MuJoCo: Eine Physik-Engine für modellbasiertes Steuerung

Wir beschreiben eine neue Physik-Engine, die speziell für modellbasiertes Steuerung entwickelt wurde. Mehrgelenk-Dynamiken werden in generalisierten Koordinaten dargestellt und durch rekursive Algorithmen berechnet. Kontaktreaktionen werden mittels effizienter neuer Algorithmen berechnet, die wir entwickelt haben, basierend auf dem modernen Velocity-Stepping-Ansatz, der die Probleme mit Federdämpfern vermeidet. Modelle werden entweder mit einer C++ API auf hohem Niveau oder einem intuitiven XML-Dateiformat spezifiziert. Ein eingebauter Compiler transformiert das Benutzermodell in eine optimierte Datenstruktur für die Laufzeitberechnung. Die Engine kann sowohl Vorwärts- als auch Inversdynamik berechnen. Letztere sind auch bei Kontakten und Gleichheitsbedingungen eindeutig definiert. Das Modell kann Sehnenwicklungen sowie Aktivierungszustände von Aktuatoren (z.B. pneumatische Zylinder oder Muskeln) umfassen. Zur Erleichterung optimaler Steuerungsanwendungen und insbesondere Sampling und finiter Differenzen können die Dynamiken für verschiedene Zustände und Steuerungen parallel ausgewertet werden. Rund 400.000 Dynamik-Evaluierungen pro Sekunde sind auf einem 12-Kern-Rechner möglich, für einen 3D-Humanoiden mit 18 Freiheitsgraden und 6 aktiven Kontakten. Wir haben die Engine bereits in mehreren Steuerungsanwendungen eingesetzt. Sie wird bald öffentlich verfügbar sein.