# 1. 基本定义

图语法(Graph Grammar / Graph Rewriting System)
是一种 形式化方法,用来描述如何从一个图结构通过一系列规则不断演化生成新的图。
它是 形式语法(Formal Grammar) 的图结构版。

  • 字符串语法 里(比如上下文无关文法),规则是 “一个符号替换成一串符号”;
  • 图语法 里,规则是 “一个子图替换成另一个子图”。

这样,就可以通过有限的规则系统,生成无限种图结构。


# 2. 图语法的组成

一个典型的图语法包括:

  • 初始图(Start Graph):最开始的图结构;
  • 规则集(Production Rules):一组“替换规则”,规定某个子图模式出现时,用另一个子图替换;
  • 生成过程(Derivation):不断应用规则,把初始图演化成更复杂的目标图。

类比:

  • 字符串文法:S → ABA → aA | a

  • 图语法:节点 X 可以替换成“一个节点 Y + 一个节点 Z + 一条边 Y-Z”。


# 3. 在机器人领域的作用

为什么用“图语法”描述机器人模型?

因为 机器人拓扑结构天然就是图

  • 节点(Node):零部件,例如连杆、关节、传感器;
  • 边(Edge):连接关系,例如关节约束、连杆连接。

用图语法,你可以:

  • 自动生成 各种机器人拓扑(四足、机械臂、多指手等);
  • 保持规则性:例如“一个关节必须连接两个连杆”;
  • 参数化:节点和边可以带参数(长度、角度、刚度),便于优化;
  • 可组合性:通过规则递归扩展,能生成规模越来越大的复杂机器人。

# 4. 例子

假设要生成一个机械臂:

  • 初始图:一个基座节点 Base
  • 规则
    • Joint → Joint + Link + Joint(每个关节可以延伸出一个新的连杆和下一级关节);
    • Joint → EndEffector(某个关节可以变成末端执行器)。
      这样应用几次规则,就能生成不同关节数的机械臂拓扑图。

# 5. 在你的论文中的位置

“一种基于可微分物理平台的机器人模型图语法生成方法” 中,图语法是 生成机器人模型的核心表示

  1. 设计规则:定义机器人结构的生成方式(例如腿、手臂、关节的拼接规则);
  2. 带参数的图:边和节点含有物理参数(长度、角度、材质);
  3. 映射到仿真:把图转成 URDF 或 Genesis/DiffHand 的机器人模型;
  4. 可微优化:通过仿真性能反馈优化图语法参数,自动生成更优的机器人设计。

# robogrammar:

中文介绍
https://www.unite.ai/zh-CN/robogrammar-system-automates-and-optimizes-robot-design/
英文原网
https://www.unite.ai/zh-CN/robogrammar-system-automates-and-optimizes-robot-design/
github
https://github.com/allanzhao/RoboGrammar
Model Predictive Control 模型预测控制