Robotika ir unikāls zinātnes un tehnoloģiju sajaukums, kas ražo mašīnas, kas atdarina cilvēku darbības.
2000. gadu sākumā 90% robotu atradās automašīnu ražotnēs, aizstājot cilvēkus, veicot atkārtotus uzdevumus. Tagad roboti var sūkāt mājas un pat apkalpot restorānos.
Robots parasti sastāv no trīs veidu sastāvdaļām; mehāniskais korpuss; elektriskais skelets un visbeidzot ar kodu izgatavotas smadzenes.
Šīs sastāvdaļas ļauj robotam savākt datus (bieži vien no sensoriem), pieņemt lēmumus, izmantojot ieprogrammētu loģiku, lai pielāgotu uzvedību un izpildītu uzdevumus.
Robotiem var būt trīs veidu programmas; Tālvadības pults (RC), Mākslīgais intelekts (AI) vai hibrīds.
RC programmām ir nepieciešama cilvēka iejaukšanās, kas var dot robotam sākuma un/vai apturēšanas signālu koda izpildei. Programmas sastāv no dažāda veida algoritmiem, katram no kuriem ir atšķirīga funkcija.
Kas ir algoritms?
Algoritms ir koda rindu sērija, ko robots var izmantot noteiktu instrukciju izpildei. Tas pārvērš izstrādātāja idejas robotiem saprotamā valodā.
Algoritmus var izteikt dažāda veida apzīmējumos, tostarp pseidokodā, blokshēmās, programmēšanas valodas, vai kontroles tabulas.
Šajā rakstā mēs apspriedīsim dažus izplatītākos šajās programmās izmantoto algoritmu veidus.
Robotikā izmantojamo algoritmu veidi
1. A* algoritms jebkurā laikā
A* algoritms ir ceļa meklēšanas algoritms, ko izmanto, lai atrastu optimālāko ceļu starp diviem punktiem, ti, ar mazākajām izmaksām.
Anytime A* algoritmam ir elastīgas laika izmaksas, un tas var atgriezt īsāko ceļu pat tad, ja tas tiek pārtraukts, jo vispirms tiek ģenerēts neoptimāls risinājums un pēc tam to optimizēts.
Tas ļauj ātrāk pieņemt lēmumus, jo robots var balstīties uz iepriekšējiem aprēķiniem, nevis sākt no nulles.
Kā tas darbojas?
Tas tiek darīts, veidojot “koku”, kas stiepjas no sākuma mezgla līdz izbeigšanas kritēriju aktivizēšanai, kas nozīmē, ka ir pieejams lētāks ceļš.
Tiek izveidots 2D režģis ar šķēršļiem, un sākuma šūna un mērķa šūnas ir norādītas ar tapām.
Algoritms definē mezgla “vērtību” ar f, kas ir parametru g (izmaksas, kas saistītas ar pārvietošanos no sākuma mezgla uz attiecīgo mezglu) un h (izmaksas par pārvietošanos no attiecīgā mezgla uz mērķa mezglu) summa.
Aplikācijas
Daudzas spēles un tīmekļa kartes izmanto šo algoritmu, lai efektīvi atrastu īsāko ceļu. To var izmantot arī mobilajiem robotiem.
Varat arī atrisināt sarežģītas problēmas, piemēram, Ņūtons-Rafsons iterācija, ko izmanto, lai atrastu skaitļa kvadrātsakni.
To izmanto arī trajektorijas problēmās, lai prognozētu objekta kustību un sadursmi telpā.
2. D* Algoritms
D*, Focused D* un D* Lite ir pakāpeniski meklēšanas algoritmi, lai atrastu īsāko ceļu starp diviem punktiem.
Tomēr tie ir A* algoritmu un jaunu atklājumu sajaukums, kas ļauj kartēm pievienot informāciju par nezināmiem šķēršļiem.
Pēc tam viņi var pārrēķināt maršrutu, pamatojoties uz jaunu informāciju, līdzīgi kā Mars Rover.
Kā tas darbojas?
D* algoritma darbība ir līdzīga A* algoritmam, vispirms definē f, h un izveido atvērtu un slēgtu sarakstu.
Pēc tam D* algoritms nosaka pašreizējā mezgla g vērtību, izmantojot tā blakus esošo mezglu g vērtību.
Katrs blakus esošais mezgls izdara minējumu par pašreizējo g vērtību, un īsākā g vērtība tiek pielāgota kā jaunā g vērtība.
Aplikācijas
D* un tā variantus plaši izmanto mobilajam robotam un autonoms transportlīdzeklis navigācija.
Šādas navigācijas sistēmas ietver sistēmas prototipu, kas pārbaudīts uz Marsa roveriem Opportunity un Spirit, un navigācijas sistēmu, kas uzvarēja DARPA Urban Challenge.
3. PRM algoritms
PRM jeb varbūtības ceļvedis ir tīkla diagramma ar iespējamiem ceļiem, pamatojoties uz brīvām un aizņemtām vietām noteiktā kartē.
Tos izmanto sarežģītās plānošanas sistēmās, kā arī, lai atrastu zemas izmaksas šķēršļus.
Personas ar ierobežotām pārvietošanās spējām izmanto nejaušu punktu paraugu savā kartē, kur robota ierīce, iespējams, var pārvietoties, un pēc tam tiek aprēķināts īsākais ceļš.
Kā tas darbojas?
PRM sastāv no izveides un vaicājuma fāzes.
Pirmajā fāzē tiek attēlots ceļvedis, kas tuvina iespējamās kustības vidē. Pēc tam tiek izveidota nejauša konfigurācija un savienota ar dažiem kaimiņiem.
Sākuma un mērķa konfigurācijas ir savienotas ar grafiku vaicājuma fāzē. Pēc tam ceļu iegūst ar a Dijkstras īsākais ceļš vaicājums.
Aplikācijas
PRM tiek izmantots vietējos plānotājos, kur algoritms aprēķina taisnas līnijas ceļu starp diviem punktiem, proti, sākuma un mērķa punktiem.
Algoritmu var izmantot arī ceļu plānošanas un sadursmju noteikšanas lietojumprogrammu uzlabošanai.
4. Nulles momenta punkta (ZMP) algoritms
Nulles momenta punkts (ZMP tehnika) ir algoritms, ko izmanto roboti, lai saglabātu kopējo inerci pretēji grīdas reakcijas spēkam.
Šis algoritms izmanto ZMP aprēķināšanas jēdzienu un izmanto to tā, lai līdzsvarotu divkāju robotus. Šī algoritma izmantošana uz gludas grīdas virsmas šķietami ļauj robotam staigāt tā, it kā brīža nebūtu.
Ražošanas uzņēmumi, piemēram, ASIMO (Honda), izmanto šo tehniku.
Kā tas darbojas?
Staigājoša robota kustība tiek plānota, izmantojot leņķiskā impulsa vienādojumu. Tas nodrošina, ka ģenerētā locītavas kustība garantē robota dinamisku stājas stabilitāti.
Šo stabilitāti kvantitatīvi nosaka ar nulles momenta punkta attālumu (ko aprēķina pēc algoritma) iepriekš noteikta stabilitātes apgabala robežās.
Aplikācijas
Nulles momenta punktus var izmantot kā metriku, lai novērtētu tādu robotu kā iRobot PackBot stabilitāti pret apgāšanos, pārvietojoties pa rampām un šķēršļiem.
5. Proporcionālās integrālās diferenciālās (PID) vadības algoritms
Proporcionālā integrālā diferenciālā vadība jeb PID izveido sensora atgriezeniskās saites cilpu, lai pielāgotu mehānisko komponentu iestatījumus, aprēķinot kļūdas vērtību.
Šie algoritmi apvieno visus trīs pamata koeficientus, ti, proporciju, integrāli un atvasinājumu, lai radītu vadības signālu.
Tas darbojas reāllaikā un vajadzības gadījumā piemēro korekcijas. To var redzēt iekšā self-braukšanas automašīnas.
Kā tas darbojas?
PID regulators izmanto trīs kontroles nosacījumus, proporcionalitātes, integrālās un atvasinātās ietekmes uz savu izvadi, lai piemērotu precīzu un optimālu vadību.
Šis regulators nepārtraukti aprēķina kļūdas vērtību kā starpību starp vēlamo uzdoto vērtību un izmērīto procesa mainīgo.
Pēc tam tas piemēro korekciju, lai laika gaitā samazinātu kļūdu, pielāgojot vadības mainīgo.
Aplikācijas
Šis kontrolieris var kontrolēt jebkuru procesu, kuram ir izmērāma izvade, zināma ideālā vērtība šai izvadei un procesa ievade, kas ietekmēs izmērāmo izvadi.
Kontrolieri tiek izmantoti rūpniecībā, lai regulētu temperatūru, spiedienu, spēku, svaru, pozīciju, ātrumu un jebkuru citu mainīgo lielumu, kam ir mērījums.
Secinājumi
Tātad šie bija daži no visizplatītākajiem robotikā izmantotajiem algoritmiem. Visi šie algoritmi ir diezgan sarežģīti, jo darbību un kustību kartēšanai tiek izmantots fizikālās, lineārās algebras un statistikas sajaukums.
Tomēr, tehnoloģijām attīstoties, robotikas algoritmi kļūs vēl sarežģītāki. Roboti varēs izpildīt vairāk uzdevumu un vairāk domāt paši.
Ja jums patika šis raksts, abonējiet HashDork's Weekly atjauninājumus, izmantojot e-pastus, kur mēs kopīgojam jaunākās AI, ML, DL, programmēšanas un nākotnes tehnikas ziņas.
Atstāj atbildi