ocs2_ros2

OCS2（Optimal Control for Switched Systems，切换系统最优控制）的 ROS 2 移植。

仓库: legubiao/ocs2_ros2 (branch: ros2)

用途

OCS2 是一个模型预测控制（MPC）库，提供：

  • 实时轨迹优化

  • 约束处理

  • 支持多种机器人（机械臂、移动底盘、四足机器人）

安装

OCS2 不在 ROS apt 索引中。通过部署工作空间安装（或在源码 ↔ deb 之间切换）：

cd ~/open-deploy-ws   # or fa-deploy-ws
./init_repo.sh
# 1) init: choose d (deb) or s (source) for OCS2
# 2) 切换模块安装方式 — change an existing OCS2 path
# 3) ./scripts/install_core_debs.sh --only ocs2
# 4) ./scripts/uninstall_core_debs.sh --only ocs2

open-deploy-ws 默认 OCS2=d（经 scripts/install_core_debs.sh 的 GitHub Release .deb）。然后 colcon build。

手动回退

没有部署工作空间时：从 ocs2_ros2 Releases 下载 ros-jazzy-ocs2_*_<arch>.deb 并 sudo dpkg -i。源码则把 ros2 分支克隆进 src/，再 colcon build --packages-up-to ocs2。

使用方法

OCS2 通常通过更高层的控制器（如 ocs2_arm_controller）使用。直接使用方式：

在软件包中引入

find_package(ocs2_core REQUIRED)
find_package(ocs2_mpc REQUIRED)
find_package(ocs2_robotic_tools REQUIRED)

target_link_libraries(my_controller
  ocs2_core::ocs2_core
  ocs2_mpc::ocs2_mpc
)

示例

该仓库包含以下示例软件包：

示例

描述

ocs2_double_integrator

简单一维系统

ocs2_cartpole

经典控制示例

ocs2_ballbot

移动机器人示例

ocs2_mobile_manipulator

机械臂 + 底盘

ocs2_legged_robot

四足机器人

运行双积分器示例

ros2 launch ocs2_double_integrator double_integrator.launch.py

核心概念

MPC 问题

OCS2 求解最优控制问题：

  • 状态：机器人构型（位置、速度）

  • 输入：控制指令

  • 代价：跟踪误差 + 控制输入

  • 约束：关节限位、碰撞避免

DDP 求解器

使用微分动态规划（Differential Dynamic Programming）：

  • 前向传递：仿真轨迹

  • 反向传递：计算最优增益

  • 迭代直至收敛

实时运行

MPC 在独立线程中运行：

  • 可配置的更新频率

  • 始终可获取最新解

  • 能够应对时序波动

配置

MPC 参数

mpc:
  dt: 0.01           # MPC timestep
  horizon: 1.0       # Prediction horizon (seconds)
  iterations: 1      # DDP iterations per update

任务配置

task:
  targetTrackingWeight: [100, 100, 100, 10, 10, 10]  # Position, orientation
  inputWeight: [1, 1, 1, 1, 1, 1]                     # Control effort

参考资料