Robotik ialah gabungan unik sains dan teknologi yang menghasilkan mesin yang meniru tindakan manusia.
Pada awal 2000-an, 90% robot berada di kilang pembuatan kereta menggantikan manusia untuk tugasan yang berulang. Kini robot boleh mengosongkan rumah dan juga berkhidmat di restoran.
Robot biasanya terdiri daripada tiga jenis komponen; badan mekanikal; rangka elektrik, dan akhirnya otak yang dibuat dengan kod.
Komponen ini membenarkan robot mengumpul data (selalunya daripada penderia), membuat keputusan melalui logik terprogram untuk menyesuaikan tingkah laku dan menyelesaikan tugas.
Robot mungkin mempunyai tiga jenis program; Kawalan Jauh (RC), Kepintaran Buatan (AI), atau Hibrid.
Program RC memerlukan campur tangan manusia yang boleh memberikan isyarat mula dan/atau berhenti untuk pelaksanaan kod kepada robot. Program terdiri daripada pelbagai jenis algoritma, masing-masing mempunyai fungsi yang berbeza.
Apakah algoritma?
Algoritma ialah satu siri baris kod yang boleh digunakan oleh robot untuk melaksanakan arahan tertentu. Ia menterjemah idea pembangun ke dalam bahasa yang difahami oleh robot.
Algoritma boleh dinyatakan dalam pelbagai jenis notasi, termasuk pseudokod, carta alir, bahasa pengaturcaraan, atau jadual kawalan.
Dalam artikel ini kita akan membincangkan beberapa jenis algoritma yang biasa digunakan dalam program ini.
Jenis algoritma yang digunakan dalam robotik
1. Bila-bila masa A* Algoritma
Algoritma A* ialah algoritma carian laluan yang digunakan untuk mencari laluan paling optimum antara dua titik, iaitu, dengan kos terkecil.
Pada bila-bila masa Algoritma A* mempunyai kos masa yang fleksibel dan boleh mengembalikan laluan terpendek walaupun ia terganggu kerana ia menjana penyelesaian tidak optimum dahulu dan kemudian mengoptimumkannya.
Ini membolehkan membuat keputusan yang lebih pantas kerana robot boleh membina pengiraan sebelumnya dan bukannya bermula dari awal.
Bagaimana ia berfungsi?
Ia melakukan ini dengan membentuk 'pokok' yang memanjang dari nod permulaan sehingga kriteria penamatan dicetuskan yang bermaksud terdapat laluan yang lebih murah.
Grid 2D dibuat dengan halangan dan sel permulaan dan sel sasaran ditunjuk pin.
Algoritma mentakrifkan 'nilai' nod dengan f yang merupakan jumlah parameter g (kos pergerakan dari nod permulaan ke nod yang dimaksudkan) dan h (kos pemindahan dari nod berkenaan ke nod sasaran).
Aplikasi
Banyak permainan dan peta berasaskan web menggunakan algoritma ini untuk mencari laluan terpendek dengan cekap. Ia juga boleh digunakan untuk robot mudah alih.
Anda juga boleh menyelesaikan masalah kompleks seperti Newton–Raphson lelaran digunakan untuk mencari punca kuasa dua nombor.
Ia juga digunakan dalam masalah trajektori untuk meramalkan gerakan dan perlanggaran objek di angkasa.
2. D* Algoritma
D*, Focused D* dan D* Lite ialah algoritma carian tambahan untuk mencari laluan terpendek antara dua titik.
Walau bagaimanapun, ia adalah gabungan algoritma A* dan penemuan baharu yang membolehkan mereka menambah maklumat pada peta mereka untuk halangan yang tidak diketahui.
Mereka kemudiannya boleh mengira semula laluan berdasarkan maklumat baharu, sama seperti Mars Rover.
Bagaimana ia berfungsi?
Kerja Algoritma D* adalah serupa dengan A*, algoritma pertama mentakrifkan f, h dan mencipta senarai terbuka dan tertutup.
Selepas ini, Algoritma D* menentukan nilai g nod semasa menggunakan nilai g nod jirannya.
Setiap nod jiran membuat tekaan tentang nilai g semasa dan nilai g terpendek disesuaikan sebagai nilai g baharu.
Aplikasi
D* dan variannya digunakan secara meluas untuk robot mudah alih dan kenderaan autonomi pelayaran.
Sistem navigasi sedemikian termasuk sistem prototaip yang diuji pada Peluang dan Spirit rovers Mars dan sistem navigasi yang memenangi Cabaran Bandar DARPA.
3. Algoritma PRM
PRM, atau peta jalan kemungkinan, ialah graf rangkaian laluan yang mungkin berdasarkan ruang kosong dan diduduki pada peta tertentu .
Ia digunakan dalam sistem perancangan yang kompleks dan juga untuk mencari laluan kos rendah di sekeliling halangan.
PRM menggunakan sampel rawak titik pada peta mereka di mana peranti robot mungkin boleh bergerak dan kemudian laluan terpendek dikira.
Bagaimana ia berfungsi?
PRM terdiri daripada fasa pembinaan dan pertanyaan.
Dalam fasa pertama, peta jalan digraf yang menghampiri kemungkinan pergerakan dalam persekitaran. Konfigurasi rawak kemudian dibuat dan disambungkan kepada beberapa jiran.
Konfigurasi permulaan dan matlamat disambungkan kepada graf dalam fasa pertanyaan. Laluan itu kemudiannya diperolehi oleh a Laluan terpendek Dijkstra pertanyaan.
Aplikasi
PRM digunakan dalam perancang tempatan, di mana algoritma mengira laluan garis lurus antara dua titik, iaitu titik awal dan matlamat.
Algoritma juga boleh digunakan untuk menambah baik perancangan laluan dan aplikasi pengesanan perlanggaran.
4. Algoritma Titik Momen Sifar (ZMP).
Titik Momen Sifar (teknik ZMP) ialah algoritma yang digunakan oleh robot untuk memastikan jumlah inersia bertentangan dengan daya tindak balas lantai.
Algoritma ini menggunakan konsep pengiraan ZMP dan menggunakannya dalam cara untuk mengimbangi robot bipedal. Menggunakan algoritma ini pada permukaan lantai yang licin seolah-olah membolehkan robot berjalan seolah-olah tiada saat.
Syarikat pembuatan seperti ASIMO (Honda) menggunakan teknik ini.
Bagaimana ia berfungsi?
Pergerakan robot berjalan dirancang menggunakan persamaan momentum sudut. Ia memastikan bahawa gerakan sendi yang dihasilkan menjamin kestabilan postur dinamik robot.
Kestabilan ini dikira dengan jarak titik momen sifar (dikira oleh algoritma) dalam sempadan kawasan kestabilan yang telah ditetapkan.
Aplikasi
Titik momen sifar boleh digunakan sebagai metrik untuk menilai kestabilan terhadap robot terbalik seperti iRobot PackBot semasa menavigasi tanjakan dan halangan.
5. Algoritma Kawalan Pembezaan Kamiran Berkadar (PID).
Proportional Integral Differential Control atau PID, mencipta gelung maklum balas sensor untuk melaraskan tetapan bagi komponen mekanikal dengan mengira nilai ralat.
Algoritma ini menggabungkan ketiga-tiga pekali asas, iaitu, perkadaran, kamiran, dan terbitan supaya ia menghasilkan isyarat kawalan.
Ia berfungsi dalam masa nyata dan menggunakan pembetulan jika perlu. Ini boleh dilihat dalam kereta pandu sendiri.
Bagaimana ia berfungsi?
Pengawal PID menggunakan tiga terma kawalan iaitu perkadaran, pengaruh kamiran dan terbitan pada outputnya untuk menggunakan kawalan yang tepat dan optimum.
Pengawal ini secara berterusan mengira nilai ralat sebagai perbezaan antara titik set yang dikehendaki dan pembolehubah proses yang diukur.
Ia kemudian menggunakan pembetulan untuk meminimumkan ralat dari semasa ke semasa dengan pelarasan pembolehubah kawalan.
Aplikasi
Pengawal ini boleh mengawal mana-mana proses yang mempunyai output boleh diukur, nilai ideal yang diketahui untuk output itu, dan input kepada proses yang akan menjejaskan output boleh diukur.
Pengawal digunakan dalam industri untuk mengawal suhu, tekanan, daya, berat, kedudukan, kelajuan dan apa-apa pembolehubah lain yang wujudnya ukuran.
Kesimpulan
Jadi, ini adalah beberapa algoritma yang paling biasa digunakan dalam robotik. Semua algoritma ini agak kompleks dengan campuran fizikal, algebra linear dan statistik digunakan untuk memetakan tindakan dan pergerakan.
Walau bagaimanapun, apabila teknologi semakin maju, algoritma robotik akan berkembang menjadi lebih kompleks. Robot akan dapat menyelesaikan lebih banyak tugas dan berfikir lebih untuk diri mereka sendiri.
Jika anda menikmati artikel ini, langgan Mingguan HashDork kemas kini melalui e-mel, tempat kami berkongsi berita terkini AI, ML, DL, Pengaturcaraan & Teknologi Masa Depan.
Sila tinggalkan balasan anda