Робототехніка – це унікальне поєднання науки та технологій, яке створює машини, які імітують дії людей.
На початку 2000-х років 90% роботів були на заводах з виробництва автомобілів, замінюючи людей для виконання повторюваних завдань. Тепер роботи можуть пилососити будинки і навіть служити в ресторанах.
Робот зазвичай складається з трьох типів компонентів; механічний корпус; електричний скелет і, нарешті, мозок, створений за допомогою коду.
Ці компоненти дозволяють роботів збирати дані (часто з датчиків), приймати рішення за допомогою запрограмованої логіки для адаптації поведінки та виконання завдань.
Роботи можуть мати три типи програм; Пульт дистанційного керування (RC), Штучний Інтелект (AI), або гібрид.
Програми RC вимагають втручання людини, яка може дати роботу сигнал старту та/або зупинки для виконання коду. Програми складаються з різних типів алгоритмів, кожен з яких має різну функцію.
Що таке алгоритм?
Алгоритм — це ряд рядків коду, які робот може використовувати для виконання певних інструкцій. Він перекладає ідеї розробника на мову, зрозумілу роботам.
Алгоритми можуть бути виражені багатьма видами позначень, включаючи псевдокод, блок-схеми, мови програмування, або контрольні таблиці.
У цій статті ми обговоримо деякі поширені типи алгоритмів, які використовуються в цих програмах.
Типи алгоритмів, що використовуються в робототехніці
1. Алгоритм A* в будь-який час
Алгоритм A* — це алгоритм пошуку шляху, який використовується для пошуку найбільш оптимального шляху між двома точками, тобто з найменшою вартістю.
У будь-який час Алгоритм A* має гнучкі витрати часу і може повернути найкоротший шлях, навіть якщо він перерваний, оскільки спочатку генерує неоптимальне рішення, а потім оптимізує його.
Це дозволяє швидше приймати рішення, оскільки робот може спиратися на попередні розрахунки, а не починати з нуля.
Як це працює?
Він робить це шляхом формування «дерева», яке простягається від початкового вузла до тих пір, поки не буде запущено критерій завершення, що означає, що доступний менш дорогий шлях.
Двовимірна сітка створена з перешкодами, а початкова клітинка та клітинки-мішені точно визначені.
Алгоритм визначає «цінність» вузла за допомогою f, що є сумою параметрів g (вартість переміщення від початкового вузла до вузла, про який йде мова) і h (вартість переміщення від розглянутого вузла до цільового вузла).
додатків
Багато ігор і веб-карт використовують цей алгоритм для ефективного пошуку найкоротшого шляху. Його також можна використовувати для мобільних роботів.
Ви також можете вирішувати такі складні задачі, як Ньютон-Рафсон ітерація, застосована до знаходження квадратного кореня з числа.
Він також використовується в задачах про траєкторію для прогнозування руху та зіткнення об’єкта в просторі.
2. Алгоритм D*
D*, Focused D* і D* Lite — це алгоритми інкрементного пошуку для пошуку найкоротшого шляху між двома точками.
Однак вони є сумішшю алгоритмів A* та нових відкриттів, які дозволяють їм додавати інформацію на свої карти щодо невідомих перешкод.
Потім вони можуть перерахувати маршрут на основі нової інформації, подібно до марсохода.
Як це працює?
Робота алгоритму D* подібна до алгоритму A*, алгоритм спочатку визначає f, h і створює відкритий і закритий список.
Після цього алгоритм D* визначає значення g поточного вузла, використовуючи значення g його сусідніх вузлів.
Кожен сусідній вузол робить припущення щодо поточного значення g, і найкоротше значення g адаптується як нове значення g.
додатків
D* та його варіанти широко використовуються для мобільних роботів і автономний транспортний засіб навігація.
Такі навігаційні системи включають прототип системи, випробуваний на марсоходах Opportunity і Spirit, і навігаційну систему, яка виграла Міський виклик DARPA.
3. Алгоритм PRM
PRM, або ймовірнісний план, — це мережевий графік можливих шляхів, заснований на вільних і зайнятих місцях на даній карті.
Вони використовуються в складних системах планування, а також для пошуку недорогих шляхів обходу перешкод.
PRM використовують випадкову вибірку точок на своїй карті, де пристрій-робот може рухатися, а потім обчислюється найкоротший шлях.
Як це працює?
PRM складається з фази побудови та запиту.
На першому етапі складається дорожня карта, яка приблизно відображає можливі рухи в середовищі. Потім створюється випадкова конфігурація і підключається до деяких сусідів.
Конфігурації початку та цілі підключаються до графіка на етапі запиту. Тоді шлях отримується за допомогою a Найкоротший шлях Дейкстри запит.
додатків
PRM використовується в локальних планувальниках, де алгоритм обчислює прямий шлях між двома точками, а саме початковою та цільовою точками.
Алгоритм також можна використовувати для покращення програм планування шляху та виявлення зіткнень.
4. Алгоритм нульового моменту (ZMP).
Zero Moment Point (техніка ZMP) — це алгоритм, який використовується роботами для збереження повної інерції, протилежної силі реакції підлоги.
Цей алгоритм використовує концепцію розрахунку ZMP і застосовує її для балансування двоногих роботів. Використання цього алгоритму на гладкій поверхні підлоги, здавалося б, дозволяє роботу ходити так, ніби моменту не було.
Виробничі компанії, такі як ASIMO (Honda), використовують цю техніку.
Як це працює?
Рух ходячого робота планується за допомогою рівняння моменту моменту. Це гарантує, що генерований рух суглоба гарантує динамічну постуральну стабільність робота.
Ця стабільність кількісно визначається відстанню точки нульового моменту (розрахованої за алгоритмом) у межах попередньо визначеної області стабільності.
додатків
Бали з нульовим моментом можна використовувати як показник для оцінки стійкості до перекидання роботів, таких як iRobot PackBot, під час навігації по пандусам і перешкодам.
5. Пропорційний інтегрально-диференціальний (PID) алгоритм керування
Пропорційне інтегральне диференціальне управління або PID створює петлю зворотного зв’язку датчика для регулювання параметрів механічних компонентів шляхом розрахунку значення помилки.
Ці алгоритми об’єднують усі три основні коефіцієнти, тобто пропорцію, інтеграл та похідну, щоб виробляти керуючий сигнал.
Він працює в режимі реального часу і застосовує виправлення там, де це необхідно. Це можна побачити в самостійного водіння автомобілів.
Як це працює?
ПИД-регулятор використовує три контрольних члена: пропорційність, інтегральний і похідний вплив на свій вихід для застосування точного та оптимального керування.
Цей контролер безперервно обчислює значення помилки як різницю між бажаним заданим значенням і виміряною змінною процесу.
Потім він застосовує корекцію, щоб мінімізувати помилку з часом шляхом коригування керуючої змінної.
додатків
Цей контролер може керувати будь-яким процесом, який має вимірюваний вихід, відоме ідеальне значення для цього результату та вхідні дані процесу, які впливатимуть на вимірюваний вихід.
Контролери використовуються в промисловості для регулювання температури, тиску, сили, ваги, положення, швидкості та будь-яких інших змінних, для яких існує вимірювання.
Висновок
Отже, це були одні з найпоширеніших алгоритмів, які використовуються в робототехніці. Усі ці алгоритми є досить складними з поєднанням фізики, лінійної алгебри та статистики, які використовуються для відображення дій і руху.
Однак у міру розвитку технологій алгоритми роботизації стануть ще більш складними. Роботи зможуть виконувати більше завдань і більше думати самостійно.
Якщо вам сподобалася ця стаття, підписатися на HashDork's Weekly Оновлення електронною поштою, де ми ділимося останніми новинами AI, ML, DL, програмування та майбутніх технологій.
залишити коментар