Planar Joint添加JointActuator报错，求修复或替代方案

问题说明 #

你尝试用Planar关节实现球体在平面上的滚动，为该关节添加Transmission时触发错误：

SystemExit: Failure at bazel-out/k8-opt/bin/multibody/plant/_virtual_includes/multibody_plant_core/drake/multibody/plant/multibody_plant.h:1135 in AddJointActuator(): condition 'joint.num_velocities() == 1' failed

原因是Planar关节包含3个自由度（x方向平移、y方向平移、绕z轴旋转），而SimpleTransmission要求绑定的关节必须是单自由度类型（如棱形、旋转关节）。

原代码：

ball_joint = """
  <joint name="ball_joint" type="planar">
    <parent link="world" />
    <child link="ball" />
    <axis xyz="0 0 1" />
  </joint>
"""

transmission = """
  <transmission type="SimpleTransmission" name="ball_force">
    <actuator name="force" />
    <joint name="ball_joint" />
    <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
  </transmission>
"""

修复方案 #

方案1：拆分关节为单自由度类型 #

将Planar关节拆分为三个独立的单自由度关节，每个关节对应一个Transmission，分别控制x平移、y平移和z轴旋转：

# 替换原Planar关节为三个单自由度关节
ball_joint_x = """
  <joint name="ball_joint_x" type="prismatic">
    <parent link="world" />
    <child link="ball_x_link" />
    <axis xyz="1 0 0" />
  </joint>
"""

ball_joint_y = """
  <joint name="ball_joint_y" type="prismatic">
    <parent link="ball_x_link" />
    <child link="ball_y_link" />
    <axis xyz="0 1 0" />
  </joint>
"""

ball_joint_z = """
  <joint name="ball_joint_z" type="revolute">
    <parent link="ball_y_link" />
    <child link="ball" />
    <axis xyz="0 0 1" />
  </joint>
"""

# 为每个关节添加对应的Transmission
transmission_x = """
  <transmission type="SimpleTransmission" name="ball_force_x">
    <actuator name="force_x" />
    <joint name="ball_joint_x" />
    <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
  </transmission>
"""

transmission_y = """
  <transmission type="SimpleTransmission" name="ball_force_y">
    <actuator name="force_y" />
    <joint name="ball_joint_y" />
    <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
  </transmission>
"""

transmission_z = """
  <transmission type="SimpleTransmission" name="ball_force_z">
    <actuator name="force_z" />
    <joint name="ball_joint_z" />
    <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
  </transmission>
"""

注：需要额外添加中间连杆（ball_x_link、ball_y_link）来串联三个关节，保证运动链的连续性。

方案2：直接使用关节力API（推荐） #

跳过Transmission，直接调用Drake的AddJointForce或AddJointTorque接口，直接给Planar关节施加力或力矩，无需受单自由度限制：

# 假设已获取Planar关节对象和MultibodyPlant实例
joint = plant.GetJointByName("ball_joint")
# 施加x方向力、y方向力、z轴力矩（示例值）
plant.AddJointForce(joint, [10.0, 5.0, 2.0])

这种方式更简洁，无需修改关节结构，直接对多自由度关节进行力控制。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ben Kang