Robotika is in unyk mingsel fan wittenskip en technology dy't masines produseart dy't de aksjes fan minsken mimike.
Yn 'e iere 2000's wiene 90% fan robots yn autofabrikanten dy't minsken ferfangen foar repetitive taken. No kinne robots huzen stofsûgje en sels tsjinje yn restaurants.
In robot bestiet meastentiids út trije soarten komponinten; it meganyske lichem; it elektryske skelet, en op it lêst in harsens makke mei koade.
Dizze komponinten kinne in robot gegevens sammelje (faak fan sensors), besluten meitsje fia programmearre logika om gedrach oan te passen en taken te foltôgjen.
Robots kinne trije soarten programma's hawwe; Remote Control (RC), Artificial Intelligence (AI), of Hybride.
RC-programma's fereaskje de yntervinsje fan in minske dy't it start- en/of it stopsinjaal foar it útfieren fan koade oan de robot jaan kin. Programma's besteane út ferskate soarten algoritmen, elk mei in oare funksje.
Wat is in algoritme?
In algoritme is in searje rigels koade dy't in robot kin brûke om bepaalde ynstruksjes út te fieren. It fertaalt de ideeën fan 'e ûntwikkelder yn in taal dy't wurdt begrepen troch robots.
Algoritmen kinne wurde útdrukt yn in protte soarten notaasje, ynklusyf pseudokoade, flowcharts, programmeertalen, of kontrôle tabellen.
Yn dit artikel sille wy beprate guon mienskiplike soarten algoritmen brûkt yn dizze programma's.
Soarten algoritmen brûkt yn robotika
1. Anytime A * Algoritme
It A*-algoritme is in paadsykalgoritme dat brûkt wurdt om it meast optimale paad tusken twa punten te finen, dat wol sizze mei de lytste kosten.
Anytime A* Algoritme hat in fleksibele tiidkosten en kin it koartste paad weromjaan, sels as it wurdt ûnderbrutsen, om't it earst in net-optimale oplossing genereart en it dan optimisearret.
Dit soarget foar rapper beslútfoarming, om't de robot kin bouwe op eardere berekkeningen ynstee fan fanôf it begjin te begjinnen.
Hoe wurket it?
It docht dit troch it foarmjen fan in 'beam' dy't útwreidet fan 'e startknooppunt oant de kritearia foar beëiniging wurdt aktivearre, wat betsjut dat d'r in minder kostber paad beskikber is.
In 2D Grid wurdt makke mei obstakels en in startsel en doelsellen wurde pin-pointed.
It algoritme definiearret de 'wearde' fan in knooppunt troch f dat is de som fan parameters g (de kosten fan it ferpleatsen fan it begjinknooppunt nei it oanbelangjende knooppunt) en h (de kosten fan it ferpleatsen fan it oanbelangjende knooppunt nei it doelknooppunt).
Oanfraach
In protte spultsjes en web-basearre kaarten brûke dit algoritme foar it finen fan it koartste paad effisjint. It kin ek brûkt wurde foar mobile robots.
Jo kinne ek oplosse komplekse problemen lykas de Newton-Raphson iteraasje tapast om de fjouwerkantswoartel fan in getal te finen.
It wurdt ek brûkt yn trajektproblemen om de beweging en botsing fan in objekt yn 'e romte te foarsizzen.
2. D* Algoritme
D*, Focused D* en D* Lite binne inkrementele sykalgoritmen om it koartste paad tusken twa punten te finen.
Se binne lykwols in miks fan A * algoritmen en nije ûntdekkingen wêrtroch't se ynformaasje kinne tafoegje oan har kaarten foar ûnbekende obstakels.
Se kinne dan in rûte opnij berekkenje op basis fan nije ynformaasje, lykas de Mars Rover.
Hoe wurket it?
De wurking fan D* Algoritme is fergelykber mei dy fan A*, it algoritme definiearret earst f, h en makket in iepen en sletten list.
Hjirnei bepaalt it D*-algoritme de g-wearde fan 'e hjoeddeistige knooppunt mei de g-wearde fan' e oanbuorjende knooppunten.
Elke oanbuorjende knooppunt makket in rieden oer de g-wearde fan de hjoeddeiske en de koartste g-wearde wurdt oanpast as de nije g-wearde.
Oanfraach
D * en syn farianten wurde in soad brûkt foar mobile robot en autonome vehicle navigaasje.
Sokke navigaasjesystemen omfetsje in prototypesysteem testen op 'e Mars-rovers Opportunity and Spirit en it navigaasjesysteem dat de DARPA Urban Challenge.
3. PRM Algoritme
In PRM, of probabilistyske roadmap, is in netwurkgrafyk fan mooglike paden basearre op frije en besette romten op in opjûne kaart.
Se wurde brûkt yn komplekse planningsystemen en ek om paden mei lege kosten om obstakels te finen.
PRM's brûke in willekeurige stekproef fan punten op har kaart wêr't in robotapparaat mooglik bewege kin en dan wurdt it koartste paad berekkene.
Hoe wurket it?
PRM bestiet út in konstruksje en query faze.
Yn 'e earste faze wurdt in roadmap tekene dy't mooglike bewegingen yn in omjouwing benaderet. In willekeurige konfiguraasje wurdt dan makke en ferbûn mei guon buorlju.
De start- en doelkonfiguraasjes binne ferbûn mei de grafyk yn 'e queryfaze. It paad wurdt dan krigen troch in Dijkstra syn koartste paad query.
Oanfraach
PRM wurdt brûkt yn pleatslike planners, wêrby't it algoritme in rjochte linepaad berekkenet tusken twa punten, nammentlik de inisjele en doelpunten.
It algoritme kin ek brûkt wurde om applikaasjes foar paadplanning en botsingsdeteksje te ferbetterjen.
4. Zero Moment Point (ZMP) Algoritme
Zero Moment Point (ZMP-technyk) is in algoritme dat brûkt wurdt troch robots om de totale inertia tsjinoer de reaksjekrêft fan 'e flier te hâlden.
Dit algoritme brûkt it konsept fan it berekkenjen fan de ZMP en tapast it op in manier om bipedale robots te balansearjen. It brûken fan dit algoritme op in glêd flier oerflak liket de robot te rinnen as wie der gjin momint.
Produksjebedriuwen lykas ASIMO (Honda) brûke dizze technyk.
Hoe wurket it?
De beweging fan in rinnende robot wurdt pland mei de hoekmomentumfergeliking. It soarget derfoar dat de generearre mienskiplike beweging garandearret dynamyske posturale stabiliteit fan 'e robot.
Dizze stabiliteit wurdt kwantifisearre troch de ôfstân fan it nulmomintpunt (berekkene troch it algoritme) binnen de grinzen fan in foarôf definieare stabiliteitsregio.
Oanfraach
Punten fan nul momint kinne brûkt wurde as metrysk om de stabiliteit te beoardieljen tsjin omslaan fan robots lykas de iRobot PackBot by it navigearjen fan opritten en obstakels.
5. Proporsjonele yntegraal differinsjaaloperator (PID) Control Algoritme
Proporsjonele yntegraal differinsjaal kontrôle of PID, makket in sensor feedback loop foar in oanpasse ynstellings foar meganyske komponinten troch it berekkenjen fan de flater wearde.
Dizze algoritmen kombinearje alle trije basiskoëffisjinten, dws proporsje, yntegraal en derivative, sadat it in kontrôlesinjaal produsearret.
It wurket yn real-time en past korreksjes oan wêr't nedich is. Dit is te sjen yn sels autodike auto's.
Hoe wurket it?
De PID-controller brûkt trije kontrôlebetingsten fan evenredichheid, yntegraal en derivative ynfloed op syn útfier om krekte en optimale kontrôle oan te passen.
Dizze kontrôler berekkent kontinu in flaterwearde as it ferskil tusken in winske setpoint en in mjitten prosesfariabele.
It jildt dan in korreksje om de flater oer de tiid te minimalisearjen troch oanpassing fan 'e kontrôlefariabele.
Oanfraach
Dizze kontrôler kin elk proses kontrolearje dat in mjitbere útfier hat, in bekende ideale wearde foar dy útfier, en in ynfier foar it proses dat de mjitbere útfier sil beynfloedzje.
Controllers wurde yn 'e yndustry brûkt om temperatuer, druk, krêft, gewicht, posysje, snelheid en elke oare fariabele te regeljen wêrfoar in mjitting bestiet.
Konklúzje
Dat, dit wiene guon fan 'e meast foarkommende algoritmen brûkt yn robotika. Al dizze algoritmen binne frij kompleks mei in miks fan fysike, lineêre algebra en statistiken dy't wurde brûkt om aksjes en beweging yn kaart te bringen.
As technology foarútgong sil robotika-algoritmen lykwols ûntwikkelje om noch komplekser te wurden. De robots sille mear taken kinne foltôgje en mear foar harsels tinke.
As jo genoaten hawwe fan dit artikel, abonnearje op HashDork's Weekly updates fia e-post, wêr't wy it lêste nijs oer AI, ML, DL, Programming & Future Tech diele.
Leave a Reply