从零理解仿真与机器人仿真：数学模型、物理引擎、传感器与控制系统完整入门【仿真的本质：用数学模型描述现实世界】【常见模型：静态模型、运动学模型、动力学模型、常微分方程模型、偏微分方程模型、离散事件模型】

1. 为什么需要仿真

假设我们正在设计一台移动机器人，希望它能够在仓库中自动行驶、避开障碍物并搬运货物。

最直接的方法，是购买真实机器人，然后不断进行实验。但这种方法会遇到很多问题：

• 机器人硬件成本高；
• 调试控制程序时可能损坏电机或机械结构；
• 碰撞实验存在安全风险；
• 每次修改机械结构都需要重新加工；
• 很难重复完全相同的实验条件；
• 测试大量不同参数需要很长时间。

因此，我们希望先在计算机中创建一个“虚拟机器人”和一个“虚拟仓库”，让机器人在虚拟环境中运行。

在这个虚拟世界中，我们可以观察：

• 机器人是否能够正常运动；
• 电机力矩是否足够；
• 机器人会不会撞到障碍物；
• 激光雷达能否检测到墙壁；
• 控制器是否会产生振荡；
• 路径规划算法是否有效；
• 机械臂能否到达目标位置。

这种在计算机中建立系统模型，并通过计算研究系统行为的方法，就是仿真。

2. 什么是仿真

仿真，英文为