微分几何在机器人抓取中的应用(一)
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微分几何基础 微分几何是现代数学领域中的重要分支,在理论探索和实际应用中都是重要学科。大名鼎鼎的高斯、欧拉是微分几何学派的创建者(是否记得多少公式和定理以这两人的名字命名)。20世纪是微分几何发展迅猛的100年,中国的数学家也做出过重要贡献,如陈省身、邱成桐(菲尔兹奖得主)。在计算机领域,微分几何是计算机图形学的基础,逼真酷炫的电脑游戏、电影等,都是在微分几何基础上的产业化。在机器人领域,核心控制系统需要合适的传感器(如相机)获取信息,并理解环境信息,属于计算机视觉的范畴;如需完成复杂动作,如抓取、放置等操作,则需要理解物体的几何信息,需要用几何特征描述来决策机器人要执行的动作。 完成机器人抓取需要如下两个过程: 曲率 为理解曲率,首先回到二维平面。什么是曲率?简答说来,是几何体的不平坦程度。平面曲线的曲率定义为其密切圆的倒数。采用微分的定义,密切圆在很小的范围内同曲线重合。故平面中的圆所有点曲率一直,为半径的倒数,密切圆为其本身。直线曲率处处为0,因其密切圆半径无穷大。
二次曲线(Conics)和二次曲面(Quadrics) 二次曲线也称圆锥曲线,其在数学上的定位为一个正圆锥面和一个平面的相切形成的曲线。其公司可表述为:
其中A,B,C不得皆等于0。故常见的圆、椭圆、抛物线等皆属于二次曲线。
常见的二次曲面包括:
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