基于ddpg算法的机械臂接触力阻抗控制代码

时间: 2023-09-08 17:07:25 浏览: 49
这里提供一个基于DDPG算法的机械臂接触力阻抗控制的代码示例,需要使用Python和Tensorflow进行实现。 ``` import numpy as np import tensorflow as tf import gym # 定义DDPG算法的神经网络结构 class Critic: def __init__(self, sess, state_dim, action_dim): self.sess = sess self.state_dim = state_dim self.action_dim = action_dim self.learning_rate = 0.001 self.inputs, self.action, self.out = self.create_network() self.target_inputs, self.target_action, self.target_out = self.create_network() self.action_grads = tf.gradients(self.out, self.action) self.sess.run(tf.global_variables_initializer()) def create_network(self): inputs = tf.placeholder(tf.float32, [None, self.state_dim]) action = tf.placeholder(tf.float32, [None, self.action_dim]) w1 = tf.Variable(tf.random_normal([self.state_dim, 64], stddev=0.01)) b1 = tf.Variable(tf.zeros([64])) w2 = tf.Variable(tf.random_normal([64, 32], stddev=0.01)) b2 = tf.Variable(tf.zeros([32])) w3 = tf.Variable(tf.random_normal([32, self.action_dim], stddev=0.01)) b3 = tf.Variable(tf.zeros([self.action_dim])) h1 = tf.nn.relu(tf.matmul(inputs, w1) + b1) h2 = tf.nn.relu(tf.matmul(h1, w2) + b2) out = tf.tanh(tf.matmul(h2, w3) + b3) return inputs, action, out def train(self, inputs, action, target_q): return self.sess.run([self.out, self.action_grads], feed_dict={self.inputs: inputs, self.action: action, self.target_q: target_q}) def predict(self, inputs, action): return self.sess.run(self.out, feed_dict={self.inputs: inputs, self.action: action}) class Actor: def __init__(self, sess, state_dim, action_dim, action_bound): self.sess = sess self.state_dim = state_dim self.action_dim = action_dim self.action_bound = action_bound self.learning_rate = 0.0001 self.inputs, self.out = self.create_network() self.sess.run(tf.global_variables_initializer()) def create_network(self): inputs = tf.placeholder(tf.float32, [None, self.state_dim]) w1 = tf.Variable(tf.random_normal([self.state_dim, 64], stddev=0.01)) b1 = tf.Variable(tf.zeros([64])) w2 = tf.Variable(tf.random_normal([64, 32], stddev=0.01)) b2 = tf.Variable(tf.zeros([32])) w3 = tf.Variable(tf.random_normal([32, self.action_dim], stddev=0.01)) b3 = tf.Variable(tf.zeros([self.action_dim])) h1 = tf.nn.relu(tf.matmul(inputs, w1) + b1) h2 = tf.nn.relu(tf.matmul(h1, w2) + b2) out = tf.tanh(tf.matmul(h2, w3) + b3) scaled_out = tf.multiply(out, self.action_bound) return inputs, scaled_out def predict(self, inputs): return self.sess.run(self.out, feed_dict={self.inputs: inputs}) # 定义机械臂接触力阻抗控制环境 class ArmEnv: def __init__(self): self.action_bound = 100 self.state_dim = 4 self.action_dim = 1 self.dt = 0.01 self.arm_length = 1.0 self.k = 10.0 self.b = 1.0 def reset(self): self.arm_pos = 0.0 self.arm_vel = 0.0 self.goal_pos = 1.0 self.goal_vel = 0.0 state = [self.arm_pos, self.arm_vel, self.goal_pos, self.goal_vel] return state def step(self, action): force = np.clip(action, -self.action_bound, self.action_bound)[0] arm_acc = (force - self.b*self.arm_vel - self.k*(self.arm_pos - self.goal_pos))/self.arm_length self.arm_vel += arm_acc*self.dt self.arm_pos += self.arm_vel*self.dt goal_acc = -self.k*(self.goal_pos - self.arm_pos)/self.arm_length self.goal_vel += goal_acc*self.dt self.goal_pos += self.goal_vel*self.dt reward = -1.0*np.abs(self.arm_pos - self.goal_pos) done = False if np.abs(self.arm_pos - self.goal_pos) < 0.05: done = True state = [self.arm_pos, self.arm_vel, self.goal_pos, self.goal_vel] return state, reward, done, None def render(self): pass # 定义DDPG算法的训练过程 def training(sess, env, actor, critic): batch_size = 64 max_episodes = 5000 max_steps = 1000 memory_size = 10000 tau = 0.01 gamma = 0.99 memory = np.zeros((memory_size, env.state_dim*2 + env.action_dim + 1), dtype=np.float32) memory_counter = 0 for i in range(max_episodes): state = env.reset() ep_reward = 0 for j in range(max_steps): action = actor.predict(np.reshape(state, (1, env.state_dim))) + np.random.normal(0, 1, size=(1, env.action_dim)) next_state, reward, done, _ = env.step(action[0]) memory[memory_counter % memory_size, :] = np.hstack((state, action, [reward], next_state)) memory_counter += 1 if memory_counter > memory_size: minibatch = np.random.choice(memory_size, batch_size) else: minibatch = np.random.choice(memory_counter, batch_size) state_batch = memory[minibatch, :env.state_dim] action_batch = memory[minibatch, env.state_dim:env.state_dim+env.action_dim] reward_batch = memory[minibatch, env.state_dim+env.action_dim] next_state_batch = memory[minibatch, env.state_dim+env.action_dim+1:] target_q = critic.predict(next_state_batch, actor.predict(next_state_batch)) y_i = [] for k in range(batch_size): y_i.append(reward_batch[k] + gamma*target_q[k]) y_i = np.reshape(y_i, (batch_size, 1)) critic.train(state_batch, action_batch, y_i) action_grads = critic.sess.run(critic.action_grads, feed_dict={critic.inputs: state_batch, critic.action: actor.predict(state_batch)}) actor.sess.run(actor.train_op, feed_dict={actor.inputs: state_batch, actor.action_grads: action_grads[0]}) for k in range(len(critic.target_weights)): critic.sess.run(critic.target_weights[k].assign(tau*critic.weights[k]+(1-tau)*critic.target_weights[k])) for k in range(len(actor.target_weights)): actor.sess.run(actor.target_weights[k].assign(tau*actor.weights[k]+(1-tau)*actor.target_weights[k])) state = next_state ep_reward += reward if done: break print("Episode", i, "finished with reward:", ep_reward) # 主函数 if __name__ == "__main__": env = ArmEnv() with tf.Session() as sess: actor = Actor(sess, env.state_dim, env.action_dim, env.action_bound) critic = Critic(sess, env.state_dim, env.action_dim) training(sess, env, actor, critic) ``` 以上是一个简单的基于DDPG算法的机械臂接触力阻抗控制代码示例,供参考。

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