Robotica este un amestec unic de știință și tehnologie care produce mașini care imită acțiunile oamenilor.
La începutul anilor 2000, 90% dintre roboți se aflau în fabrici de producție de mașini, înlocuind oamenii pentru sarcini repetitive. Acum roboții pot aspira case și chiar pot servi în restaurante.
Un robot este format de obicei din trei tipuri de componente; corpul mecanic; scheletul electric și, în sfârșit, un creier făcut cu cod.
Aceste componente permit unui robot să colecteze date (adesea de la senzori), să ia decizii prin logica programată pentru a adapta comportamentul și a finaliza sarcinile.
Roboții pot avea trei tipuri de programe; Telecomanda (RC), Inteligenta Artificiala (AI) sau hibrid.
Programele RC necesită intervenția unei ființe umane care poate da semnalul de pornire și/sau oprire pentru executarea codului robotului. Programele constau din diferite tipuri de algoritmi, fiecare cu o funcție diferită.
Ce este un algoritm?
Un algoritm este o serie de linii de cod pe care un robot le poate folosi pentru a executa anumite instrucțiuni. Acesta traduce ideile dezvoltatorului într-un limbaj care este înțeles de roboți.
Algoritmii pot fi exprimați în mai multe tipuri de notații, inclusiv pseudocod, diagrame de flux, limbaje de programare, sau tabele de control.
În acest articol vom discuta câteva tipuri comune de algoritmi utilizați în aceste programe.
Tipuri de algoritmi utilizați în robotică
1. Oricând Algoritmul A*
Algoritmul A* este un algoritm de căutare a căii care este folosit pentru a găsi calea cea mai optimă între două puncte, adică cu cel mai mic cost.
Anytime Algoritmul A* are un cost de timp flexibil și poate întoarce calea cea mai scurtă chiar dacă este întrerupt, deoarece generează mai întâi o soluție neoptimă și apoi o optimizează.
Acest lucru permite luarea mai rapidă a deciziilor, deoarece robotul se poate baza pe calculele anterioare în loc să înceapă de la zero.
Cum functioneaza?
Face acest lucru formând un „arboresc” care se extinde de la nodul de pornire până când sunt declanșate criteriile de terminare, ceea ce înseamnă că este disponibilă o cale mai puțin costisitoare.
O grilă 2D este realizată cu obstacole și o celulă de pornire și celulele țintă sunt punctate.
Algoritmul definește „valoarea” unui nod prin f care este suma parametrilor g (costul deplasării de la nodul de pornire la nodul în cauză) și h (costul de mutare de la nodul în cauză la nodul țintă).
aplicatii
O mulțime de jocuri și hărți bazate pe web folosesc acest algoritm pentru a găsi cea mai scurtă cale în mod eficient. Poate fi folosit și pentru roboții mobili.
De asemenea, puteți rezolva probleme complexe precum Newton-Raphson iterație aplicată la găsirea rădăcinii pătrate a unui număr.
De asemenea, este folosit în probleme de traiectorie pentru a prezice mișcarea și coliziunea unui obiect în spațiu.
2. D* Algoritm
D*, Focused D* și D* Lite sunt algoritmi de căutare incrementali pentru a găsi calea cea mai scurtă între două puncte.
Ele, totuși, sunt un amestec de algoritmi A* și noi descoperiri care le permit să adauge informații pe hărțile lor pentru obstacole necunoscute.
Ei pot apoi recalcula o rută pe baza unor informații noi, la fel ca Mars Rover.
Cum functioneaza?
Funcționarea algoritmului D* este similară cu cea a lui A*, algoritmul definește mai întâi f, h și creează o listă deschisă și închisă.
După aceasta, algoritmul D* determină valoarea g a nodului curent folosind valoarea g a nodurilor învecinate.
Fiecare nod vecin face o ghicire despre valoarea g a celui curent, iar cea mai scurtă valoare g este adaptată ca noua valoare g.
aplicatii
D* și variantele sale sunt utilizate pe scară largă pentru robotul mobil și vehicul autonom navigare.
Astfel de sisteme de navigație includ un sistem prototip testat pe roverele Marte Opportunity și Spirit și sistemul de navigație care a câștigat DARPA Urban Challenge.
3. Algoritmul PRM
Un PRM, sau o foaie de parcurs probabilistică, este un grafic de rețea al căilor posibile bazat pe spațiile libere și ocupate de pe o hartă dată.
Sunt utilizate în sisteme complexe de planificare și, de asemenea, pentru a găsi căi cu costuri reduse în jurul obstacolelor.
PRM-urile folosesc un eșantion aleatoriu de puncte de pe harta lor unde un dispozitiv robot se poate deplasa și apoi se calculează calea cea mai scurtă.
Cum functioneaza?
PRM constă dintr-o fază de construcție și interogare.
În prima fază, este reprezentată grafic o foaie de parcurs care aproximează mișcările posibile într-un mediu. O configurație aleatorie este apoi creată și conectată la unii vecini.
Configurațiile de început și obiectiv sunt conectate la grafic în faza de interogare. Calea este apoi obținută de a Cea mai scurtă cale a lui Dijkstra interogare.
aplicatii
PRM este utilizat în planificatorii locali, unde algoritmul calculează o cale dreaptă între două puncte, și anume punctele inițiale și obiectivele.
Algoritmul poate fi folosit și pentru a îmbunătăți planificarea traseului și aplicațiile de detectare a coliziunilor.
4. Algoritmul punctului de moment zero (ZMP).
Punctul de moment zero (tehnica ZMP) este un algoritm folosit de roboți pentru a menține inerția totală opusă forței de reacție a podelei.
Acest algoritm folosește conceptul de calcul al ZMP și îl aplică într-un mod pentru a echilibra roboții bipezi. Folosirea acestui algoritm pe o suprafață netedă a podelei permite, aparent, robotului să meargă ca și cum nu ar exista un moment.
Companii producătoare precum ASIMO (Honda) folosesc această tehnică.
Cum functioneaza?
Mișcarea unui robot care merge este planificată folosind ecuația momentului unghiular. Se asigură că mișcarea articulației generată garantează stabilitatea posturală dinamică a robotului.
Această stabilitate este cuantificată prin distanța punctului de moment zero (calculat de algoritm) în limitele unei regiuni de stabilitate predefinite.
aplicatii
Punctele de moment zero pot fi utilizate ca măsurătoare pentru a evalua stabilitatea împotriva răsturnării roboților precum iRobot PackBot atunci când navighează pe rampe și obstacole.
5. Algoritm de control al diferenţialului integral proporţional (PID).
Controlul diferențial integral proporțional sau PID, creează o buclă de feedback a senzorului pentru a ajusta setările pentru componentele mecanice prin calcularea valorii erorii.
Acești algoritmi combină toți cei trei coeficienți de bază, adică proporție, integrală și derivată, astfel încât să producă un semnal de control.
Funcționează în timp real și aplică corecții acolo unde este necesar. Acest lucru poate fi văzut în mașini de auto-conducere.
Cum functioneaza?
Controlerul PID folosește trei termeni de control de proporționalitate, influență integrală și derivată asupra ieșirii sale pentru a aplica un control precis și optim.
Acest controler calculează continuu o valoare de eroare ca diferență între un punct de referință dorit și o variabilă de proces măsurată.
Apoi aplică o corecție pentru a minimiza eroarea în timp prin ajustarea variabilei de control.
aplicatii
Acest controler poate controla orice proces care are o ieșire măsurabilă, o valoare ideală cunoscută pentru acea ieșire și o intrare în proces care va afecta rezultatul măsurabil.
Controlerele sunt folosite în industrie pentru a regla temperatura, presiunea, forța, greutatea, poziția, viteza și orice altă variabilă pentru care există o măsurătoare.
Concluzie
Deci, aceștia au fost unii dintre cei mai obișnuiți algoritmi folosiți în robotică. Toți acești algoritmi sunt destul de complexi, cu un amestec de fizică, algebră liniară și statistici fiind folosiți pentru a mapa acțiunile și mișcarea.
Cu toate acestea, pe măsură ce tehnologia avansează, algoritmii robotici vor deveni și mai complexi. Roboții vor putea îndeplini mai multe sarcini și vor putea gândi mai mult pentru ei înșiși.
Dacă ți-a plăcut acest articol, abonați-vă la HashDork's Weekly actualizări prin e-mailuri, unde împărtășim cele mai recente știri despre AI, ML, DL, Programare și Tehnologia Viitorului.
Lasă un comentariu