもつ逆運動学ソルバーの作成

説明

generalizedInverseKinematics System object™ は一連の運動学的拘束を使用して rigidBodyTree オブジェクトで指定される剛体ツリーモデルのジョイントコンフィギュレーションを計算します。generalizedInverseKinematics オブジェクトは非線形ソルバーを使用して拘束を満たすか、最適な近似を達成します。

オブジェクトを呼び出す前に、拘束タイプ ConstraintInputs を指定します。オブジェクトを呼び出した後、拘束入力を変更するには、release(gik) を呼び出します。

拘束入力を拘束オブジェクトとして指定し、そこに渡される以下のオブジェクトを使用して generalizedInverseKinematics を呼び出します。拘束オブジェクトを作成するには、以下のオブジェクトを使用します。

唯一の拘束がエンドエフェクタの位置と方向である場合は、代わりに inverseKinematics をソルバーとして使用することを検討します。

閉形式逆運動学の解析解の詳細については、analyticalInverseKinematics を参照してください。

汎用逆運動学の拘束を解くには、次の手順に従います。

generalizedInverseKinematics オブジェクトを作成して、そのプロパティを設定します。
関数と同様に、引数を指定してオブジェクトを呼び出します。

System object の機能の詳細については、System object とはを参照してください。

作成

構文

gik = generalizedInverseKinematics

gik = generalizedInverseKinematics('RigidBodyTree',rigidbodytree,'ConstraintInputs',inputTypes)

gik = generalizedInverseKinematics(Name,Value)

説明

例

gik = generalizedInverseKinematics は剛体ツリーモデルが指定されない汎用逆運動学ソルバーを返します。このソルバーを使用する前に rigidBodyTree モデルと ConstraintInputs プロパティを指定します。

gik = generalizedInverseKinematics('RigidBodyTree',rigidbodytree,'ConstraintInputs',inputTypes) は剛体ツリーモデルおよび想定される拘束入力が指定された汎用逆運動学ソルバーを返します。

gik = generalizedInverseKinematics(Name,Value) は、指定された各プロパティ名が 1 つ以上の Name,Value のペアの引数によって指定された値に設定された汎用逆運動学ソルバーを返します。Name は一重引用符 ('') で囲まれていなければなりません。名前と値のペアの引数を複数、任意の順序で、Name1,Value1,...,NameN,ValueN のように指定できます。

プロパティ

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特に指定がない限り、プロパティは "調整不可能" です。つまり、オブジェクトを呼び出した後にプロパティ値を変更することはできません。オブジェクトは呼び出し時にロックされ、関数 release でロック解除されます。

プロパティが "調整可能" な場合は、いつでも値を変更できます。

プロパティ値の変更の詳細については、System object を使用した MATLAB でのシステム設計を参照してください。

`NumConstraints` — 拘束入力の数
スカラー

このプロパティは読み取り専用です。

拘束入力の数。スカラーとして指定します。このプロパティの値は、ConstraintInputs プロパティで指定された拘束タイプの数です。

`ConstraintInputs` — 拘束入力タイプ
文字ベクトルの cell 配列

拘束入力タイプ。文字ベクトルの cell 配列として指定します。考えられる拘束入力タイプと関連付けられているその拘束オブジェクトは次のとおりです。

'orientation' — constraintOrientationTarget
'position' — constraintPositionTarget
'pose' — constraintPoseTarget
'aiming' — constraintAiming
'cartesian' — constraintCartesianBounds
'jointbounds' — constraintJointBounds
'distance' — constraintDistanceBounds

拘束された動きが 2 つのボディ間の追加ジョイントと類似するように、2 つの鋼体を拘束する閉ループのジョイントの拘束もあります。それぞれの拘束入力タイプと関連付けられているその拘束オブジェクトは次のとおりです。

'revolutejoint' — constraintRevoluteJoint
'prismaticjoint' — constraintPrismaticJoint
'fixedjoint' — constraintFixedJoint

拘束オブジェクトを使用して必須パラメーターを指定し、これらのオブジェクトタイプをオブジェクトを呼び出すときにオブジェクトに渡します。次に例を示します。

汎用逆運動学ソルバーオブジェクトを作成します。RigidBodyTree プロパティと ConstraintInputs プロパティを指定します。

gik = generalizedInverseKinematics(...
					'RigidBodyTree',rigidbodytree,
					'ConstraintInputs',{'position','aiming'});

対応する拘束オブジェクトを作成します。

positionTgt = constraintPositionTarget('left_palm');
aimConst = constraintAiming('right_palm');

拘束オブジェクトを初期推定と共にソルバーオブジェクトに渡します。

configSol = gik(initialGuess,positionTgt,aimConst);

`RigidBodyTree` — 剛体ツリーモデル
`rigidBodyTree` オブジェクト

剛体ツリーモデル。rigidBodyTree オブジェクトとして指定します。ソルバーを使用する前にこのプロパティを定義します。剛体ツリーモデルを変更したら、その剛体ツリーをこのプロパティに再割り当てします。次に例を示します。

IK ソルバーを作成し、剛体ツリーを指定します。

gik = generalizedInverseKinematics(...
					'RigidBodyTree',rigidbodytree,
					'ConstraintInputs',{'position','aiming'});

剛体ツリーモデルを変更します。

addBody(rigidbodytree,rigidBody('body1'),'base')

剛体ツリーを IK ソルバーに再割り当てします。剛体ツリーモデルを変更する前にソルバーまたは関数 step が呼び出された場合、release を使用して、プロパティの変更を許可します。

gik.RigidBodyTree = rigidbodytree;

`SolverAlgorithm` — 逆運動学の求解アルゴリズム
`'BFGSGradientProjection'` (既定値) | `'LevenbergMarquardt'`

逆運動学の求解アルゴリズム。'BFGSGradientProjection' または 'LevenbergMarquardt' として指定します。各アルゴリズムの詳細については、逆運動学のアルゴリズムを参照してください。

`SolverParameters` — アルゴリズムに関連付けられたパラメーター
構造体

指定したアルゴリズムに関連付けられたパラメーター。構造体として指定します。構造体のフィールドはアルゴリズムに固有です。ソルバーパラメーターを参照してください。

使用法

構文

[configSol,solInfo] = gik(initialguess,constraintObj,...,constraintObjN)

説明

[configSol,solInfo] = gik(initialguess,constraintObj,...,constraintObjN) は初期推定および拘束の説明オブジェクトのコンマ区切りリストに基づいて、ジョイントコンフィギュレーション configSol を検出します。拘束の説明の数は ConstraintInputs プロパティによって決まります。

入力引数

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`initialguess` — ロボットコンフィギュレーションの初期推定
構造体配列 | ベクトル

ロボットコンフィギュレーションの初期推定。構造体配列またはベクトルとして指定します。initialguess の値は gik で指定されている RigidBodyTree プロパティで指定されたオブジェクトの DataFormat プロパティによって決まります。

この初期推定を使用して、ターゲットのロボットコンフィギュレーションにソルバーを誘導します。ただし、解がこの初期推定に近いことは保証されていません。

`constraintObj,...,constraintObjN` — 拘束の説明
拘束オブジェクト

gik の ConstraintInputs プロパティによって定義される拘束の説明。以下の 1 つ以上の拘束オブジェクトとして指定します。

出力引数

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`configSol` — ロボットコンフィギュレーションの解
構造体配列 | ベクトル

ロボットコンフィギュレーションの解。gik で指定されている RigidBodyTree プロパティで指定されたオブジェクトの DataFormat プロパティに応じて、構造体配列またはベクトルとして返されます。

この構造体配列には次のフィールドが含まれます。

JointName — RigidBodyTree ロボットモデルで指定されたジョイント名の文字ベクトル
JointPosition — 対応するジョイントの位置

ベクトル出力は、構造体の出力に対して JointPosition で与えられるジョイント位置の配列です。

このジョイントコンフィギュレーションは、ターゲットのエンドエフェクタ姿勢を解の許容誤差の範囲内で達成する、計算された解です。

メモ

回転ジョイントについて、ジョイント制限がジョイント位置のラッピングが発生する 2*pi の範囲を超えた場合、返されるジョイント位置はジョイントの下限に最も近いものになります。

`solInfo` — 解法情報
構造体

解法情報。以下のフィールドを含む構造体として返されます。

Iterations — ソルバーによって実行される反復回数。
NumRandomRestarts — ソルバーが局所的最小値で止まったことによるランダムリスタートの回数。
ConstraintViolation — 拘束に関する情報。構造体配列として返されます。配列の各構造体には以下のフィールドが含まれます。
- Type:ConstraintInputs プロパティで指定された、対応する拘束入力のタイプ。
- Violation:対応する拘束タイプの拘束違反のベクトル。0 は拘束が満たされることを示します。
ExitFlag — ソルバーの実行と、ソルバーが戻った原因に関する詳細を提供するコード。各ソルバータイプの終了フラグについては、終了フラグを参照してください。
Status — 解が各拘束 ('success') で定義された許容誤差の範囲内に収まっているかを記述する文字ベクトル。解が許容誤差の範囲外の場合、ソルバーが見つけられる最適解が与えられます ('best available')。

オブジェクト関数

オブジェクト関数を使用するには、System object を最初の入力引数として指定します。たとえば、obj という名前の System object のシステムリソースを解放するには、以下の構文を使用します。

release(obj)

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全 System object 共通

`step`	System object のアルゴリズムの実行
`release`	リソースを解放し、System object のプロパティ値と入力特性の変更を可能にします。
`reset`	System object の内部状態のリセット

例

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一連の拘束に対する汎用逆運動学の求解

ライブスクリプトを開く

指定した位置でロボットアームを保持し、ロボットベースに向かう汎用逆運動学ソルバーを作成します。必要な拘束パラメーターをソルバーに渡す拘束オブジェクトを作成します。

Robotics System Toolbox™ loadrobotから KUKA iiwa 14 ロボットモデルを読み込みます。rigidBodyTree オブジェクトとして返されます。

manipulator = loadrobot("kukaIiwa14");

汎用逆運動学を解くための System object™ を作成します。

gik = generalizedInverseKinematics;

KUKA LBR ロボットを使用するように System object を設定します。

gik.RigidBodyTree = manipulator;

拘束入力として constraintAiming オブジェクトおよび constraintPositionTarget オブジェクトを必要とするようにソルバーに指定します。

gik.ConstraintInputs = {"position","aiming"};

2 つの拘束オブジェクトを作成します。

iiwa_link_ee_kuka という名前のボディの原点はロボットの base 座標系を基準とする [0.0 0.5 0.5] に配置されます。
iiwa_link_ee_kuka という名前のボディの "z" 軸はロボットの base 座標系の原点に向かいます。

posTgt = constraintPositionTarget("iiwa_link_ee_kuka");
posTgt.TargetPosition = [0.0 0.5 0.5];

aimCon = constraintAiming("iiwa_link_ee_kuka");
aimCon.TargetPoint = [0.0 0.0 0.0];

拘束を満たすコンフィギュレーションを求めます。ConstraintInputs プロパティで指定された順序で、拘束オブジェクトを System object に渡す必要があります。ロボットコンフィギュレーションで初期推定を指定します。

q0 = homeConfiguration(manipulator); % Initial guess for solver
[q,solutionInfo] = gik(q0,posTgt,aimCon);

ソルバーによって返されるコンフィギュレーションを可視化します。

show(manipulator,q);
title(sprintf("Solver status: %s", solutionInfo.Status))
axis([-0.75 0.75 -0.75 0.75 -0.5 1])

ターゲット位置からベースの原点までのラインセグメントをプロットします。tool0 座標系の原点はセグメントの一方の端と一致し、その z 軸はセグメントと揃えられます。

hold on
plot3([0.0 0.0],[0.5 0.0],[0.5 0.0],"--o")
hold off

拡張機能

C/C++ コード生成
MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

コード生成を使用する際には、オブジェクトの構築時に ConstraintInputs プロパティと RigidBodyTree プロパティを指定する必要があります。次に例を示します。

gik = generalizedInverseKinematics(...
    'ConstraintInputs',{'pose','position'},...
    'RigidBodyTree',rigidbodytree);

また、作成後に SolverAlgorithm プロパティを変更することはできません。作成時にソルバーアルゴリズムを指定するには、次を使用します。

gik = generalizedInverseKinematics(...
    'ConstraintInputs',{'pose','position'},...
    'RigidBodyTree',rigidbodytree,...
    'SolverAlgorithm','LevenbergMarquardt');

バージョン履歴

R2017a で導入

すべて展開する

R2019b: 名前を `generalizedInverseKinematics` に変更

オブジェクト名が robotics.GeneralizedInverseKinematics から generalizedInverseKienematics に変更されました。すべてのオブジェクト作成で generalizedInverseKienematics を使用してください。

参考

オブジェクト

analyticalInverseKinematics | inverseKinematics | constraintPoseTarget | constraintPositionTarget | constraintAiming | constraintCartesianBounds | constraintJointBounds | constraintOrientationTarget

generalizedInverseKinematics

説明

作成

構文

説明

プロパティ

NumConstraints — 拘束入力の数 スカラー

ConstraintInputs — 拘束入力タイプ 文字ベクトルの cell 配列

RigidBodyTree — 剛体ツリー モデル rigidBodyTree オブジェクト

SolverAlgorithm — 逆運動学の求解アルゴリズム 'BFGSGradientProjection' (既定値) | 'LevenbergMarquardt'

SolverParameters — アルゴリズムに関連付けられたパラメーター 構造体

使用法

構文

説明

入力引数

initialguess — ロボット コンフィギュレーションの初期推定 構造体配列 | ベクトル

constraintObj,...,constraintObjN — 拘束の説明 拘束オブジェクト

出力引数

configSol — ロボット コンフィギュレーションの解 構造体配列 | ベクトル

solInfo — 解法情報 構造体

オブジェクト関数

全 System object 共通

例

一連の拘束に対する汎用逆運動学の求解

拡張機能

C/C++ コード生成 MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

バージョン履歴

R2019b: 名前を generalizedInverseKinematics に変更

参考

オブジェクト

トピック

`NumConstraints` — 拘束入力の数
スカラー

`ConstraintInputs` — 拘束入力タイプ
文字ベクトルの cell 配列

`RigidBodyTree` — 剛体ツリーモデル
`rigidBodyTree` オブジェクト

`SolverAlgorithm` — 逆運動学の求解アルゴリズム
`'BFGSGradientProjection'` (既定値) | `'LevenbergMarquardt'`

`SolverParameters` — アルゴリズムに関連付けられたパラメーター
構造体

`initialguess` — ロボットコンフィギュレーションの初期推定
構造体配列 | ベクトル

`constraintObj,...,constraintObjN` — 拘束の説明
拘束オブジェクト

`configSol` — ロボットコンフィギュレーションの解
構造体配列 | ベクトル

`solInfo` — 解法情報
構造体

C/C++ コード生成
MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

R2019b: 名前を `generalizedInverseKinematics` に変更