Програмування та робототехніка: мови кодування роботів

Робот – це інтелектуальна машина, яка має здатність сприймати навколишнє середовище, приймати рішення на основі обчислень, а потім виконувати певні дії на основі прийнятих рішень.

Процес надання роботові людських властивостей, типу: рух, спілкування, та інших корисних функції, ще відомий як програмування роботів. За допомогою коду, набору інструкцій-алгоритмів, та мов, можна запрограмувати будь-яку машину або електронний прилад. Та чи може робот працювати без програмування?

Місце програмування в робототехніці

Оскільки робототехніка будується на трьох засадах: застосуванні електроніки, механіки та комп’ютерного програмного забезпечення, можна сміливо казати, що програмування та робототехніка завжди йдуть поруч. Так, наприклад, за допомогою програмування ми можемо запрограмувати комп’ютер на створення вебсайтів, додатків, ігор та багато інших дивовижних цифрових речей. 

З точки зору навчальної сфери програмування та робототехніка для дітей – це не суто вивчення теоретичних фактів. В першу чергу – це про розвиток логічних навичок, вчить думати про те, як виконати поставлене завдання, а не думати про те, що потрібно зробити, щоб його виконати. Саме тому, робототехніка для дітей в Україні стає більш популярною. З’являється все більше STEM шкіл та гуртків, одним з таких прикладів є Дім Роботів.

Як програмують роботів

Завдяки командам, що вводяться в систему управління роботом, виконується інтерпретація та передача інформації мовою програмування робота. Все більше вчених та виробників захоплюються цим процесом, адже зацікавленість у роботизації процесів зростає, так само як і інвестиції у проєкт пов’язані з програмування та роботехнікою. Щоб зрозуміти, як програмують роботів – треба зануритися трохи глибше.

Як ми вже знаємо, робот – це інтелектуальна машина, яка має здатність сприймати навколишнє середовище, приймати рішення на основі обчислень, а потім виконувати певні дії на основі прийнятих рішень.

Основними компонентами програмування та роботи є виконавчі механізми (двигуни), датчики, обчислювальний блок та програми для роботів. 

Обчислювальний блок 

Це мозок робота, він допомагає у прийнятті рішень. В основному має вигляд мікроконтролерів, одноплатних комп’ютерів та ПЛК. 

Двигуни

В промислових роботах приводи (двигуни) допомагають переміщати суглоб робота в лінійному або кутовому напрямку. Актуатори управляються за допомогою схеми контролера двигуна та інтерфейсу з мікроконтролером/PLC (програмований логічний контролер). Деякі приводи управляються безпосередньо через USB-інтерфейс ПК або SBC (одноплатного комп’ютера). Прикладами таких приводів є сервоприводи, крокові та мотор-редуктори постійного струму.

Датчики

Допомагають забезпечити стан робота та інформацію про навколишнє середовище, мають інтерфейс з мікроконтролером або ПК. Датчики низького класу – ультразвукові та інфрачервоні,  можуть взаємодіяти з мікроконтролером. Високоякісні датчики  – камери та лазерні сканери, можуть взаємодіяти безпосередньо з ПК. Деякі з інших прикладів датчиків робота – це колісні енкодери, ультразвукові датчики та камери.

Для живлення всіх компонентів робота використовується блок живлення або акумулятор.

Дії роботів фактично базуються на програмі, що виконується на мікроконтролері або ПК. 

В цілому, програмування робота зосереджено на програмування ПК/ПЛК/мікроконтролера/ПЛК всередині робота для виконання конкретного завдання з використанням виконавчих механізмів і зворотного зв’язку від різних датчиків. Програми для роботів охоплюють вибір і розміщення об’єкта, переміщення робота з точки А в точку Б і т.д.

Для програмування роботів можуть використовуватися різні мови програмування. C/C++, Python, Java, C# тощо використовуються з ПК. Мікроконтролери використовують Embedded C, мову Wiring (на основі C++), яка використовується в Arduino, та програмування Mbed.

На сьогодні існує більше тисячі мов для програмування роботів. Щоб зрозуміти, як працює ця галузь робототехніки, треба зануритися трохи глибше.

Топ 5 мов для програмування роботів

Одна справа – спроєктувати робота, інша справа – втілити його в життя. Але саме тут на допомогу приходять мови програмування роботів, які дають можливість і “інтелект” для виконання важливих завдань. Наразі існує більше ніж 1500 мов, але лише деякі з них широко використовуються в робототехніці. Більш того, в останні роки провідні виробники робототехніки зосередилися на тому, щоб зробити програмування роботів більш інтуїтивно, тому переважно мають власну мову програмування, наприклад, ABB використовує RAPID.

Ми розробили власний топ мов для програмування роботів.

С++

C та C++ – №1 серед мов в робототехніці. Хоча робота з С++ не така проста, оскільки вимагає компіляції програмного забезпечення, все одно це одна з найбільш надійних мов програмування. Вона дозволяє створювати складні програми, що слідують чіткій структурі.

Сьогодні С++, можливо, більш корисна в робототехніці, ніж С. Однак, остання залишається однією з найбільш енергоефективних мов програмування.

Python

Дуже гнучка і швидка мова для створення прототипів з відкритим вихідним кодом. Ймовірно, це одна з найпростіших, найпопулярніших і найуніверсальніших мов.

Вона об’єктноорієнтованого програмування (ООП), повністю пов’язана з розвитком штучного інтелекту та віртуальної реальності.

Крім того, для Python існує велика кількість безплатних бібліотек, тож програмістам не доведеться “винаходити велосипед”, щоб реалізувати якийсь базовий функціонал.

Python корисний у робототехніці, оскільки є однією з основних мов програмування в ROS (поряд з C++). Але вона може стати ще більш популярною, оскільки все більше роботизованої електроніки підтримує цю мову за замовчуванням.

Pascal

Це базова мова, і буквально заснована на мові BASIC. Частіше за все промислові роботи програмуються на мові Pascal. Вона проста, адже використовує структуроване програмування та структурування даних. 

JAVA

Java – це об’єктноорієнтована мова програмування загального призначення, заснована на класах. Вона призначена для того, щоб розробники додатків могли один раз створити код і потім повторно його використовувати де завгодно. Іншими словами, JAVA-код може працювати на будь-якій платформі, що підтримує JAVA, без необхідності перекомпіляції. 

JAVA – корисна мова в робототехніці та використовується при створенні штучних інтелектів.

Scratch

Scratch надзвичайно популярна серед робототехніків-початківців. Це візуальна мова програмування, по суті її принцип роботи – перетягування та з’єднання блоків.

Частіше за все її вивчають у віці від восьми до шістнадцяти років в гуртках роботехніки.

Висновок

Мови програмування різняться між собою, але вони мають одну мету – допомагати роботу функціонувати за наказом людини. Попри те, що існують тисячі мов програмування, сьогодні майже кожен робот поставляється зі своєю власною мовою. Хоча цей підхід прогресивний, але і має свої наслідки. Адже це означає, що з появою нового робота – користувачам доведеться щоразу вивчити нову мову аби вміти підлаштувати робота під свої потреби.