Robotika je edinstvena mešanica znanosti in tehnologije, ki proizvaja stroje, ki posnemajo dejanja ljudi.
V zgodnjih 2000-ih je bilo 90 % robotov v obratih za proizvodnjo avtomobilov, ki so nadomeščali ljudi za ponavljajoče se naloge. Zdaj lahko roboti posesajo hiše in celo strežejo v restavracijah.
Robot je običajno sestavljen iz treh vrst komponent; mehansko telo; električni skelet in končno možgani, narejeni s kodo.
Te komponente omogočajo robotu, da zbira podatke (pogosto iz senzorjev), sprejema odločitve prek programirane logike za prilagajanje obnašanja in dokončanje nalog.
Roboti imajo lahko tri vrste programov; Daljinski upravljalnik (RC), Umetna inteligenca (AI) ali hibrid.
RC programi zahtevajo posredovanje človeka, ki lahko robotu da startni in/ali stop signal za izvedbo kode. Programi so sestavljeni iz različnih vrst algoritmov, od katerih ima vsak drugačno funkcijo.
Kaj je algoritem?
Algoritem je niz vrstic kode, ki jih robot lahko uporabi za izvajanje določenih navodil. Ideje razvijalca prevaja v jezik, ki ga roboti razumejo.
Algoritme je mogoče izraziti v številnih vrstah zapisov, vključno s psevdokodo, diagrami poteka, programskih jezikov, ali kontrolne mize.
V tem članku bomo razpravljali o nekaterih pogostih vrstah algoritmov, ki se uporabljajo v teh programih.
Vrste algoritmov, ki se uporabljajo v robotiki
1. Algoritem A* kadar koli
Algoritem A* je algoritem za iskanje poti, ki se uporablja za iskanje najbolj optimalne poti med dvema točkama, torej z najmanjšimi stroški.
Algoritem A* Anytime ima prilagodljive časovne stroške in lahko vrne najkrajšo pot, tudi če je prekinjena, saj najprej ustvari neoptimalno rešitev in jo nato optimizira.
To omogoča hitrejše odločanje, saj lahko robot gradi na prejšnjih izračunih, namesto da bi začel iz nič.
Kako deluje?
To naredi tako, da oblikuje 'drevo', ki se razteza od začetnega vozlišča do sprožitve meril za zaključek, kar pomeni, da je na voljo cenejša pot.
2D mreža je narejena z ovirami, začetna celica in ciljne celice pa so natančno označene.
Algoritem definira 'vrednost' vozlišča s f, ki je vsota parametrov g (strošek premika iz začetnega vozlišča v zadevno vozlišče) in h (strošek premika iz zadevnega vozlišča v ciljno vozlišče).
Aplikacije
Veliko iger in spletnih zemljevidov uporablja ta algoritem za učinkovito iskanje najkrajše poti. Uporablja se lahko tudi za mobilne robote.
Rešujete lahko tudi zapletene probleme, kot so Newton-Raphson iteracija, uporabljena za iskanje kvadratnega korena števila.
Uporablja se tudi pri problemih trajektorije za napovedovanje gibanja in trka predmeta v prostoru.
2. D* Algoritem
D*, Focused D* in D* Lite so inkrementalni iskalni algoritmi za iskanje najkrajše poti med dvema točkama.
Vendar pa so mešanica algoritmov A* in novih odkritij, ki jim omogočajo, da na svoje zemljevide dodajo informacije za neznane ovire.
Nato lahko preračunajo pot na podlagi novih informacij, podobno kot Mars Rover.
Kako deluje?
Delovanje algoritma D* je podobno kot pri A*, algoritem najprej definira f, h in ustvari odprt in zaprt seznam.
Po tem algoritem D* določi g vrednost trenutnega vozlišča z uporabo g vrednosti njegovih sosednjih vozlišč.
Vsako sosednje vozlišče ugiba o trenutni vrednosti g in najkrajša g vrednost se prilagodi kot nova vrednost g.
Aplikacije
D* in njegove različice se pogosto uporabljajo za mobilne robote in avtonomno vozilo navigacija.
Takšni navigacijski sistemi vključujejo prototip sistema, preizkušenega na roverjih Mars Opportunity in Spirit ter navigacijski sistem, ki je zmagal Urbani izziv DARPA.
3. Algoritem PRM
PRM ali verjetnostni načrt je omrežni graf možnih poti, ki temelji na prostih in zasedenih prostorih na danem zemljevidu.
Uporabljajo se v kompleksnih sistemih načrtovanja in tudi za iskanje nizkocenovnih poti okoli ovir.
Osebe z omejeno mobilnostjo uporabljajo naključni vzorec točk na svojem zemljevidu, kjer se lahko robotska naprava premika, nato pa se izračuna najkrajša pot.
Kako deluje?
PRM je sestavljen iz faze izdelave in poizvedbe.
V prvi fazi je grafični načrt, ki približuje možna gibanja v okolju. Nato se ustvari naključna konfiguracija in se poveže z nekaterimi sosedi.
Začetne in ciljne konfiguracije so povezane z grafom v fazi poizvedbe. Pot nato dobi a Dijkstrina najkrajša pot poizvedba.
Aplikacije
PRM se uporablja v lokalnih načrtovalcih, kjer algoritem izračuna pot ravne črte med dvema točkama, in sicer začetno in ciljno točko.
Algoritem se lahko uporablja tudi za izboljšanje aplikacij za načrtovanje poti in zaznavanje trkov.
4. Algoritem Zero Moment Point (ZMP).
Zero Moment Point (ZMP tehnika) je algoritem, ki ga uporabljajo roboti, da ohranijo celotno vztrajnost v nasprotju z reakcijsko silo tal.
Ta algoritem uporablja koncept izračuna ZMP in ga uporablja na način za uravnoteženje dvonožnih robotov. Uporaba tega algoritma na gladki talni površini navidez omogoča robotu, da hodi, kot da ni trenutka.
To tehniko uporabljajo proizvodna podjetja, kot je ASIMO (Honda).
Kako deluje?
Gibanje hodečega robota je načrtovano z enačbo kotnega momenta. Zagotavlja, da ustvarjeno gibanje sklepov zagotavlja dinamično posturalno stabilnost robota.
Ta stabilnost je kvantificirana z razdaljo točke ničelnega trenutka (izračunane z algoritmom) znotraj meja vnaprej določenega območja stabilnosti.
Aplikacije
Točke brez momenta se lahko uporabijo kot meritev za oceno stabilnosti robotov, kot je iRobot PackBot, pri navigaciji po klančinah in ovirah pred prevrnitvijo.
5. Proporcionalni integrirani diferencialni (PID) krmilni algoritem
Proporcionalno integrirano diferencialno krmiljenje ali PID ustvari povratno zanko senzorja za prilagoditev nastavitev za mehanske komponente z izračunom vrednosti napake.
Ti algoritmi združujejo vse tri osnovne koeficiente, to je sorazmerje, integral in izpeljanko, tako da proizvedejo kontrolni signal.
Deluje v realnem času in po potrebi uporablja popravke. To je mogoče videti v samostojno vožnjo avtomobilov.
Kako deluje?
PID krmilnik uporablja tri regulacijske izraze sorazmernost, integralni in izpeljani vpliv na svoj izhod za natančno in optimalno krmiljenje.
Ta krmilnik neprekinjeno izračunava vrednost napake kot razliko med želeno nastavljeno točko in izmerjeno spremenljivko procesa.
Nato s prilagoditvijo krmilne spremenljivke uporabi popravek, da sčasoma zmanjša napako.
Aplikacije
Ta krmilnik lahko nadzoruje kateri koli proces, ki ima merljiv izhod, znano idealno vrednost za ta izhod in vhod v proces, ki bo vplival na merljiv izhod.
Krmilniki se uporabljajo v industriji za uravnavanje temperature, tlaka, sile, teže, položaja, hitrosti in katere koli druge spremenljivke, za katero obstaja meritev.
zaključek
Torej, to so bili nekateri najpogostejši algoritmi, ki se uporabljajo v robotiki. Vsi ti algoritmi so precej zapleteni z mešanico fizikalnih lastnosti, linearne algebre in statistike, ki se uporabljajo za načrtovanje dejanj in gibanja.
Vendar pa se bodo z napredkom tehnologije robotski algoritmi razvili, da bodo postali še bolj zapleteni. Roboti bodo lahko opravili več nalog in več razmišljali sami.
Če ste uživali v tem članku, naročite se na HashDork's Weekly posodobitve prek e-pošte, kjer delimo najnovejše novice o AI, ML, DL, programiranju in tehnologiji prihodnosti.
Pustite Odgovori