Robotiko estas unika miksaĵo de scienco kaj teknologio kiu produktas maŝinojn kiuj imitas la agojn de homoj.
En la fruaj 2000-aj jaroj, 90% de robotoj estis en aŭtofabrikoj anstataŭantaj homojn por ripetemaj taskoj. Nun robotoj povas vakui domojn kaj eĉ servi en restoracioj.
Roboto kutime konsistas el tri specoj de komponantoj; la mekanika korpo; la elektra skeleto, kaj fine cerbo farita per kodo.
Ĉi tiuj komponantoj permesas al roboto kolekti datumojn (ofte de sensiloj), fari decidojn per programita logiko por adapti konduton kaj plenumi taskojn.
Robotoj povas havi tri specojn de programoj; Teleregilo (RC), Artefarita inteligento (AI), aŭ Hibrido.
RC-programoj postulas la intervenon de homo, kiu povas doni la komencon kaj/aŭ la haltsignalon por la ekzekuto de kodo al la roboto. Programoj konsistas el diversaj specoj de algoritmoj, ĉiu kun malsama funkcio.
Kio estas algoritmo?
Algoritmo estas serio de linioj de kodo, kiujn roboto povas uzi por plenumi certajn instrukciojn. Ĝi tradukas la ideojn de la programisto en lingvon, kiu estas komprenata de robotoj.
Algoritmoj povas esti esprimitaj en multaj specoj de notacio, inkluzive de pseŭdokodo, fludiagramoj, programlingvoj, aŭ kontroltabeloj.
En ĉi tiu artikolo ni diskutos iujn oftajn tipojn de algoritmoj uzataj en ĉi tiuj programoj.
Tipoj de algoritmoj uzataj en robotiko
1. Anytime A* Algoritmo
La algoritmo A* estas algoritmo de serĉo de vojo, kiu estas uzata por trovi la plej optimuman vojon inter du punktoj, t.e. kun la plej malgranda kosto.
Anytime A* Algorithm havas flekseblan tempokoston kaj povas resendi la plej mallongan vojon eĉ se ĝi estas interrompita ĉar ĝi generas ne-optimuman solvon unue kaj tiam optimumigas ĝin.
Ĉi tio permesas pli rapidan decidiĝon ĉar la roboto povas konstrui sur antaŭaj kalkuloj anstataŭe de komenci de nulo.
Kiel ĝi funkcias?
Ĝi faras tion per formado de "arbo" kiu etendiĝas enen de la komenca nodo ĝis la kriterioj por finiĝo estas ekigita kio signifas ke ekzistas malpli multekosta vojo havebla.
2D Krado estas farita kun malhelpoj kaj komenca ĉelo kaj celĉeloj estas pintpintaj.
La algoritmo difinas la "valoron" de nodo per f kiu estas la sumo de parametroj g (la kosto de moviĝado de la komenca nodo al la koncerna nodo) kaj h (la kosto de moviĝado de la koncerna nodo al la celnodo).
aplikaĵoj
Multaj ludoj kaj retbazitaj mapoj uzas ĉi tiun algoritmon por trovi la plej mallongan vojon efike. Ĝi ankaŭ povas esti uzata por moveblaj robotoj.
Vi ankaŭ povas solvi kompleksajn problemojn kiel la Neŭtono-Raphson ripeto aplikita al trovado de la kvadrata radiko de nombro.
Ĝi ankaŭ estas uzata en trajektoraj problemoj por antaŭdiri la moviĝon kaj kolizion de objekto en spaco.
2. D* Algoritmo
D*, Focused D* kaj D* Lite estas pliigaj serĉalgoritmoj por trovi la plej mallongan vojon inter du punktoj.
Ili tamen estas miksaĵo de A*-algoritmoj kaj novaj malkovroj, kiuj permesas al ili aldoni informojn al siaj mapoj pri nekonataj malhelpoj.
Ili tiam povas rekalkuli itineron bazitan sur novaj informoj, tre kiel la Marsa Esplorveturilo.
Kiel ĝi funkcias?
La funkciado de D* Algoritmo estas simila al tiu de A*, la algoritmo unue difinas f, h kaj kreas malfermitan kaj fermitan liston.
Post tio, la D* Algoritmo determinas la g valoron de la nuna nodo uzante la g valoron de ĝiaj najbaraj nodoj.
Ĉiu najbara nodo faras divenon pri la nuna g valoro kaj la plej mallonga g valoro estas adaptita kiel la nova g valoro.
aplikaĵoj
D* kaj ĝiaj variantoj estas vaste uzataj por movebla roboto kaj aŭtonoma veturilo navigado.
Tiaj navigaciaj sistemoj inkluzivas prototipan sistemon testitan sur la marsaj esplorveturiloj Opportunity kaj Spirit kaj la navigacian sistemon kiu gajnis la DARPA Urba Defio.
3. PRM-Algoritmo
PRM, aŭ probabilisma vojmapo, estas retgrafeo de eblaj padoj bazitaj sur liberaj kaj okupataj spacoj sur antaŭfiksita mapo.
Ili estas uzitaj en kompleksaj plansistemoj kaj ankaŭ por trovi malaltkostajn padojn ĉirkaŭ malhelpoj.
PRMoj uzas hazardan provaĵon de punktoj sur sia mapo kie robotaparato povas eventuale moviĝi kaj tiam la plej mallonga pado estas kalkulita.
Kiel ĝi funkcias?
PRM konsistas el konstrua kaj demanda fazo.
En la unua fazo, vojmapo estas grafika kiu proksimigas eblajn moviĝojn en medio. Hazarda agordo tiam estas kreita kaj konektita al kelkaj najbaroj.
La komencaj kaj celaj agordoj estas konektitaj al la grafeo en la demanda fazo. La vojo estas tiam akirita per a La plej mallonga vojo de Dijkstra pridemandado.
aplikaĵoj
PRM estas uzata en lokaj planistoj, kie la algoritmo komputas rektan vojon inter du punktoj, nome la komencaj kaj celpunktoj.
La algoritmo ankaŭ povas esti uzita por plibonigi padplanadon kaj koliziajn detektajn aplikojn.
4. Algoritmo de Nula Momenta Punkto (ZMP).
Zero Moment Point (ZMP-tekniko) estas algoritmo uzita fare de robotoj por konservi la totalan inercion kontraŭe al la reagforto de la planko.
Ĉi tiu algoritmo uzas la koncepton de kalkulado de la ZMP kaj aplikas ĝin en maniero ekvilibrigi bipedajn robotojn. Uzi ĉi tiun algoritmon sur glata planka surfaco ŝajne permesas al la roboto marŝi kvazaŭ ne estus momento.
Produktaj kompanioj kiel ASIMO (Honda) uzas ĉi tiun teknikon.
Kiel ĝi funkcias?
La moviĝo de iranta roboto estas planita uzante la ekvacion de angula movokvanto. Ĝi certigas, ke la generita komuna moviĝo garantias dinamikan posturan stabilecon de la roboto.
Tiu stabileco estas kvantigita per la distanco de la nul-momenta punkto (kalkulita per la algoritmo) ene de la limoj de antaŭdifinita stabilecregiono.
aplikaĵoj
Nulmomentaj punktoj povas esti uzataj kiel metriko por taksi la stabilecon kontraŭ renversiĝo de robotoj kiel la iRobot PackBot dum navigado de deklivirejoj kaj obstakloj.
5. Proporcia Integra Diferenca (PID) Kontrola Algoritmo
Proporcia Integra Diferenca Kontrolo aŭ PID, kreas sensilan retrosciigon por alĝustigi agordojn por mekanikaj komponantoj kalkulante la erarvaloron.
Ĉi tiuj algoritmoj kombinas ĉiujn tri bazajn koeficientojn, te, proporcio, integralo, kaj derivaĵo tiel ke ĝi produktas kontrolsignalon.
Ĝi funkcias en reala tempo kaj aplikas korektojn kie necesas. Ĉi tio videblas en mem-veturantaj aŭtoj.
Kiel ĝi funkcias?
La PID-regilo uzas tri kontrolperiodojn de proporcieco, integrala kaj deriva influo sur sia eligo por apliki precizan kaj optimuman kontrolon.
Ĉi tiu regilo kontinue kalkulas erarvaloron kiel la diferenco inter dezirata fikspunkto kaj mezurita procezvariablo.
Ĝi tiam aplikas korekton por minimumigi la eraron laŭlonge de la tempo per alĝustigo de la kontrolvariablo.
aplikaĵoj
Ĉi tiu regilo povas kontroli ajnan procezon kiu havas mezureblan produktaĵon, konatan idealan valoron por tiu produktaĵo, kaj enigaĵon al la procezo kiu influos la mezureblan produktaĵon.
Regiloj estas uzitaj en la industrio por reguligi temperaturon, premon, forton, pezon, pozicion, rapidecon kaj ajnan alian variablon por kiu mezurado ekzistas.
konkludo
Do, ĉi tiuj estis kelkaj el la plej oftaj algoritmoj uzataj en robotiko. Ĉiuj ĉi tiuj algoritmoj estas sufiĉe kompleksaj kun miksaĵo de fizikoj, lineara algebro kaj statistiko uzata por mapi agojn kaj movadon.
Tamen, dum teknologio progresas, robotikaj algoritmoj evoluos por iĝi eĉ pli kompleksaj. La robotoj povos plenumi pli da taskoj kaj pensi pli por si mem.
Se vi ĝuis ĉi tiun artikolon, abonu HashDork's Weekly ĝisdatigoj per retpoŝtoj, kie ni dividas la plej novajn novaĵojn pri AI, ML, DL, Programado kaj Future Tech.
Lasi Respondon