A robotica hè una mistura unica di scienza è tecnulugia chì produce macchine chì imitanu l'azzioni di l'omu.
À l'iniziu di l'anni 2000, u 90% di i robots eranu in i stabilimenti di fabricazione di vitture chì rimpiazzavanu l'omu per i travaglii ripetitivi. Avà i robot ponu vacuum houses è ancu serve in ristoranti.
Un robot hè generalmente custituitu di trè tippi di cumpunenti; u corpu meccanicu; u scheletru elettricu, è infine un cervellu fattu cù codice.
Questi cumpunenti permettenu à un robot di cullà dati (spessu da i sensori), piglià decisioni via logica programata per adattà u cumpurtamentu è compie i travaglii.
I robots ponu avè trè tippi di prugrammi; Control remoto (RC), Intelligence Artificial (AI), o Hybrid.
I prugrammi RC necessitanu l'intervenzione di un omu chì pò dà l'iniziu è / o u signale di stop per l'esekzione di codice à u robot. I prugrammi sò custituiti da vari tipi d'algoritmi, ognunu cù una funzione diversa.
Cosa hè un algoritmu?
Un algoritmu hè una seria di linee di codice chì un robot pò aduprà per fà certe struzzioni. Traduce l'idee di u sviluppatore in una lingua chì hè cumpresa da i robots.
L'algoritmi ponu esse spressi in parechji tipi di notazione, cumprese pseudocode, diagrammi di flussu, lingue di prugrammazione, o tavule di cuntrollu.
In questu articulu avemu da discutiri qualchi tipi cumuni di algoritmi utilizati in questi prugrammi.
Tipi di algoritmi usati in robotica
1. Anytime A* Algoritmu
L'algoritmu A* hè un algoritmu di ricerca di caminu chì hè utilizatu per truvà a strada più ottima trà dui punti, vale à dì cù u costu più chjucu.
Anytime A * Algorithm hà un costu di tempu flexible è pò rinvià u percorsu più curtu ancu s'ellu hè interrotta postu chì genera una soluzione micca ottima prima è poi l'optimizeghja.
Questu permette una decisione più veloce postu chì u robot pò custruisce nantu à i calculi precedenti invece di principià da zero.
Cumu viaghja?
Face questu furmendu un "arbre" chì si estende da u node di partenza finu à chì i criterii per a terminazione sò attivati, chì significa chì ci hè un percorsu menu costu dispunibule.
Una Griglia 2D hè fatta cù ostaculi è una cellula di partenza è e cellule di destinazione sò pin-pointed.
L'algoritmu definisce u "valore" di un nodu per f chì hè a somma di i paràmetri g (u costu di passà da u node di partenza à u node in questione) è h (u costu di passà da u nodu in quistione à u nodu di destinazione).
Travaux
Un saccu di ghjochi è carte basate in u web utilizanu stu algoritmu per truvà a strada più corta in modu efficiente. Pò esse ancu usatu per i robots mobili.
Pudete ancu risolve i prublemi cumplessi cum'è u Newton-Raphson iterazione applicata à truvà a radica quadrata di un numeru.
Hè ancu utilizatu in i prublemi di trajectoria per predichendu u muvimentu è a colisazione di un ughjettu in u spaziu.
2. D* Algoritmu
D*, Focused D* è D* Lite sò algoritmi di ricerca incrementali per truvà a strada più corta trà dui punti.
Tuttavia, sò una mistura di algoritmi A * è novi scuperte chì li permettenu di aghjunghje infurmazioni à i so mape per ostaculi scunnisciuti.
Puderanu tandu ricalculate un itinerariu basatu annantu à nova infurmazione, cum'è u Mars Rover.
Cumu viaghja?
U funziunamentu di D* Algoritmu hè simile à quellu di A*, l'algoritmu definisce prima f, h è crea una lista aperta è chjusa.
Dopu questu, l'Algoritmu D * determina u valore g di u node attuale utilizendu u valore g di i so nodi vicini.
Ogni node vicinu face una guessura di u valore g di u currente è u valore g più curtu hè adattatu cum'è u novu valore g.
Travaux
D * è e so varianti sò largamente utilizati per u robot mobile è veiculu autònumu navigazione.
Tali sistemi di navigazione includenu un sistema prototipu testatu nantu à i rovers di Mars Opportunity and Spirit è u sistema di navigazione chì hà vintu Sfida Urbana DARPA.
3. Algoritmu PRM
Un PRM, o roadmap probabilisticu, hè un gràficu di rete di percorsi pussibuli basatu nantu à spazii liberi è occupati nantu à una carta data.
Sò usati in sistemi di pianificazione cumplessi è ancu per truvà percorsi low cost attornu à l'ostaculi.
I PRM utilizanu un campionu aleatoriu di punti nantu à a so mappa induve un dispositivu robotu pò esse mossa è poi u percorsu più curtu hè calculatu.
Cumu viaghja?
PRM hè custituitu da una fase di custruzzione è di dumanda.
In a prima fase, una mappa di strada hè grafica chì approssima i movimenti pussibuli in un ambiente. Una cunfigurazione aleatoria hè allora creata è cunnessa à certi vicini.
A cunfigurazione di u principiu è u scopu sò cunnessi à u graficu in a fase di dumanda. U percorsu hè dunque ottenutu da a A strada più corta di Dijkstra quistione.
Travaux
PRM hè utilizatu in i pianificatori lucali, induve l'algoritmu calcule un percorsu in linea retta trà dui punti, vale à dì i punti iniziali è di u scopu.
L'algoritmu pò ancu esse usatu per migliurà a pianificazione di u percorsu è l'applicazioni di rilevazione di collisione.
4. Zero Moment Point (ZMP) Algoritmu
Zero Moment Point (tecnica ZMP) hè un algoritmu utilizatu da i robots per mantene l'inerzia tutale opposta à a forza di reazione di u pianu.
Stu algoritmu usa u cuncettu di calculà u ZMP è l'applica in una manera di equilibrà i robot bipedi. Aduprà stu algoritmu nantu à una superficia liscia di u pianu apparentemente permette à u robot di marchjà cum'è s'ellu ùn ci era micca momentu.
L'imprese di fabricazione cum'è ASIMO (Honda) utilizanu sta tecnica.
Cumu viaghja?
U muvimentu di un robot chì cammina hè pianificatu cù l'equazioni di u momentu angulare. Assicura chì u muvimentu di l'articulazione generata guarantisci a stabilità posturale dinamica di u robot.
Sta stabilità hè quantificata da a distanza di u puntu di u mumentu zero (calculatu da l'algoritmu) in i limiti di una regione di stabilità predefinita.
Travaux
I punti di u mumentu zero ponu esse aduprati cum'è metrica per valutà a stabilità contr'à l'inclinazione di robots cum'è l'iRobot PackBot quandu si naviga in rampe è ostaculi.
5. Algoritmu di cuntrollu di Differential Integral Proporzionale (PID).
Controlu Differenziale Integrale Proporzionale o PID, crea un ciclu di feedback di u sensoru per aghjustà i paràmetri per i cumpunenti meccanichi calculendu u valore di errore.
Questi algoritmi combinanu tutti i trè coefficienti basi, vale à dì, proporzione, integrale è derivativa in modu chì pruduce un signalu di cuntrollu.
Funziona in tempu reale è applica correzioni induve necessariu. Questu pò esse vistu in autucere di guida.
Cumu viaghja?
U controller PID usa trè termini di cuntrollu di proporzionalità, influenza integrale è derivativa nantu à a so output per applicà un cuntrollu precisu è ottimale.
Ce régulateur calcule en permanence une valeur d'erreur comme la différence entre un point de consigne souhaité et une variable de processus mesurée.
Dopu applica una correzione per minimizzà l'errore cù u tempu per aghjustà a variabile di cuntrollu.
Travaux
Stu controller pò cuntrullà ogni prucessu chì hà una pruduzzione misurabile, un valore ideale cunnisciutu per quellu output, è un input à u prucessu chì affettarà a pruduzzioni misurabile.
I cuntrolli sò usati in l'industria per regulà a temperatura, a pressione, a forza, u pesu, a pusizione, a velocità è qualsiasi altra variabile per quale esiste una misurazione.
cunchiusioni
Allora, questi eranu alcuni di l'algoritmi più cumuni utilizati in robotica. Tutti questi algoritmi sò abbastanza cumplessi cù una mistura di fisica, algebra lineale è statistiche chì sò aduprate per cartografi l'azzioni è u muvimentu.
Tuttavia, cum'è a tecnulugia avanza, l'algoritmi di robotica si svilupperanu per diventà ancu più cumplessi. I robots puderanu compie più attività è pensanu più per elli stessi.
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