A robótica é unha mestura única de ciencia e tecnoloxía que produce máquinas que imitan as accións dos humanos.
A principios da década de 2000, o 90% dos robots estaban en plantas de fabricación de automóbiles substituíndo aos humanos por tarefas repetitivas. Agora os robots poden aspirar casas e mesmo servir en restaurantes.
Un robot adoita estar formado por tres tipos de compoñentes; o corpo mecánico; o esqueleto eléctrico, e finalmente un cerebro feito con código.
Estes compoñentes permiten que un robot recompile datos (a miúdo de sensores), tome decisións mediante a lóxica programada para adaptar o comportamento e completar tarefas.
Os robots poden ter tres tipos de programas; Control remoto (RC), Intelixencia Artificial (AI) ou híbrido.
Os programas RC requiren a intervención dun ser humano que poida dar o sinal de inicio e/ou parada para a execución do código ao robot. Os programas consisten en varios tipos de algoritmos, cada un cunha función diferente.
Que é un algoritmo?
Un algoritmo é unha serie de liñas de código que un robot pode utilizar para realizar determinadas instrucións. Traduce as ideas do programador a unha linguaxe que entenden os robots.
Os algoritmos pódense expresar en moitos tipos de notación, incluíndo pseudocódigo, diagramas de fluxo, linguaxes de programación, ou táboas de control.
Neste artigo discutiremos algúns tipos comúns de algoritmos utilizados nestes programas.
Tipos de algoritmos utilizados en robótica
1. En calquera momento Algoritmo A*
O algoritmo A* é un algoritmo de busca de camiños que se utiliza para atopar o camiño máis óptimo entre dous puntos, é dicir, co menor custo.
O algoritmo A* en calquera momento ten un custo de tempo flexible e pode devolver o camiño máis curto aínda que se interrompa, xa que primeiro xera unha solución non óptima e despois optimízaa.
Isto permite unha toma de decisións máis rápida xa que o robot pode basearse en cálculos anteriores en lugar de comezar desde cero.
Como funciona?
Faino formando unha "árbore" que se estende desde o nodo de inicio ata que se activan os criterios para a terminación, o que significa que hai un camiño dispoñible menos custoso.
Faise unha cuadrícula 2D con obstáculos e unha cela inicial e as celas obxectivo están sinaladas.
O algoritmo define o "valor" dun nodo mediante f, que é a suma dos parámetros g (o custo de pasar do nodo inicial ao nodo en cuestión) e h (o custo de pasar do nodo en cuestión ao nodo de destino).
aplicacións
Moitos xogos e mapas baseados na web usan este algoritmo para atopar o camiño máis curto de forma eficiente. Tamén se pode usar para robots móbiles.
Tamén podes resolver problemas complexos como o Newton-Raphson iteración aplicada para atopar a raíz cadrada dun número.
Tamén se usa en problemas de traxectoria para predicir o movemento e a colisión dun obxecto no espazo.
2. D* Algoritmo
D*, Focused D* e D* Lite son algoritmos de busca incrementais para atopar o camiño máis curto entre dous puntos.
Non obstante, son unha mestura de algoritmos A* e novos descubrimentos que lles permiten engadir información aos seus mapas sobre obstáculos descoñecidos.
Despois poden recalcular unha ruta baseándose en información nova, como o Mars Rover.
Como funciona?
O funcionamento do algoritmo D* é semellante ao de A*, o algoritmo define primeiro f, h e crea unha lista aberta e pechada.
Despois diso, o algoritmo D* determina o valor g do nodo actual usando o valor g dos seus nodos veciños.
Cada nodo veciño adiviña o valor g do actual e o valor g máis curto adáptase como novo valor g.
aplicacións
D* e as súas variantes son moi utilizadas para robots móbiles e vehículo autónomo navegación.
Tales sistemas de navegación inclúen un sistema prototipo probado nos rovers de Marte Opportunity e Spirit e o sistema de navegación que gañou o premio. Desafío Urbano DARPA.
3. Algoritmo PRM
Un PRM, ou folla de ruta probabilística, é un gráfico de rede de posibles camiños baseado en espazos libres e ocupados nun mapa dado.
Utilízanse en sistemas de planificación complexos e tamén para atopar camiños de baixo custo arredor dos obstáculos.
Os PRM usan unha mostra aleatoria de puntos do seu mapa onde un dispositivo robot pode moverse e despois calcúlase o camiño máis curto.
Como funciona?
PRM consiste nunha fase de construción e consulta.
Na primeira fase, traza unha folla de ruta que aproxima os posibles movementos nun ambiente. A continuación, créase unha configuración aleatoria e conéctase a algúns veciños.
As configuracións de inicio e obxectivo están conectadas ao gráfico na fase de consulta. O camiño obtén entón a O camiño máis curto de Dijkstra consulta.
aplicacións
PRM utilízase nos planificadores locais, onde o algoritmo calcula un camiño en liña recta entre dous puntos, é dicir, os puntos iniciais e os puntos obxectivo.
O algoritmo tamén se pode usar para mellorar as aplicacións de planificación de rutas e detección de colisións.
4. Algoritmo de punto de momento cero (ZMP).
O punto de momento cero (técnica ZMP) é un algoritmo utilizado polos robots para manter a inercia total oposta á forza de reacción do chan.
Este algoritmo usa o concepto de calcular o ZMP e aplícao para equilibrar os robots bípedos. Usar este algoritmo nunha superficie lisa do chan aparentemente permite que o robot camiñe coma se non houbese momento.
Empresas de fabricación como ASIMO (Honda) utilizan esta técnica.
Como funciona?
O movemento dun robot que camiña planifícase mediante a ecuación do momento angular. Asegúrese de que o movemento articular xerado garante a estabilidade postural dinámica do robot.
Esta estabilidade cuantificase pola distancia do punto de momento cero (calculado polo algoritmo) dentro dos límites dunha rexión de estabilidade predefinida.
aplicacións
Os puntos de momento cero pódense utilizar como métrica para avaliar a estabilidade fronte ao envorco de robots como o iRobot PackBot ao navegar por rampas e obstáculos.
5. Algoritmo de control diferencial integral proporcional (PID).
Control diferencial integral proporcional ou PID, crea un bucle de retroalimentación do sensor para axustar a configuración dos compoñentes mecánicos calculando o valor do erro.
Estes algoritmos combinan os tres coeficientes básicos, é dicir, proporción, integral e derivada para que produza un sinal de control.
Funciona en tempo real e aplica correccións onde sexa necesario. Isto pódese ver en coches de auto-condución.
Como funciona?
O controlador PID usa tres termos de control de proporcionalidade, influencia integral e derivada na súa saída para aplicar un control preciso e óptimo.
Este controlador calcula continuamente un valor de erro como a diferenza entre un punto de referencia desexado e unha variable de proceso medida.
Despois aplica unha corrección para minimizar o erro ao longo do tempo mediante o axuste da variable de control.
aplicacións
Este controlador pode controlar calquera proceso que teña unha saída medible, un valor ideal coñecido para esa saída e unha entrada ao proceso que afectará á saída medible.
Os controladores utilízanse na industria para regular a temperatura, presión, forza, peso, posición, velocidade e calquera outra variable para a que exista unha medida.
Conclusión
Polo tanto, estes foron algúns dos algoritmos máis comúns utilizados en robótica. Todos estes algoritmos son bastante complexos cunha mestura de física, álxebra lineal e estatísticas que se utilizan para mapear accións e movementos.
Non obstante, a medida que avance a tecnoloxía, os algoritmos de robótica desenvolveranse para facerse aínda máis complexos. Os robots poderán completar máis tarefas e pensar máis por si mesmos.
Se che gustou este artigo, subscríbete a HashDork's Weekly actualizacións a través de correos electrónicos, onde compartimos as últimas noticias sobre AI, ML, DL, Programación e Future Tech.
Deixe unha resposta