执行器

一个关节系统由驱动关节组成，也称为自由度（DOF）。在物理系统中，驱动通常通过主动组件进行，例如电动或液压马达，或通过被动组件，例如弹簧。这些组件可能会引入某些非线性特性，包括延迟或最大可产生的速度或扭矩。

在仿真中，关节可以是位置控制、速度控制或扭矩控制。对于位置和速度控制，物理引擎内部实现了一个弹簧-阻尼（PD）控制器，用于计算作用在执行关节上的扭矩。在扭矩控制中，命令直接设置为关节力。虽然这模拟了关节机制的理想行为，但并不能真实地模拟驱动器在现实世界中的工作方式。因此，我们提供了一个机制来注入外部模型，以计算关节命令，以代表物理机器人的行为。

执行器模型

我们命名两种不同类型的执行器模型:

1. 隐式: 对应于理想的仿真机制（由物理引擎提供）。

2. 显式: 对应于外部驱动器模型（由用户实现）。

显式执行器模型执行两个步骤: 1）计算用于跟踪输入命令的期望关节力矩，2）根据电机能力对期望力矩进行裁减。裁减后的力矩是设置到模拟中的期望执行力。

作为理想显式执行器模型的示例，我们提供 isaaclab.actuators.IdealPDActuator 类，它实现了具有前馈力的 PD 控制器，并根据配置的最大力进行简单剪裁。

\[\begin{split}\tau_{j, computed} & = k_p * (q_{des} - q) + k_d * (\dot{q}_{des} - \dot{q}) + \tau_{ff} \\ \tau_{j, max} & = \gamma \times \tau_{motor, max} \\ \tau_{j, applied} & = clip(\tau_{computed}, -\tau_{j, max}, \tau_{j, max})\end{split}\]

其中， \(k_p\) 和 \(k_d\) 是关节刚度和阻尼增益， \(q\) 和 \(\dot{q}\) 是当前关节位置和速度， \(q_{des}\) , \(\dot{q}_{des}\) 和 \(\tau_{ff}\) 是期望的关节位置、速度和力矩指令。参数 \(\gamma\) 和 \(\tau_{motor, max}\) 是齿轮箱传动比和最大电机力矩。

执行器组

执行器模型本身是计算块，其输入为期望的关节命令，并输出应用于模拟器的关节命令。它们不包含任何关于它们自身作用的关节的知识。这些由 isaaclab.assets.Articulation 类处理，该类包装了物理引擎的关节类。

执行器被聚合为一组在关节上被激活的执行器，这些关节使用相同的执行器模型。例如，四足动物机器人ANYmal-C使用串联弹性执行器ANYdrive 3.0作为所有关节的执行器。此分组配置了这些关节的执行器模型，将输入命令转换为关节级别的命令，并将关节动作返回到模拟器中。如果有一只手臂使用不同的执行器模型，比如直流电机，就需要配置不同的执行器组。

以下图显示了一个腿式移动机械臂的执行器组。

参见

我们为各种显式执行器模型提供实现。这些详细信息可在 isaaclab.actuators 子包中找到。