
基于Simulink仿真的强化学习DDPG在2自由度与6自由度机械臂轨迹跟踪控制中的应
用与控制算法研究
# 机械臂轨迹跟踪控制:从2自由度到6自由度,DDPG强化学习算法与Simulink仿真实践
在机器人领域,机械臂的轨迹跟踪控制一直是研究热点。从简单的2自由度机械臂到复杂的6自由度
机械臂,如何精准控制其轨迹,关乎着各类任务的执行效果。而强化学习算法,特别是深度确定性策略梯度
(DDPG),为机械臂轨迹跟踪控制带来了新的思路。
## 2自由度与6自由度机械臂轨迹跟踪控制基础
2自由度机械臂相对简单,通常可在平面内进行运动控制。以常见的笛卡尔坐标系下的2连杆机械臂
为例,其正向运动学可通过齐次变换矩阵来描述:
```python
import numpy as np
def forward_kinematics_2dof(theta1, theta2, l1, l2):
T01 = np.array([[np.cos(theta1), -np.sin(theta1), 0, l1 * np.cos(theta1)],
[np.sin(theta1), np.cos(theta1), 0, l1 * np.sin(theta1)],
[0, 0, 1, 0],
[0, 0, 0, 1]])
T12 = np.array([[np.cos(theta2), -np.sin(theta2), 0, l2 * np.cos(theta2)],
[np.sin(theta2), np.cos(theta2), 0, l2 * np.sin(theta2)],
[0, 0, 1, 0],
[0, 0, 0, 1]])
T02 = np.dot(T01, T12)
return T02
```
这段代码通过给定的关节角度 `theta1`、`theta2` 以及连杆长度 `l1`、`l2`,计算出机械臂末端
在空间中的位置。对于2自由度机械臂的轨迹跟踪控制,可基于经典控制算法如PID来实现初步的位置跟踪
。
然而,6自由度机械臂能在三维空间中完成更复杂的任务,其正向运动学和逆运动学的求解更为复
杂。正向运动学涉及多个关节的旋转和平移变换,逆运动学则是根据目标位置和姿态求解关节角度。以常
见的6R机器人(6个旋转关节)为例,其正向运动学需多次运用齐次变换矩阵的乘积来计算末端位姿。
## 强化学习DDPG算法
强化学习旨在通过智能体与环境的交互,让智能体学习到最优策略以最大化累积奖励。DDPG是一种
基于深度神经网络的无模型强化学习算法,结合了深度Q网络(DQN)和确定性策略梯度(DPG)的思想。