MuJoCo中实现物体平移与旋转的注意事项

2025-05-25 08:36:54作者：伍希望

在MuJoCo物理引擎中创建具有平移和旋转自由度的物体时，开发者可能会遇到一些意想不到的行为。本文将通过一个具体案例，分析如何正确实现一个既能平移又能旋转的盒子物体。

问题描述

在开发一个2D环境时，需要创建一个盒子物体（shortstick），该物体应具备以下自由度：

沿x轴和y轴的平移运动（通过slide关节实现）
绕z轴的旋转运动（通过hinge关节实现）

初始实现中，虽然物体能够正常平移和旋转，但在旋转后，平移运动会出现异常，物体似乎被"卡住"无法移动。

原因分析

经过深入排查，发现问题根源在于碰撞检测。MuJoCo默认会计算所有几何体之间的碰撞，包括盒子与地面之间的碰撞。当物体旋转后，其碰撞形状发生变化，可能导致与地面的碰撞检测出现异常，从而阻止了平移运动。

解决方案

针对这个问题，有以下几种解决方案：

禁用地面碰撞（推荐方案）：通过设置地面的contype和conaffinity属性为0，可以完全禁用地面与其他物体的碰撞检测：
```
<geom name="floor" type="plane" material="grid" size="2 2 .1" contype="0" conaffinity="0"/>
```
调整碰撞参数：如果确实需要碰撞检测，可以调整碰撞参数，如摩擦系数、弹性等，使物体更容易滑动：
```
<geom name="floor" type="plane" material="grid" size="2 2 .1" friction="0.1 0.1 0.1"/>
```
使用接触排除：在MuJoCo中可以通过<exclude>标签指定不进行碰撞检测的物体对。

实现细节

正确的物体定义应包含三个关节：

<body name="shortstick" pos="0 0 0.1">
    <geom type="box" size="0.2 0.1 0.1" rgba="0.3 0.3 0.3 1"/>
    <joint name="move_x" pos="0 0 0" axis="1 0 0" type="slide" range="-1.8 1.8"/>
    <joint name="move_y" pos="0 0 0" axis="0 1 0" type="slide" range="-1.8 1.8"/>
    <joint name="rotate" pos="0 0 0" axis="0 0 1" type="hinge" range="-180 180"/>
</body>

对应的执行器配置：

<actuator>
    <general name="move_x" joint="move_x" ctrlrange="-1 1" ctrllimited="true" gear="10"/>
    <general name="move_y" joint="move_y" ctrlrange="-1 1" ctrllimited="true" gear="10"/>
    <general name="rotate" joint="rotate" ctrlrange="-1 1" ctrllimited="true" gear="10"/>
</actuator>