الروبوتات هي مزيج فريد من العلوم والتكنولوجيا التي تنتج آلات تحاكي أفعال البشر.
في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، كانت 2000٪ من الروبوتات تعمل في مصانع السيارات لتحل محل البشر في المهام المتكررة. يمكن للروبوتات الآن تنظيف المنازل بل وحتى تقديم الخدمة في المطاعم.
يتكون الروبوت عادة من ثلاثة أنواع من المكونات ؛ الجسم الميكانيكي الهيكل العظمي الكهربائي ، وأخيراً الدماغ المصنوع من الكود.
تسمح هذه المكونات للإنسان الآلي بجمع البيانات (غالبًا من أجهزة الاستشعار) ، واتخاذ القرارات عبر المنطق المبرمج لتكييف السلوك وإكمال المهام.
قد تحتوي الروبوتات على ثلاثة أنواع من البرامج ؛ جهاز التحكم عن بعد (RC) ، الذكاء الاصطناعي (AI) أو Hybrid.
تتطلب برامج التحكم عن بعد تدخل الإنسان الذي يمكنه إعطاء إشارة البداية و / أو التوقف لتنفيذ الكود للروبوت. تتكون البرامج من أنواع مختلفة من الخوارزميات ، ولكل منها وظيفة مختلفة.
ما هي الخوارزمية؟
الخوارزمية عبارة عن سلسلة من أسطر التعليمات البرمجية التي يمكن للروبوت استخدامها لتنفيذ تعليمات معينة. يترجم أفكار المطور إلى لغة تفهمها الروبوتات.
يمكن التعبير عن الخوارزميات في العديد من أنواع التدوين ، بما في ذلك الشفرة الكاذبة ، والمخططات الانسيابية ، لغات البرمجة، أو جداول التحكم.
سنناقش في هذه المقالة بعض الأنواع الشائعة من الخوارزميات المستخدمة في هذه البرامج.
أنواع الخوارزميات المستخدمة في الروبوتات
1. خوارزمية A * في أي وقت
خوارزمية A * هي خوارزمية بحث عن المسار تُستخدم للعثور على المسار الأمثل بين نقطتين ، أي بأقل تكلفة.
تتميز خوارزمية Anytime A * بتكلفة زمنية مرنة ويمكنها إرجاع أقصر مسار حتى إذا تمت مقاطعتها لأنها تولد حلاً غير مثالي أولاً ثم تقوم بتحسينه.
هذا يسمح باتخاذ قرارات أسرع حيث يمكن للروبوت أن يبني على الحسابات السابقة بدلاً من البدء من نقطة الصفر.
كيف تعمل؟
يقوم بذلك عن طريق تكوين "شجرة" تمتد من عقدة البداية حتى يتم تشغيل معايير الإنهاء مما يعني أن هناك مسارًا أقل تكلفة متاحًا.
تتكون الشبكة ثنائية الأبعاد من عوائق وتكون خلية البداية والخلايا المستهدفة مدببة.
تحدد الخوارزمية "قيمة" العقدة بواسطة f وهي مجموع المعلمات g (تكلفة الانتقال من عقدة البداية إلى العقدة المعنية) و h (تكلفة الانتقال من العقدة المعنية إلى العقدة المستهدفة).
التطبيقات
تستخدم الكثير من الألعاب والخرائط المستندة إلى الويب هذه الخوارزمية للعثور على أقصر مسار بكفاءة. يمكن استخدامه أيضًا للروبوتات المحمولة.
يمكنك أيضًا حل المشكلات المعقدة مثل نيوتن رافسون يتم تطبيق التكرار لإيجاد الجذر التربيعي لرقم.
كما أنها تستخدم في مشاكل المسار للتنبؤ بحركة وتصادم جسم في الفضاء.
2. D * الخوارزمية
D * و Focused D * و D * Lite هي خوارزميات بحث تزايدي للعثور على أقصر مسار بين نقطتين.
ومع ذلك ، فهي مزيج من خوارزميات A * والاكتشافات الجديدة التي تسمح لهم بإضافة معلومات إلى خرائطهم بحثًا عن عقبات غير معروفة.
يمكنهم بعد ذلك إعادة حساب المسار بناءً على معلومات جديدة ، مثل المريخ روفر.
كيف تعمل؟
يشبه عمل خوارزمية D * عمل A * ، تحدد الخوارزمية أولاً f و h وتنشئ قائمة مفتوحة ومغلقة.
بعد ذلك ، تحدد خوارزمية D * قيمة g للعقدة الحالية باستخدام قيمة g للعقد المجاورة لها.
تقوم كل عقدة مجاورة بتخمين قيمة g الحالية ويتم تكييف أقصر قيمة g كقيمة g الجديدة.
التطبيقات
D * ومتغيراته تستخدم على نطاق واسع في الروبوتات المتنقلة و سيارة مستقلة التنقل.
تشتمل أنظمة الملاحة هذه على نظام نموذج أولي تم اختباره على روفرز المريخ أوبورتيونيتي وسبيريت ونظام الملاحة الذي فاز بسباق التحدي الحضري DARPA.
3. خوارزمية PRM
مخطط PRM ، أو خارطة الطريق الاحتمالية ، هو رسم بياني للشبكة للمسارات المحتملة بناءً على المساحات الحرة والمشغولة على خريطة معينة.
يتم استخدامها في أنظمة التخطيط المعقدة وأيضًا لإيجاد مسارات منخفضة التكلفة حول العقبات.
تستخدم PRMs عينة عشوائية من النقاط على خريطتها حيث يمكن لجهاز الروبوت أن يتحرك ثم يتم حساب أقصر مسار.
كيف تعمل؟
يتكون PRM من مرحلة البناء والاستعلام.
في المرحلة الأولى ، يتم رسم خارطة طريق بيانية تقارب الحركات المحتملة في البيئة. ثم يتم إنشاء تكوين عشوائي وتوصيله ببعض الجيران.
ترتبط تكوينات البداية والهدف بالرسم البياني في مرحلة الاستعلام. ثم يتم الحصول على المسار بواسطة a أقصر طريق ديكسترا الاستعلام.
التطبيقات
يتم استخدام PRM في المخططين المحليين ، حيث تحسب الخوارزمية مسارًا مستقيمًا بين نقطتين ، وهما النقطة الأولية ونقطة الهدف.
يمكن أيضًا استخدام الخوارزمية لتحسين تخطيط المسار وتطبيقات اكتشاف التصادم.
4. خوارزمية نقطة الصفر (ZMP)
نقطة الصفر (تقنية ZMP) هي خوارزمية تستخدمها الروبوتات للحفاظ على الجمود الكلي مقابل قوة رد فعل الأرضية.
تستخدم هذه الخوارزمية مفهوم حساب ZMP وتطبقه بطريقة لموازنة الروبوتات ذات قدمين. يبدو أن استخدام هذه الخوارزمية على سطح أرضي أملس يسمح للإنسان الآلي بالمشي كما لو لم تكن هناك لحظة.
تستخدم شركات التصنيع مثل ASIMO (Honda) هذه التقنية.
كيف تعمل؟
يتم التخطيط لحركة الإنسان الآلي باستخدام معادلة الزخم الزاوي. إنه يتأكد من أن حركة المفصل المتولدة تضمن الاستقرار الديناميكي للوضعية للروبوت.
يتم قياس هذا الاستقرار من خلال مسافة نقطة الصفر لحظة (المحسوبة بواسطة الخوارزمية) داخل حدود منطقة الاستقرار المحددة مسبقًا.
التطبيقات
يمكن استخدام نقاط العزم الصفرية كمقياس لتقييم الاستقرار ضد انقلاب الروبوتات مثل iRobot PackBot عند التنقل في المنحدرات والعقبات.
5. خوارزمية التحكم التفاضلي النسبي المتكامل (PID)
يُنشئ التحكم التفاضلي المتكامل النسبي أو PID حلقة ردود فعل المستشعر لضبط إعدادات المكونات الميكانيكية عن طريق حساب قيمة الخطأ.
تجمع هذه الخوارزميات بين جميع المعاملات الأساسية الثلاثة ، أي النسبة والتكامل والمشتق بحيث تنتج إشارة تحكم.
يعمل في الوقت الفعلي ويطبق التصحيحات عند الحاجة. يمكن رؤية هذا في سيارات ذاتية القيادة.
كيف تعمل؟
تستخدم وحدة التحكم PID ثلاثة شروط تحكم خاصة بالتناسب والتأثير المتكامل والمشتق على مخرجاتها لتطبيق تحكم دقيق ومثالي.
تحسب وحدة التحكم هذه باستمرار قيمة الخطأ على أنها الفرق بين نقطة الضبط المرغوبة ومتغير العملية المقاسة.
ثم يطبق تصحيحًا لتقليل الخطأ بمرور الوقت عن طريق ضبط متغير التحكم.
التطبيقات
يمكن لوحدة التحكم هذه التحكم في أي عملية لها مخرجات قابلة للقياس ، وقيمة مثالية معروفة لذلك الناتج ، ومدخلات للعملية التي ستؤثر على المخرجات القابلة للقياس.
تُستخدم أدوات التحكم في الصناعة لتنظيم درجة الحرارة والضغط والقوة والوزن والموضع والسرعة وأي متغير آخر يوجد قياس له.
وفي الختام
لذلك ، كانت هذه بعض الخوارزميات الأكثر شيوعًا المستخدمة في الروبوتات. كل هذه الخوارزميات معقدة للغاية مع مزيج من الفيزياء والجبر الخطي والإحصاءات المستخدمة لرسم خريطة الإجراءات والحركة.
ومع ذلك ، مع تقدم التكنولوجيا ، ستتطور خوارزميات الروبوتات لتصبح أكثر تعقيدًا. ستكون الروبوتات قادرة على إكمال المزيد من المهام والتفكير أكثر بنفسها.
إذا استمتعت بهذا المقال ، اشترك في HashDork's Weekly التحديثات عبر رسائل البريد الإلكتروني ، حيث نشارك آخر أخبار AI و ML و DL والبرمجة وتقنية المستقبل.
اترك تعليق