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更新时间：2026-08-05 GMT+08:00

逆运动学解算

IK Solver（逆运动学解算算子）用于将机器人双臂末端执行器的目标位姿转换为对应的关节角度指令。用户只需提供末端位姿轨迹数据（ROS2 rosbag格式），算子即可自动完成逆运动学求解，输出各关节的目标角度。

当前仅支持双臂逆运动学解算。

核心能力：

支持四种机器人型号：Galaxea R1、Agibot A2D、K100、青龙。
支持三种优先级策略：手臂优先、躯干优先、固定躯干。
支持逐帧独立求解或连续积分求解。
支持追加写入模式，保留原始rosbag中的其他传感器数据。
输入输出时间戳一一对应，保证时序一致性。

处理流程

图1 处理流程

参数配置

当预置算法选择“逆运动学解算算子”后，需填写以下参数：

表1 参数说明
参数名	是否必填	默认值	可选值	说明
机器人型号 (ROBOT_MODEL)	否	galaxea_r1	galaxea_r1、agibot_a2d、k100、qinglong	指定机器人型号，填写无效值时自动回退为galaxea_r1。
优先级策略 (IK_SOLVER_PRIORITY_MODE)	否	PRIORITY_OPTION_DUAL_ARM	PRIORITY_OPTION_DUAL_ARM、PRIORITY_OPTION_TORSO、PRIORITY_OPTION_FIX_TORSO	求解时关节运动的优先级策略，填写无效值时自动回退为手臂优先。
MOP模式 (MOP_MODE)	否	True	True、False	是否每帧重置参考构型。 True：每帧独立求解，帧间无依赖； False：连续积分，前一帧结果影响后一帧。
输入Topic (SUB_TOPIC)	否	/whole_body_ik_solver	任意字符串	从输入rosbag中读取位姿数据的topic名称，需与输入数据中的topic一致。
输出Topic (PUB_TOPIC)	否	/joint_plan_servo_controller	任意字符串	输出rosbag中写入关节指令的topic名称。
追加写入模式 (IK_BAG_APPEND_MODE)	否	True	True、False	False：输出rosbag仅包含IK结果topic。 True：保留输入rosbag中所有topic并追加IK结果。

表2 优先级策略说明
策略值	名称	含义
PRIORITY_OPTION_DUAL_ARM	手臂优先	手臂关节灵活运动，躯干关节辅助调整。适合需要手臂精确到达目标的场景。
PRIORITY_OPTION_TORSO	躯干优先	躯干关节灵活运动，手臂关节辅助调整。适合需要躯干大幅运动的场景。
PRIORITY_OPTION_FIX_TORSO	固定躯干	躯干关节几乎不动，仅手臂运动。适合躯干需保持稳定的场景。

表3 MOP模式说明
模式值	含义	适用场景
True	每帧从参考构型出发独立求解，帧与帧之间无依赖。	位姿轨迹跨度大、帧间变化剧烈的场景。
False	以前一帧求解结果为起点连续积分，帧间有依赖。	位姿轨迹平滑、需要关节运动连续性的场景。

表4 追加写入模式说明
模式值	输出内容	适用场景
False	仅输出IK求解结果topic。	只需要关节角度指令的场景。
True	保留输入rosbag中所有topic+IK结果topic。	需要同时保留原始传感器数据（如相机、IMU等）的场景。若输入rosbag中已存在与输出topic同名的数据，原始数据将被IK结果替换。

机器人型号规格

机器人型号规格如表5所示。

表5 机器人型号总览
型号	ROBOT_MODEL	描述	总关节数	输出关节数	优先级策略支持
Galaxea R1	galaxea_r1	轮式双臂人形机器人	29	16	手臂优先/躯干优先/固定躯干
Agibot A2D	agibot_a2d	双臂固定基座机器人	16	16	手臂优先/固定躯干
K100	k100	双臂固定基座机器人	14	14	手臂优先/固定躯干
青龙	qinglong	轮式双臂人形机器人	31	14	手臂优先/躯干优先/固定躯干

各型号输出关节布局

输出rosbag中每条消息的data数组包含对应机型的关节角度值，布局如下：

表6 Galaxea R1（16个关节）
索引	关节名称	说明
data[0]	torso_joint1	躯干关节1
data[1]	torso_joint2	躯干关节2
data[2]	torso_joint3	躯干关节3
data[3]	torso_joint4	躯干关节4
data[4]	left_arm_joint1	左臂关节1
data[5]	left_arm_joint2	左臂关节2
data[6]	left_arm_joint3	左臂关节3
data[7]	left_arm_joint4	左臂关节4
data[8]	left_arm_joint5	左臂关节5
data[9]	left_arm_joint6	左臂关节6
data[10]	right_arm_joint1	右臂关节1
data[11]	right_arm_joint2	右臂关节2
data[12]	right_arm_joint3	右臂关节3
data[13]	right_arm_joint4	右臂关节4
data[14]	right_arm_joint5	右臂关节5
data[15]	right_arm_joint6	右臂关节6

表7 Agibot A2D（16个关节）
索引	关节名称	说明
data[0]	joint_lift_body	躯干升降关节
data[1]	joint_body_pitch	躯干俯仰关节
data[2]	left_arm_joint1	左臂关节1
data[3]	left_arm_joint2	左臂关节2
data[4]	left_arm_joint3	左臂关节3
data[5]	left_arm_joint4	左臂关节4
data[6]	left_arm_joint5	左臂关节5
data[7]	left_arm_joint6	左臂关节6
data[8]	left_arm_joint7	左臂关节7
data[9]	right_arm_joint1	右臂关节1
data[10]	right_arm_joint2	右臂关节2
data[11]	right_arm_joint3	右臂关节3
data[12]	right_arm_joint4	右臂关节4
data[13]	right_arm_joint5	右臂关节5
data[14]	right_arm_joint6	右臂关节6
data[15]	right_arm_joint7	右臂关节7

表8 K100（14个关节）
索引	关节名称	说明
data[0]	left_arm_joint1	左臂关节1
data[1]	left_arm_joint2	左臂关节2
data[2]	left_arm_joint3	左臂关节3
data[3]	left_arm_joint4	左臂关节4
data[4]	left_arm_joint5	左臂关节5
data[5]	left_arm_joint6	左臂关节6
data[6]	left_arm_joint7	左臂关节7
data[7]	right_arm_joint1	右臂关节1
data[8]	right_arm_joint2	右臂关节2
data[9]	right_arm_joint3	右臂关节3
data[10]	right_arm_joint4	右臂关节4
data[11]	right_arm_joint5	右臂关节5
data[12]	right_arm_joint6	右臂关节6
data[13]	right_arm_joint7	右臂关节7

K100为固定基座机器人，无躯干关节，因此仅输出 14 个手臂关节角度。

表9 青龙（14个关节）
索引	关节名称	说明
data[0]	left_arm_joint1	左臂关节1
data[1]	left_arm_joint2	左臂关节2
data[2]	left_arm_joint3	左臂关节3
data[3]	left_arm_joint4	左臂关节4
data[4]	left_arm_joint5	左臂关节5
data[5]	left_arm_joint6	左臂关节6
data[6]	left_arm_joint7	左臂关节7
data[7]	right_arm_joint1	右臂关节1
data[8]	right_arm_joint2	右臂关节2
data[9]	right_arm_joint3	右臂关节3
data[10]	right_arm_joint4	右臂关节4
data[11]	right_arm_joint5	右臂关节5
data[12]	right_arm_joint6	右臂关节6
data[13]	right_arm_joint7	右臂关节7

青龙虽为轮式人形机器人（含躯干关节），但当前版本仅输出手臂关节角度，躯干关节不包含在输出中。

输入数据集说明

输入数据为ROS2 rosbag2格式，每个目录包含.db3文件和metadata.yaml。

输入rosbag中需包含一个std_msgs/msg/Float64MultiArray类型的topic（默认为/whole_body_ik_solver），每条消息携带14个float64值，表示双臂末端执行器的目标位姿。

输入消息布局

所有机型输入格式相同，每帧14个float64。

**表10** 青龙（14个关节）
索引	含义	单位/说明
data[0]	左臂末端位置x	米，相对base_link坐标系，正值向前
data[1]	左臂末端位置y	米，正值向左
data[2]	左臂末端位置z	米，正值向上
data[3]	左臂末端四元数qw	四元数标量部分，无旋转时为1.0
data[4]	左臂末端四元数qx	四元数标量部分，无旋转时为0.0
data[5]	左臂末端四元数qy	四元数标量部分，无旋转时为0.0
data[6]	左臂末端四元数qz	四元数标量部分，无旋转时为0.0
data[7]	右臂末端位置x	米，相对base_link坐标系，正值向前
data[8]	右臂末端位置y	米，正值向左
data[9]	右臂末端位置z	米，正值向上
data[10]	右臂末端四元数qw	四元数标量部分，无旋转时为1.0
data[11]	右臂末端四元数qx	四元数标量部分，无旋转时为0.0
data[12]	右臂末端四元数qy	四元数标量部分，无旋转时为0.0
data[13]	右臂末端四元数qz	四元数标量部分，无旋转时为0.0

各机型位姿参考范围

位姿值需在机器人可达工作空间范围内，否则求解可能不收敛。

**表11** 各机型位姿参考范围说明
参数	R1	A2D	K100	青龙	说明
x（前后）	0.2 ~ 0.8	0.2 ~ 0.6	0.2 ~ 0.6	0.2 ~ 0.8	0为底盘中心，正值向前
y（左右）	-0.5 ~ 0.5	-0.4 ~ 0.4	-0.4 ~ 0.4	-0.5 ~ 0.5	正值向左
z（上下）	0.8 ~ 1.8	0.8 ~ 1.6	0.8 ~ 1.6	0.8 ~ 1.8	R1/A2D标准高度1.3m，K100/青龙1.2m
qw, qx, qy, qz	-1.0 ~ 1.0	-1.0 ~ 1.0	-1.0 ~ 1.0	-1.0 ~ 1.0	四元数标量部分

四元数约束：必须为单位四元数，即qw² + qx² + qy² + qz² = 1。

**表12** 常用四元数参考
姿态	qw	qx	qy	qz
无旋转	1.0	0.0	0.0	0.0
绕Z轴旋转 90°	0.7071	0.0	0.0	0.7071
绕Y轴旋转 90°	0.7071	0.0	0.7071	0.0
绕X轴旋转 90°	0.7071	0.7071	0.0	0.0

输入目录结构

输入目录下可包含一个或多个.db3文件（标准录制的db3数据包会对应1个同名yaml配置文件，在当前算子中yaml为可选文件），算子会自动递归扫描所有子目录并逐个处理：

├── bag_0.db3
├── bag_0_metadata.yaml
├── task_pick/
│   ├── session_01/
│   │   └── pick_rosbag_0.db3
│   └── session_02/
│       ├── pick_rosbag_0.db3
│       └── pick_rosbag_1.db3
└── task_place/
    ├── place_rosbag_0.db3
    └── place_rosbag_1.db3

算子会递归扫描输入目录及其所有子目录下的.db3文件，支持任意深度的目录嵌套。输出目录保持与输入相同的相对路径结构。

输入数据注意事项

**表13** 输入数据注意事项说明
事项	说明
Topic匹配	输入rosbag中的topic名称必须与SUB_TOPIC参数值一致，否则会报错
消息类型	输入末端位姿消息类型必须为std_msgs/msg/Float64MultiArray
数据长度	每条消息的data数组必须包含14个float64值（双臂机器人）
时间戳	多帧消息的时间戳必须递增
空数据	输入目录为空或db3文件中无消息时，不会崩溃，但无输出
位姿可达性	位姿超出工作空间范围时，求解可能不收敛，输出关节角可能不正确

输出数据集说明

输出数据为ROS2 rosbag2格式，输出目录结构与输入目录对应，每个输入db3文件生成一个输出rosbag子目录：

输出目录/
├── bag_0/
│   ├── bag_0.db3
│   └── metadata.yaml
├── bag_1/
│   ├── bag_1.db3
│   └── metadata.yaml
└── ...

输出消息布局

输出rosbag中包含一个std_msgs/msg/Float64MultiArray类型的topic（默认为/joint_plan_servo_controller），每条消息携带对应机型数量的float64值，表示各关节的目标角度（单位：弧度）。

父主题： 数据处理算子说明

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