소스 정보
- 저장소
- MIUAV/vibe-coding-ros2
- 최근 소스 활동
- 2026년 4월 3일 16:42
- 감지된 SKILL.md 언어
- 중국어
- 스타
- 26
- 포크
- 2
설치 방법
기본적으로 소스를 먼저 확인하는 Prompt가 선택됩니다. 직접 명령으로 전환하거나 로컬 사본을 다운로드할 수도 있습니다.
소스 파일 검토
설치 여부를 결정하기 전에 SKILL.md와 SkillsMP에 표시된 보조 파일을 읽어 보세요.
메뉴
기본적으로 소스를 먼저 확인하는 Prompt가 선택됩니다. 직접 명령으로 전환하거나 로컬 사본을 다운로드할 수도 있습니다.
설치 여부를 결정하기 전에 SKILL.md와 SkillsMP에 표시된 보조 파일을 읽어 보세요.
Codex 또는 Claude로 설치 이 Prompt를 복사해 Codex, Claude 또는 다른 어시스턴트에 붙여 넣으면 Skill 페이지를 검토하고 설치를 진행할 수 있습니다.
직접 명령은 검토 Prompt를 거치지 않습니다. 실행하기 전에 소스를 확인하세요.
npx skills add https://github.com/MIUAV/vibe-coding-ros2 --skill force-position-hybrid명령은 한 줄로 유지됩니다. 복사하기 전에 가로로 스크롤해 전체 내용을 확인하세요.
로컬 사본을 원하시나요? SkillsMP에서 현재 제공할 수 있는 파일을 다운로드하세요.
SOC 직업 분류 기준
SKILL.md 표시 중
| name | force-position-hybrid |
| description | 机械臂力位混合控制技能 - 任务空间选择矩阵、力/位置并行控制、装配应用、ROS2实现 |
| argument-hint | 力位混合 OR hybrid force position OR 任务空间 OR 力控制 OR 装配 |
| user-invocable | true |
用于实现机械臂的混合力位控制,在任务空间同时进行力控制和位置控制,典型应用于装配、插销、磨削等场景
当需要以下帮助时使用此技能:
力位混合控制核心:
在任务空间定义选择矩阵 S
- S[i]=1 → 该方向力控制
- S[i]=0 → 该方向位置控制
常用配置(擦拭任务):
方向: X Y Z Rx Ry Rz
0 0 1 0 0 0 → Z向力控制,其余位置控制
| 任务 | 位置控制方向 | 力控制方向 |
|---|---|---|
| 擦玻璃 | X, Y, Rz | Z (法向力) |
| 销钉插孔 | X, Y | Z (插入力) |
| 磨削 | Rz | X, Y, Z (法向力) |
| 开门 | X, Y, Z, Rz | Ry (力矩) |
import numpy as np
from typing import Tuple, List
class TaskSpaceModel:
"""任务空间模型"""
def __init__(self, n_joints: int):
self.n = n_joints
self.joint_limits = np.zeros((n_joints, 2))
# 雅可比矩阵(需要实时更新)
self.J = np.zeros((6, n_joints))
self.J_dot = np.zeros((6, n_joints)) # 雅可比时间导数
def compute_jacobian(self, q: np.ndarray, robot_model) -> np.ndarray:
"""计算雅可比矩阵"""
# 末端执行器雅可比
# J = [Jv; Jw] - 线速度和角速度雅可比
return robot_model.get_jacobian(q)
def joint_to_task_torque(
self,
tau_task: np.ndarray,
J: np.ndarray
) -> np.ndarray:
"""
将任务空间力矩转换为关节空间力矩
Args:
tau_task: 6D 任务空间力矩 (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz)
J: 6xn 雅可比矩阵
Returns:
tau_joints: n 关节力矩
"""
# 逆雅可比转置(常用简化)
return J.T @ tau_task
class HybridForcePositionController:
"""
混合力位控制器
基于任务空间选择矩阵,在不同方向上分别执行力控制和位置控制
"""
def __init__(self, n_joints: int):
self.n = n_joints
# === 选择矩阵 ===
# S[i] = 1 → i 方向力控制
# S[i] = 0 → i 方向位置控制
self.S = np.zeros(6) # 默认全位置控制
# === 位置控制增益 ===
self.Kp_pos = np.diag([50.0] * 6)
self.Kd_pos = np.diag([15.0] * 6)
# === 力控制增益 ===
self.Kp_force = np.diag([2.0] * 6)
self.Ki_force = np.diag([0.5] * 6)
self.Kd_force = np.diag([0.2] * 6)
# 积分状态
self.force_integral = np.zeros(6)
# 期望值
self.Xd = np.zeros(6) # 期望位置
self.Fd = np.zeros(6) # 期望力
# 任务空间惯性矩阵(用于动力学前馈)
self.M_task = np.eye(6)
def set_force_control_directions(self, directions: []):
.S[:] =
d directions:
.S[d] =
.force_integral = np.zeros()
():
.S[:] =
d directions:
.S[d] =
.force_integral = np.zeros()
() -> np.ndarray:
pos_error = Xd - X
pos_error_dot = -X_dot
F_pos = .Kp_pos @ pos_error + .Kd_pos @ pos_error_dot
force_error = Fd - F_ext
.force_integral += force_error * dt
max_integral = np.array([] * )
.force_integral = np.clip(.force_integral, -max_integral, max_integral)
F_force = .Kp_force @ force_error + \
.Ki_force @ .force_integral
S = .S
F_cmd = np.zeros()
i ():
S[i] > :
F_cmd[i] = F_force[i]
:
F_cmd[i] = F_pos[i]
F_cmd
() -> np.ndarray:
tau = J.T @ F_cmd
tau
class PegInHoleController:
"""
销钉插入控制器
阶段1: 接近(位置控制移动到孔上方)
阶段2: 搜索(力控制法向,位置控制切向)
阶段3: 插入(Z向位置控制 + 径向力适应)
阶段4: 到位(位置锁定)
"""
def __init__(self, n_joints: int):
self.hybrid = HybridForcePositionController(n_joints)
self.phase = "approach"
self.insertion_depth = 0.0
self.max_insertion = 0.05 # 5cm
# 接近位置
self.approach_pose = np.zeros(6)
self.approach_pose[2] = 0.1 # 孔上方 10cm
# 插入时的力阈值
self.force_threshold = 5.0 # N
# 成功标志
self.insertion_complete = False
def plan(self, hole_position: np.ndarray) -> dict:
"""
规划插入任务
Args:
hole_position: 孔的位置 (x, y, z)
Returns:
控制参数
"""
# 接近点在孔上方 5cm
self.approach_pose[:3] = hole_position
self.approach_pose[2] += 0.05
return {
"approach_pose": self.approach_pose,
"insertion_force": ,
: [, ],
}
() -> np.ndarray:
.phase == :
._phase_approach(X, dt)
.phase == :
._phase_search(X, F_ext, dt)
.phase == :
._phase_insertion(X, F_ext, dt)
:
np.zeros()
() -> np.ndarray:
.hybrid.set_position_control_directions([, , , , , ])
.hybrid.compute_task_wrench(
X, np.zeros(), np.zeros(),
.approach_pose, np.zeros(), dt
)
() -> np.ndarray:
.hybrid.set_force_control_directions([, ])
.hybrid.set_position_control_directions([, , , ])
(F_ext[]) > .force_threshold:
.phase =
.insertion_depth =
target = .approach_pose.copy()
target[] -= * dt
.hybrid.compute_task_wrench(
X, np.zeros(), F_ext,
target, np.zeros(), dt
)
() -> np.ndarray:
.hybrid.set_position_control_directions([, , , ])
Fd = np.array([, , , , , ])
target = .approach_pose.copy()
target[] -= .max_insertion
.hybrid.compute_task_wrench(
X, np.zeros(), F_ext,
target, Fd, dt
)
#!/usr/bin/env python3
"""混合力位控制 ROS2 节点"""
import rclpy
from rclpy.node import Node
from sensor_msgs.msg import JointState
from geometry_msgs.msg import WrenchStamped
from std_msgs.msg import Float64MultiArray
import numpy as np
class HybridControlNode(Node):
def __init__(self):
super().__init__('hybrid_force_position_control')
# 参数
self.declare_parameter('n_joints', 6)
self.declare_parameter('control_mode', 'hybrid') # hybrid / position / force
self.n = self.get_parameter('n_joints').value
# 控制器
self.hybrid = HybridForcePositionController(self.n)
self.task_model = TaskSpaceModel(self.n)
# 状态
self.q = np.zeros(self.n)
self.q_dot = np.zeros(self.n)
self.end_effector_pose = np.zeros(6)
self.F_ext = np.zeros()
.target_pose = np.zeros()
.target_force = np.zeros()
.joint_state_sub = .create_subscription(
JointState, , .joint_callback, )
.ft_sub = .create_subscription(
WrenchStamped, , .ft_callback, )
.target_sub = .create_subscription(
Float64MultiArray, , .target_callback, )
.tau_pub = .create_publisher(
Float64MultiArray, , )
.timer = .create_timer(, .control_loop)
.get_logger().info()
():
(msg.position) >= .n:
.q = np.array(msg.position[:.n])
(msg.velocity) >= .n:
.q_dot = np.array(msg.velocity[:.n])
.end_effector_pose = .fkine(.q)
():
.F_ext[] = msg.wrench.force.x
.F_ext[] = msg.wrench.force.y
.F_ext[] = msg.wrench.force.z
.F_ext[] = msg.wrench.torque.x
.F_ext[] = msg.wrench.torque.y
.F_ext[] = msg.wrench.torque.z
():
data = np.array(msg.data)
(data) >= :
.target_pose = data[:]
.target_force = data[:]
i ():
(.target_force[i]) > :
.hybrid.S[i] =
:
.hybrid.S[i] =
():
dt =
J = .task_model.compute_jacobian(.q, .robot_model)
F_cmd = .hybrid.compute_task_wrench(
.end_effector_pose, np.zeros(), .F_ext,
.target_pose, .target_force, dt
)
tau_cmd = J.T @ F_cmd
cmd = Float64MultiArray()
cmd.data = tau_cmd.tolist()
.tau_pub.publish(cmd)
() -> np.ndarray:
np.zeros()
# launch/hybrid_control.launch.py
from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
def generate_launch_description():
return LaunchDescription([
# 控制器管理器
Node(
package='controller_manager',
executable='spawner',
arguments=['joint_effort_controller'],
),
# 力位混合控制器
Node(
package='manipulator_controllers',
executable='hybrid_control_node',
name='hybrid_control',
parameters=[{
'n_joints': 6,
'control_mode': 'hybrid',
}],
remappings=[
('/joint_states', '/manipulator_controller/joint_states'),
('/ft_sensor/wrench', '/ft300/wrench'),
],
),
# 位置目标发布(可选:任务规划器)
Node(
package='manipulator_planners',
executable='insertion_planner',
name='insertion_planner',
),
])
class HybridTrajectoryGenerator:
"""混合力位轨迹生成器"""
def __init__(self):
self.time = 0.0
self.dt = 0.001
def generate_approach_trajectory(
self,
start: np.ndarray,
hole_pos: np.ndarray,
approach_height: float = 0.05,
approach_time: float = 5.0
) -> np.ndarray:
"""生成接近轨迹(位置控制段)"""
num_steps = int(approach_time / self.dt)
trajectory = np.zeros((num_steps, 6))
# 接近点
target = start.copy()
target[:3] = hole_pos
target[2] = hole_pos[2] + approach_height
for i in range(num_steps):
t = i / num_steps
# 5次多项式插值
s = 10 * t**5 - 15 * t**4 + 6 * t**3
trajectory[i] = start + s * (target - start)
self.time += approach_time
return trajectory
def generate_insertion_trajectory(
self,
hole_pos: np.ndarray,
insertion_depth: float = 0.05,
insertion_time: float = 10.0
) -> np.ndarray:
num_steps = (insertion_time / .dt)
trajectory = np.zeros((num_steps, ))
start_z = hole_pos[] +
end_z = hole_pos[] - insertion_depth
i (num_steps):
t = i / num_steps
z = start_z + (end_z - start_z) * t
trajectory[i, :] = hole_pos
trajectory[i, ] = z
.time += insertion_time
trajectory
| 问题 | 原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 力控制振荡 | 增益过高或传感器噪声 | 减小 Kp_force,添加低通滤波 |
| 插入卡住 | 切向刚度过高 | 减小 X/Y 方向刚度 |
| 位置跟踪误差大 | 位置增益不足 | 增加 Kp_pos |
| 接触后力跳变 | 接触检测阈值太高 | 降低力阈值,提前切换 |
| 关节力矩饱和 | 轨迹规划不合理 | 减小速度/加速度,规划平滑轨迹 |
# 监听末端力
ros2 topic echo /ft_sensor/wrench --field wrench.force
# 监听末端位姿
ros2 topic echo /end_effector_pose
# 手动发送目标
ros2 topic pub /hybrid_target std_msgs/Float64MultiArray \
'data: [0.4, 0.0, 0.1, 0, 0, 0, 0, 0, 5, 0, 0, 0]' --once
# 录制数据
ros2 bag record /joint_states /ft_sensor/wrench /hybrid_target -o hybrid_data
manipulator/impedance-control — 阻抗控制manipulator/force-control — 力控制基础manipulator/grasp-planning — 抓取规划manipulator/motion-control/trajectory — 轨迹规划perception/kalman-filtering — 传感器滤波