Датчиктер және басқару: Роботтың «сезім мүшелері» мен «жүйкелері»

1. Датчиктер (сенсорлар) деген не?

Датчиктер — бұл роботтың «сезім мүшелері». Бұл роботқа айналасындағы физикалық әлемді және өзінің жеке жағдайын «сезінуге» және өлшеуге мүмкіндік беретін құрылғылар.

Олар не үшін қажет? Роботтың «миы» (контроллер) әдепкіде «соқыр» болады. Ол тек таза деректер әлемінде өмір сүреді. Датчиктер — бұл физикалық құбылыстарды (жарық, қашықтық, дыбыс, температура, бұрылыс) «ми» түсініп, талдай алатын электрлік сигналдарға айналдыратын көпір.

Датчиктерсіз робот кеңістікте бағдарлай алмайды, өзгерістерге жауап бере алмайды, тіпті орнынан қозғалғанын да түсіне алмайды.

2. Датчиктердің қандай түрлері болады? (Негізгі түрлері)

Датчиктерді шартты түрде екі үлкен топқа бөлуге болады:

A. «Өзін-өзі сезінуге» арналған датчиктер (Проприоцептивті) Олар роботқа оның ішкі жағдайы туралы хабарлайды.

• Энкодерлер (Орналасу датчиктері): Кез келген қозғалыс үшін негізгі датчик. Ол мотордың білігіне немесе буынға орнатылады және бұрылу бұрышын дәл өлшейді.
  • Сұрақтарға жауап береді: «Менің дөңгелегім неше градусқа бұрылды?», «Мен қаншалықты алысқа бардым?», «Менің шынтағым қандай бұрышпен бүгілген?»
• IMU (Инерциялық өлшеу блогы): Бұл роботтың «ішкі құлағы» немесе «вестибулярлық аппараты». Ол тепе-теңдік үшін өте маңызды.
  • Гироскоп (IMU ішінде) бұрыштық жылдамдықты өлшейді (робот қаншалықты жылдам бұрылады немесе еңкейеді).
  • Акселерометр (IMU ішінде) үдеуді өлшейді (робот қаншалықты кенеттен бастайды, тежейді немесе құлайды).
  • Қолданылуы: Адымдайтын роботтардың (Atlas сияқты) тепе-теңдігін сақтау және дрондарды ауада тұрақтандыру.

Б. «Әлемді қабылдауға» арналған датчиктер (Экстероцептивті) Олар сыртқы орта туралы ақпарат жинайды.

• Контактілі (Тактильді): Ең қарапайым түрі. Бұл бампер-түймелер.
  • Сұраққа жауап береді: «Мен бірдеңеге соғылдым ба?»
• Ультрадыбыстық (Сонарлар):Жарқанаттың эхолоты сияқты жұмыс істейді. Естілмейтін дыбыс шертімін шығарады және жаңғырықтың қайтып оралу уақытын өлшейді.
  • Сұраққа жауап береді: «Тура алдымдағы кедергіге дейінгі қашықтық қандай?» (Тұраққа қою үшін жақсы, бірақ ұсақ нысандарға «соқыр»).
• Камералар (Компьютерлік көру): Ең бай, бірақ сонымен бірге ең күрделі датчик. Адамның көзі сияқты, камера да үлкен көлемдегі ақпаратты береді, оны кейін ЖИ «шешіп алуы» керек.
  • Сұрақтарға жауап береді: «Мен қызыл допты көріп тұрмын ба?», «Бұл адамның беті ме?», «Бұл белгіде не жазылған?»
• Лидар (LiDAR — Light Detection and Ranging): Навигация үшін «алтын стандарт». Бұл айналмалы лазерлік қашықтық өлшегіш. Ол барлық бағытта секундына мыңдаған рет лазермен «атады» және қоршаған ортаның өте дәл 2D немесе 3D картасын жасайды.
  • Қолданылуы: Жүргізушісіз автомобильдер, премиум-класты робот-шаңсорғыштар, робот-картографтар.

3. «Басқару» (Control) деген не?

Егер датчиктер — «көздер», ал бағдарлама — «ми» болса, онда басқару жүйесі — бұл «жұлын» мен «жүйкелер».

Басқару — бұл датчиктерден алынған деректерді пайдалана отырып, моторларды (актуаторларды) бағдарламаның пәрмендерін дәл және тұрақты орындауға мәжбүрлейтін үздіксіз процесс.

Басқару да екі деңгейлі болады:

• Төменгі деңгейлі басқару («Рефлекстер»): Бұл моторларға арналған «автопилот». Оның міндеті — физикамен (үйкеліс, инерция, гравитация) күресе отырып, қарапайым пәрмендерді мінсіз орындау.
  • Мысал тапсырма: Бағдарлама (ми) айтады: «Дөңгелекті минутына 100 айналым жылдамдықпен айналдыр». Бірақ кілемнің үйкелісінен мотор баяуырақ айналады. Энкодер (датчик) қате туралы хабарлайды. Басқару жүйесі (жүйкелер) қатені өтеу үшін дереу моторға қуат қосады. Бұл үшін әйгілі ПИД-реттегіш қолданылады.
• Жоғары деңгейлі басқару («Стратегия»): Бұл негізгі бағдарламаның (ЖИ) жұмысы. Ол датчиктерден (LiDAR, камера) «жалпы суретті» алады және «рефлекстерге» қандай стратегиялық пәрмендер беру керектігін шешеді.
  • Мысал: «Лидар 1 метрде қабырғаны көріп тұр. Менің стратегиям — тоқтау. Төменгі деңгейлі жүйеге пәрмен жіберемін: «Дөңгелектердің жылдамдығын 0-ге қою»».

Қорытынды: Датчиктер, басқару және бағдарламалау ажырамас циклде жұмыс істейді. Датчиктер — бұл кіріс. Бағдарлама — бұл өңдеу және шешім қабылдау. Басқару — бұл осы циклді тұйықтайтын және роботты «өмір сүруге» мәжбүрлейтін шығыс және түзету.