StanfordASL/frax

解決的問題

frax 旨在提供高性能的機器人運動學與動力學計算。它滿足了對結合了 Pinocchio 等 C++ 庫的速度、Python 的易用性以及 JAX 提供的自動微分與並行化原生支援的庫的需求。

工作原理

該庫使用 JAX 純 Python 編寫，支援 JIT 編譯與自動微分。它可以計算透過 URDF 檔案定義的機器人的動力學項（例如質量矩陣、Jacobian 與重力向量）。它支援包括旋轉、移動、固定與自由浮動在內的多種關節類型。

為了實現最高性能，建議使用者使用 @jax.jit 裝飾器封裝其控制器邏輯，並在必要時使用雙精度。在 CPU 上，它可以實現微秒級的計算時間，而在 GPU/TPU 上，它可以處理每秒超過 1 億次的計算。

適用對象

需要設計與原型化靈活、高性能控制器（如逆運動學或操作空間控制），而無需手動推導 Jacobian 的機器人研究人員與工程師。

亮點

• JAX 驅動：原生支援自動微分與並行化。
• 極速性能：CPU 上的高頻控制迴路 (25-100 kHz) 與 GPU/TPU 上的海量吞吐量。
• 機器人專用助手：包含專門的 Manipulator 與 Humanoid 類別。
• 碰撞規避：支援用於強制執行安全約束的球形碰撞模型。
• 預載入模型：內建對 Franka Panda 與 Unitree G1 機器人的支援。