Robotika is 'n unieke mengsel van wetenskap en tegnologie wat masjiene vervaardig wat die optrede van mense naboots.
In die vroeë 2000's was 90% van robotte in motorvervaardigingsaanlegte wat mense vir herhalende take vervang het. Nou kan robotte huise stofsuig en selfs in restaurante bedien.
’n Robot bestaan gewoonlik uit drie tipes komponente; die meganiese liggaam; die elektriese skelet, en uiteindelik 'n brein wat met kode gemaak is.
Hierdie komponente laat 'n robot toe om data (dikwels vanaf sensors) in te samel, besluite te neem via geprogrammeerde logika om gedrag aan te pas en take te voltooi.
Robotte kan drie tipes programme hê; Afstandbeheer (RC), Kunsmatige Intelligensie (KI), of Hibriede.
RC-programme vereis die ingryping van 'n mens wat die begin- en/of die stopsein vir die uitvoering van kode aan die robot kan gee. Programme bestaan uit verskeie tipes algoritmes, elk met 'n ander funksie.
Wat is 'n algoritme?
'n Algoritme is 'n reeks reëls kode wat 'n robot kan gebruik om sekere instruksies uit te voer. Dit vertaal die idees van die ontwikkelaar in 'n taal wat deur robotte verstaan word.
Algoritmes kan in baie soorte notasie uitgedruk word, insluitend pseudokode, vloeidiagramme, programmeringstale, of beheertabelle.
In hierdie artikel sal ons 'n paar algemene tipes algoritmes wat in hierdie programme gebruik word, bespreek.
Tipes algoritmes wat in robotika gebruik word
1. Enige tyd A* Algoritme
Die A*-algoritme is 'n padsoekalgoritme wat gebruik word om die mees optimale pad tussen twee punte te vind, dit wil sê met die kleinste koste.
Anytime A* Algoritme het 'n buigsame tydskoste en kan die kortste pad terugbring selfs al word dit onderbreek aangesien dit eers 'n nie-optimale oplossing genereer en dit dan optimaliseer.
Dit maak voorsiening vir vinniger besluitneming aangesien die robot op vorige berekeninge kan bou in plaas daarvan om van voor af te begin.
Hoe werk dit?
Dit doen dit deur 'n 'boom' te vorm wat strek vanaf die beginnodus totdat die kriteria vir beëindiging geaktiveer word, wat beteken dat daar 'n minder duur pad beskikbaar is.
'n 2D-rooster word gemaak met hindernisse en 'n beginsel en teikenselle word vasgepen.
Die algoritme definieer 'n nodus se 'waarde' deur f wat die som is van parameters g (die koste om van die beginnodus na die betrokke nodus te beweeg) en h (die koste om van die betrokke nodus na die teikennodus te beweeg).
aansoeke
Baie speletjies en webgebaseerde kaarte gebruik hierdie algoritme om die kortste pad doeltreffend te vind. Dit kan ook vir mobiele robotte gebruik word.
Jy kan ook komplekse probleme oplos soos die Newton-Raphson iterasie toegepas om die vierkantswortel van 'n getal te vind.
Dit word ook in trajekprobleme gebruik om die beweging en botsing van 'n voorwerp in die ruimte te voorspel.
2. D* Algoritme
D*, Focused D* en D* Lite is inkrementele soekalgoritmes om die kortste pad tussen twee punte te vind.
Hulle is egter 'n mengsel van A*-algoritmes en nuwe ontdekkings wat hulle in staat stel om inligting by hul kaarte te voeg vir onbekende struikelblokke.
Hulle kan dan 'n roete herbereken op grond van nuwe inligting, baie soos die Mars Rover.
Hoe werk dit?
Die werking van D* Algoritme is soortgelyk aan dié van A*, die algoritme definieer eers f, h en skep 'n oop en geslote lys.
Hierna bepaal die D*-algoritme die huidige nodus se g-waarde deur die g-waarde van sy naburige nodusse te gebruik.
Elke naburige nodus maak 'n raaiskoot oor die huidige een se g-waarde en die kortste g-waarde word aangepas as die nuwe g-waarde.
aansoeke
D* en sy variante word wyd gebruik vir mobiele robot en outonome voertuig navigasie.
Sulke navigasiestelsels sluit 'n prototipe-stelsel in wat op die Mars-rovers Opportunity and Spirit getoets is en die navigasiestelsel wat die DARPA Stedelike Uitdaging.
3. PRM-algoritme
'n PRM, of probabilistiese padkaart, is 'n netwerkgrafiek van moontlike paaie gebaseer op vrye en besette ruimtes op 'n gegewe kaart.
Hulle word gebruik in komplekse beplanningstelsels en ook om laekostepaaie om hindernisse te vind.
PRM's gebruik 'n ewekansige steekproef van punte op hul kaart waar 'n robottoestel moontlik kan beweeg en dan word die kortste pad bereken.
Hoe werk dit?
PRM bestaan uit 'n konstruksie- en navraagfase.
In die eerste fase word 'n padkaart geteken wat moontlike bewegings in 'n omgewing benader. 'n Ewekansige konfigurasie word dan geskep en aan sommige bure gekoppel.
Die begin- en doelkonfigurasies word in die navraagfase aan die grafiek gekoppel. Die pad word dan verkry deur a Dijkstra se kortste pad navraag.
aansoeke
PRM word gebruik in plaaslike beplanners, waar die algoritme 'n reguitlynpad tussen twee punte, naamlik die begin- en doelpunte, bereken.
Die algoritme kan ook gebruik word om padbeplanning en botsingsopsporingstoepassings te verbeter.
4. Zero Moment Point (ZMP) Algoritme
Zero Moment Point (ZMP-tegniek) is 'n algoritme wat deur robotte gebruik word om die totale traagheid teenoor die reaksiekrag van die vloer te hou.
Hierdie algoritme gebruik die konsep om die ZMP te bereken en pas dit toe op 'n manier om tweevoetige robotte te balanseer. Deur hierdie algoritme op 'n gladde vloeroppervlak te gebruik, laat die robot skynbaar loop asof daar geen oomblik is nie.
Vervaardigingsmaatskappye soos ASIMO (Honda) gebruik hierdie tegniek.
Hoe werk dit?
Die beweging van 'n looprobot word beplan deur die hoekmomentumvergelyking te gebruik. Dit maak seker dat die gegenereerde gewrigsbeweging dinamiese posturele stabiliteit van die robot waarborg.
Hierdie stabiliteit word gekwantifiseer deur die afstand van die nul-momentpunt (bereken deur die algoritme) binne die grense van 'n voorafbepaalde stabiliteitsgebied.
aansoeke
Nul-oomblikpunte kan as 'n maatstaf gebruik word om die stabiliteit te bepaal teen omkantel van robotte soos die iRobot PackBot wanneer opritte en hindernisse navigeer.
5. Proporsionele Integrale Differensiaal (PID) Beheer Algoritme
Proporsionele Integrale Differensiële Beheer of PID, skep 'n sensorterugvoerlus om instellings vir meganiese komponente aan te pas deur die foutwaarde te bereken.
Hierdie algoritmes kombineer al drie basiese koëffisiënte, dit wil sê, proporsie, integraal en afgeleide sodat dit 'n beheersein produseer.
Dit werk intyds en pas regstellings toe waar nodig. Dit kan gesien word in self-ry motors.
Hoe werk dit?
Die PID-beheerder gebruik drie beheerterme van proporsionaliteit, integrale en afgeleide invloed op sy uitset om akkurate en optimale beheer toe te pas.
Hierdie kontroleerder bereken voortdurend 'n foutwaarde as die verskil tussen 'n verlangde stelpunt en 'n gemete prosesveranderlike.
Dit pas dan 'n regstelling toe om die fout oor tyd te verminder deur die beheerveranderlike aan te pas.
aansoeke
Hierdie beheerder kan enige proses beheer wat 'n meetbare uitset het, 'n bekende ideale waarde vir daardie uitset, en 'n inset tot die proses wat die meetbare uitset sal beïnvloed.
Beheerders word in die industrie gebruik om temperatuur, druk, krag, gewig, posisie, spoed en enige ander veranderlike waarvoor 'n meting bestaan, te reguleer.
Gevolgtrekking
So, dit was van die mees algemene algoritmes wat in robotika gebruik word. Al hierdie algoritmes is redelik kompleks met 'n mengsel van fisies, lineêre algebra en statistieke wat gebruik word om aksies en beweging uit te beeld.
Soos tegnologie vorder, sal robotika-algoritmes egter ontwikkel om selfs meer kompleks te word. Die robotte sal meer take kan voltooi en meer vir hulself kan dink.
As u hierdie artikel geniet het, teken in op HashDork's Weekly opdaterings via e-pos, waar ons die nuutste AI, ML, DL, Programmering en Future Tech nuus deel.
Lewer Kommentaar