附录_子课程二_力控
本文档属于 Robotics Tutorial 项目，作者：Pengfei Guo，达妙科技。采用 CC BY 4.0 协议，转载请注明出处。
子课程二附录(力控 F01-F10)¶
【力控】附录 A:项目精读优先级表¶
附录不维护独立 Stars 快照；核心 C++ 项目可参考调研报告主表（截至 2026-04 查询），学习/RL/遥操作项目以项目主页为准，表内仅保留项目索引。
| 优先级 | 项目 | GitHub | Stars 口径 | 精读重点 | 对应章节 |
|---|---|---|---|---|---|
| ★★★★★ | libfranka | frankaemika/libfranka | 见调研报告/项目主页 | 阻抗/力控/关节阻抗三个示例 | F03, F04 |
| ★★★★★ | CRISP | utiasDSL/crisp_controllers | 见项目主页 | 七项控制律;error clipping;策略集成 | F04, F09 |
| ★★★★★ | ros2_controllers | ros-controls/ros2_controllers | 见调研报告/项目主页 | admittance_controller 导纳律 | F05 |
| ★★★★★ | Pinocchio | stack-of-tasks/pinocchio | 见调研报告/项目主页 | 操作空间 Λ/J̄/N 计算 | F02, F07 |
| ★★★★★ | legged_control | qiayuanl/legged_control | 见调研报告/项目主页 | OCS2+WBC 架构;HoQp | F08 |
| ★★★★★ | mc_rtc | jrl-umi3218/mc_rtc | 见调研报告/项目主页 | 四种力控任务;人形 WBC | F07 |
| ★★★★☆ | FZI cartesian_controllers | fzi.../cartesian_controllers | 见调研报告/项目主页 | FDCC 虚拟正向动力学 | F05 |
| ★★★★☆ | matthias-mayr CIC | matthias-mayr/Cartesian-Impedance-Controller | 见调研报告/项目主页 | 非对角 K;rqt 调参 | F04 |
| ★★★★☆ | serl_franka_controllers | rail-berkeley/serl_franka_controllers | 见调研报告/项目主页 | error clipping;RL 底层 | F04, F09 |
| ★★★★☆ | TSID | stack-of-tasks/tsid | 见调研报告/项目主页 | Contact6d;加权 QP WBC | F07 |
| ★★★★☆ | qm_control | skywoodsz/qm_control | 见调研报告/项目主页 | 四足+臂力控 QP | F08 |
| ★★★★☆ | MIT Cheetah-Software | mit-biomimetics/Cheetah-Software | 见调研报告/项目主页 | 凸 MPC + WBIC | F08 |
| ★★★★☆ | robosuite | ARISE-Initiative/robosuite | 见调研报告/项目主页 | OSC 控制器;RL 基准 | F09 |
| ★★★☆☆ | SERL | rail-berkeley/serl | 见调研报告/项目主页 | RLPD 算法;actor-learner 架构 | F09 |
| ★★★☆☆ | Drake | RobotLocomotion/drake | 见调研报告/项目主页 | 接触物理;IDS 控制 | F02 |
| ★★★☆☆ | OpenSoT | ADVRHumanoids/OpenSoT | 见调研报告/项目主页 | 严格 HQP;COMAN | F07 |
| ★★★☆☆ | FALCON | LeCAR-Lab/FALCON | 见调研报告/项目主页 | 双智能体 RL;力课程 | F09 |
| ★★★☆☆ | mujoco_mpc | google-deepmind/mujoco_mpc | 见调研报告/项目主页 | 采样 MPC;gRPC | F08 |
| ★★☆☆☆ | pink | stephane-caron/pink | 见调研报告/项目主页 | Python IK+CBF;教学 | F07 |
| ★★☆☆☆ | control-toolbox | ethz-adrl/control-toolbox | 见调研报告/项目主页 | iLQR/GNMS;CppAD | F08 |
【力控】附录 B:论文精读路线(按重要性排序)¶
必读论文(12 篇)¶
- Hogan 1985 — 阻抗控制三部曲;力控的第一性原理
- Khatib 1987 — 操作空间动力学;动力学一致伪逆
- Raibert & Craig 1981 — 混合位置/力控制;选择矩阵
- Albu-Schäffer, Ott, Hirzinger 2007 IJRR — 柔性关节统一无源性;Franka 理论基础
- De Luca et al. 2006 IROS — 动量观测器;碰撞检测
- Kronander & Billard 2016 T-RO — 变阻抗稳定性;闭式阻尼条件
- Kim et al. 2019 IROS — WBIC;MIT Mini Cheetah
- Villani & De Schutter 2008 — Springer Handbook 力控章节;分类教学
- Chi et al. 2023 RSS — Diffusion Policy;学习+力控新范式
- Luo et al. 2024 ICRA — SERL;25 分钟学会精密装配
- Sleiman et al. 2023 Science Robotics — 多接触 loco-manipulation
- Abu-Dakka & Saveriano 2020 — 变阻抗综述;40 年全景
推荐论文(15 篇)¶
- Mason 1981 — C-surface;约束空间分析
- Salisbury 1980 IEEE CDC — 主动刚度控制;被动→主动柔顺的桥梁
- Chiaverini & Sciavicco 1993 — 并行力/位控
- Ott 2008 T-RO — SEA 柔性关节阻抗
- Ferraguti et al. 2013 — 能量罐无源性
- Sentis & Khatib 2005 — 多优先级 WBC
- Haddadin et al. 2009 IJRR — 碰撞安全
- Dietrich 2015 IJRR — 零空间投影对比
- Martín-Martín et al. 2019 IROS — VICES;RL+阻抗动作空间
- Buchli et al. 2011 IJRR — PI² 学习变阻抗
- Di Carlo et al. 2018 IROS — 凸 MPC;单刚体简化
- Zhang(LeCAR) 2025 — FALCON;力自适应人形
- Haddadin 2017 T-RO — 碰撞综述;8 步流水线
- De Schutter & Van Brussel 1988 IJRR — 任务帧形式化;柔顺框架概念
- Scherzinger et al. 2017 IROS — FDCC;虚拟正向动力学柔顺控制
【力控】附录 C:推荐学习路线¶
速成路线(10 周,全职)¶
适合有明确项目需求(如:公司要做 Franka 装配)的工程师。
Week 1-2: F01(导论) + F03(经典算法)——理论基础
Week 3-4: F04(libfranka 阻抗)——核心技能
Week 5-6: F05(ros2_controllers 导纳)——通用方案
Week 7: F06(变阻抗+安全,重点 ISO 和 PiH)——工业必备
Week 8-10: F10(综合实战路线 α)——系统集成
跳过:F02(深度数学)、F07-F08(浮动基座)、F09(RL)。
完整路线(28 周,全职)¶
按大纲顺序从 F01 到 F10 完整学习,不跳过任何章节。
RL 优先路线(14 周,全职)¶
适合已有足式 RL 背景、想进入力控+学习研究的工程师。
Week 1: F01(导论——重点"力控技术栈全景分类"和"控制频率层级"小节)
Week 2: F03(经典算法——重点 Hogan 阻抗)
Week 3-4: F04(CRISP——重点策略集成)
Week 5: F06(变阻抗——重点 VICES/KB 条件)
Week 6-7: F09(学习型力控——核心章节)
Week 8-9: F07(TSID/mc_rtc——理解 WBC 力跟踪)
Week 10-11: F08(legged_control/FALCON——腿足力控 RL)
Week 12-14: 自选方向深入(SERL 复现/FALCON 复现/CRISP+Diffusion)
【力控】附录 D:与 SLAM 大纲 v8 的衔接点¶
| v8 章节 | 力控大纲衔接 | 衔接说明 |
|---|---|---|
| Ch11 Eigen 深度 | F02, F04, F07 | Λ/J̄/N 计算;Map 零拷贝;固定大小类型 |
| Ch12-14 模板 | F04, F05 | ros2_control ControllerInterface;CRTP 在力控中不常用 |
| Ch17 Ceres | F02 | Hessian 结构 ≅ 操作空间 Λ 的 Schur 补 |
| Ch19-20 并发 | F04 | libfranka 1 kHz 回调;RealtimeBuffer |
| Ch25 GTSAM 因子图 | F02, F07 | KKT 块三对角 ≅ 因子图 Hessian 块三对角 |
| Ch31 ROS2 高级 | F04, F05, F07 | ros2_control 完整框架 |
| Ch36 CUDA 基础 | F09 | Isaac Lab RL 训练;GPU 策略推理 |
| Ch40-46 SLAM 精读 | F08 | 状态估计(KF/VIO)用于腿足;感知不是力控核心 |
| 博士前数学专题 3 | F02 | SO(3)/SE(3) 李群:姿态阻抗误差 |
【力控】附录 E:硬件平台推荐¶
仿真优先(零成本入门)¶
| 组件 | 推荐 | 说明 |
|---|---|---|
| 仿真器 | MuJoCo + mujoco_ros2_control | 接触物理最佳;免费 |
| 替代 | Gazebo + gazebo_ros2_control | ROS2 生态默认;物理较差 |
| 开发机 | Ubuntu 22.04 + RTX 3060+ | RL 训练需要 GPU |
| IDE | VSCode + clangd + CMake Tools | C++ 开发标配 |
最小化真机(~$30k-50k)¶
| 组件 | 推荐 | 价格 |
|---|---|---|
| 机器人 | Franka Research 3(FR3) | ~$25-35k |
| F/T 传感器 | Bota SensONE(内置于 FR3) | 含在机器人价格中 |
| 工作站 | i9 + 64GB + RTX 4090 + PREEMPT_RT | ~$5-8k |
| 工具 | 3D 打印末端执行器 + peg-in-hole 治具 | ~$500 |
| 总计 | ~$30-45k |
腿足力控真机(~$15k-50k)¶
| 组件 | 推荐 | 说明 |
|---|---|---|
| 四足 | Unitree Go2(Edu 版) | ~$2.8k;12 DOF;关节力矩模式 |
| 四足+臂 | Unitree Go2 + Z1 臂 | ~$8k;qm_control 直接适配 |
| 人形 | Unitree G1 | ~$16k;FALCON 适配 |
| 算力 | Jetson Orin(机载) + 工作站(训练) | ~\(3k+\)5k |
| 总计 | ~$15-30k |
版本历史¶
| 版本 | 日期 | 变更 |
|---|---|---|
| v0.1 | 2026-04-20 | 初版完成:10 章(F01-F10) + 附录 A-E |
| v0.2 | 2026-04-20 | 扩展柔顺控制内容:F01"力控技术栈全景分类/控制频率层级"、F03"被动柔顺与主动柔顺的工程集成"、F05"柔顺控制统一视角与工业案例";附录 B 增补柔顺相关论文 |
子课程二全文完。
致谢：本大纲的科研脉络梳理参考了以下核心实验室的公开论文和开源代码:DLR Robotics(Albu-Schäffer/Ott/Hirzinger)、MIT Biomimetics(Kim/Katz/Di Carlo)、Stanford ASL(Khatib)、EPFL LASA(Billard/Kronander)、TUM MIRMI(Haddadin/Schoellig/San José Pro)、KUL(De Schutter)、LAAS/JRL-CNRS(mc_rtc 团队)、ETH RSL(Hutter/Sleiman)、Berkeley RAIL(Levine/Luo)、CMU LeCAR(Shi/Zhang)、NYU CIMS(Righetti/Bogdanovic)、UPenn GRASP(Kumar)、IIT(Tsagarakis)、FZI Karlsruhe(Scherzinger)。所有论文引用和项目星数截至 2026-04 查询。