planning & control

占坑

### 机器人建模、规划与控制的概念 机器人技术涉及多个学科领域,包括机械工程、电子电气工程以及计算机科学。对于机器人的建模、规划与控制而言,这些过程旨在使机器人能够执行特定的任务并适应环境变化。 #### 建模(Modeling) 建模是指创建描述物理系统的数学模型的过程。在机器人学中,这通常涉及到几何形状表示、运动学方程和动力学分析等方面的工作。通过建立精确的模型可以预测机器人行为,并据此设计控制器来实现期望的动作[^1]。 #### 规划(Planning) 路径规划是让移动机器人从起始位置到达目标地点的关键环节之一。它不仅考虑如何避开障碍物找到一条可行路线,还要优化这条路径以满足速度、能耗或其他性能指标的要求。局部成本图可以通过设置宽度和高度参数调整其大小,在配置文件里还可以指定诸如最大线性和角加速度这样的动态特性[^2]。 #### 控制(Control) 控制系统负责接收来自传感器的数据输入并对执行器发出指令从而驱动机器人按照预定轨迹运行。现代机器人往往采用反馈机制来进行实时调节;例如基于视觉伺服的方法利用摄像头获取图像信息作为反馈信号指导手臂末端效应器的位置调整。此外还有许多其他类型的算法和技术被应用于不同种类的应用场景当中,比如强化学习用于训练自主决策能力较强的智能体等。 ```python import numpy as np from scipy.integrate import odeint def robot_dynamics(state, t, u): """ 定义简单的二阶系统状态空间表达式 state: 当前的状态向量 [position;velocity] t: 时间变量 u: 输入力/扭矩 返回下一时刻的状态导数 """ m = 1.0 # 质量 kg b = 0.5 # 阻尼系数 Ns/m pos, vel = state dposdt = vel dveldt = (-b*vel + u)/m return [dposdt, dveldt] # 初始条件 initial_state = [0., 0.] # 时间范围 time_span = np.linspace(0, 10, num=100) # 施加恒定外力 force_input = lambda t : 1. solution = odeint(robot_dynamics, initial_state, time_span, args=(force_input(time_span),)) print(solution) ```
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