Visão geral dos algoritmos de aprendizado de máquina profundo para robôs

A revisão será útil para quem está envolvido em robôs físicos e para quem o arduino não é suficiente, bem como para pessoas que gostariam de implementar qualquer uma das funções de perceber o mundo exterior em seus robôs ou dispositivos.
Misty Robot da Misty Robotics na CES

Dependendo da finalidade do robô, ele precisa resolver vários problemas. Acontece que um controlador e, por exemplo, os sensores mais simples são suficientes para resolvê-los. No entanto, às vezes é necessário que o robô possa executar tarefas não de acordo com as coordenadas codificadas, mas dependendo do estado do espaço circundante ou da área de trabalho. Torna-se necessário o uso de sensores mais sofisticados, como câmeras ou lidares, e o uso de algoritmos especiais para processar as informações recebidas.

Visão e compreensão

Ver e entender o que é visto é a primeira função que pode vir à mente.

Detecção de Objetos

Permite encontrar objetos de tipos especificados no campo de visão.

Exemplo de algoritmo

Rastreando objetos

Permite rastrear o movimento de um objeto ou objetos no campo de visão.

Exemplo de algoritmo

Segmentação

Permite que pixel por pixel determine o conteúdo do campo de visão.

Exemplo de algoritmo

Avaliação da profundidade

Permite identificar obstáculos no caminho e distância deles usando a visão computacional.

Exemplo de Operação de Algoritmo


Um exemplo de algoritmo para uma câmera convencional
Algoritmo de exemplo para uma câmera estéreo

Se as condições de trabalho do seu robô permitirem o uso de câmeras Depth com iluminação IR ativa, por exemplo, como o Intel Realsense, você poderá usar o SDK proprietário .

Movimento e tomada de decisão

A maioria dos robôs físicos, seja um manipulador, um robô móvel ou qualquer outra coisa, precisa se mover de alguma forma no espaço. E, às vezes, no processo desses movimentos, especialmente se as condições ou o ambiente de funcionamento podem mudar significativamente, o robô precisa mudar a trajetória e a velocidade do movimento.

Orientação espacial

Permite determinar as coordenadas da localização do robô no espaço, inclusive dentro de edifícios.

Exemplo de algoritmo

Tomar decisões ao se mover

Permite que o robô móvel tome decisões sobre as manobras necessárias para otimizar a trajetória do movimento em um ambiente dinâmico. O algoritmo usa aprendizado por reforço .

Exemplo de algoritmo

Capturar e manipular objetos

Permite que o braço robótico tome decisões sobre as ações necessárias para capturar objetos de várias formas. O algoritmo também usa aprendizado por reforço.

Exemplo de algoritmo

Recursos de implementação para robôs

Desempenho

Os algoritmos descritos neste artigo são computacionalmente vorazes e geralmente requerem uma GPU. Portanto, dependendo dos requisitos para as condições operacionais do robô, o desenvolvedor precisa escolher uma opção de design e otimizar o código.

Possíveis opções:

• computação em um PC pessoal dedicado
• computação em nuvem
• cálculos a bordo

A escolha feita ditará seus requisitos de otimização de equipamentos e algoritmos.

Interação

Um algoritmo para resolver um problema geralmente não é suficiente. Portanto, ao usar algoritmos em robôs, os desenvolvedores terão que enfrentar a tarefa de integração, ou seja, É necessário garantir a interação com outros algoritmos e software.

Em vez de saída

Trabalhando em uma empresa que desenvolve software para robôs, muitas vezes é preciso lidar com vários robôs e algoritmos, além de encontrar novas abordagens para resolver problemas complexos. Percebi que recentemente houve um aumento do interesse em funções relacionadas à segurança e à possibilidade de operação autônoma de mecanismos, principalmente nas imediações das pessoas.

A revisão apresentada contém uma lista longe de exaustiva de tarefas e algoritmos. Como exemplos, um algoritmo é selecionado pelo autor. Observe também que qualquer uma das tarefas apresentadas pode ser resolvida de muitas outras maneiras e / ou usando outros algoritmos. Se você tiver em mãos outros exemplos de tarefas com algoritmos, deixe nos comentários.

PS: Para a sobremesa - um lindo vídeo do “under heaven” com um robô de rodas e um sistema de tomada de decisão a bordo