Программирование и робототехника: языки кодирования роботов

Робот – это интеллектуальная машина, которая обладает способностью воспринимать окружающую среду, принимать решения на основе вычислений, а затем выполнять определенные действия на основе принятых решений.

Процесс предоставления роботу человеческих свойств, типа: движение, общение, и других полезных функции, еще известен как программирование роботов. С помощью кода, набора инструкций алгоритмов, и языков, можно запрограммировать любую машину или электронный прибор. Но может ли робот работать без программирования?

Место программирования в робототехнике

Поскольку робототехника строится на трех принципах: применении электроники, механики и компьютерного программного обеспечения, можно смело говорить, что программирование и робототехника всегда идут рядом. Так, например, с помощью программирования мы можем запрограммировать компьютер на создание вебсайтов, приложений, игр и много других удивительных цифровых вещей. 

С точки зрения учебной сферы, программирование и робототехника для детей – это не только изучение теоретических фактов. В первую очередь – это о развитии логических навыков, учит думать о том, как выполнить поставленную задачу, а не думать о том, что нужно сделать, чтобы ее выполнить. Именно поэтому, робототехника для детей в Украине становится более популярной. Появляется все больше STEM-школ и кружков, одним из таких примеров является Дом Роботов.

Как программируют роботов

Благодаря командам, которые вводятся в систему управления роботом, выполняется интерпретация и передача информации на языке программирования робота. Все больше ученых и производителей увлекаются этим процессом, ведь заинтересованность в роботизации процессов растет, так же как и инвестиции в проект связанные с программированием и роботехникой. Чтобы понять, как программируют роботов нужно копнуть немного глубже.

Как мы уже знаем, робот – это интеллектуальная машина, которая обладает способностью воспринимать окружающую среду, принимать решения на основе вычислений, а затем выполнять определенные действия на основе принятых решений.

Основными компонентами программирования и работы являются исполнительные механизмы (двигатели), датчики, вычислительный блок и программы для роботов.

Вычислительный блок

Это мозг робота, он помогает в принятии решений. В основном имеет вид микроконтроллеров, одноплатных компьютеров и ПЛК.

Двигатели

В промышленных роботах приводы (двигатели) помогают перемещать сустав робота в линейном или угловом направлении. Актуаторы управляются с помощью схемы контроллера двигателя и интерфейса с микроконтроллером/PLC (программируемый логический контроллер). Некоторые приводы управляются непосредственно через USB-интерфейс ПК или SBC (одноплатного компьютера). Примерами таких приводов являются сервоприводы, шаговые и мотор-редукторы постоянного тока.

Датчики

Помогают обеспечить состояние робота и предоставляют информацию об окружающей среде, имеют интерфейс с микроконтроллером или ПК. Датчики низкого класса – ультразвуковые и инфракрасные, могут взаимодействовать с микроконтроллером. Высококачественные датчики – камеры и лазерные сканеры, могут взаимодействовать непосредственно с ПК. Некоторые из других примеров датчиков робота – это колесные энкодеры, ультразвуковые датчики и камеры.

Для питания всех компонентов робота используется блок питания или аккумулятор.

Действия роботов фактически основаны на программе, выполняемой на микроконтроллере или ПК. 

В целом, программирование робота сосредоточено на программировании ПК/ПЛК/микроконтроллера/ПЛК внутри робота для выполнения конкретной задачи с использованием исполнительных механизмов и обратной связи от различных датчиков. Программы для роботов охватывают выбор и размещение объекта, перемещение робота из точки А в точку Б и т.д.

Для программирования роботов могут использоваться различные языки программирования. C/C++, Python, Java, C# и т.д. используются с ПК. Микроконтроллеры используют Embedded C, язык Wiring (на основе C++), который используется в Arduino, и программирование Mbed.

На сегодняшний день существует более тысячи языков программирования роботов. Чтобы понять, как работает эта отрасль робототехники, надо погрузиться немного глубже.

Топ 5 языков для программирования роботов

Одно дело – спроектировать робота, другое дело – воплотить его в жизнь. Но именно здесь на помощь приходят языки программирования роботов, которые дают возможность и «интеллект» для выполнения важных задач. Сейчас существует более 1500 языков, но лишь некоторые из них широко используются в робототехнике. Более того, в последние годы ведущие производители робототехники сосредоточились на том, чтобы сделать программирование роботов более интуитивно, поэтому преимущественно имеют собственный язык программирования, например, ABB использует RAPID.

Мы разработали собственный топ языков для программирования роботов.

С++

C и C++ – №1 среди языков в робототехнике. Хотя работа с С++ не так проста, поскольку требует компиляции программного обеспечения, все равно это один из самых надежных языков программирования. Он позволяет создавать сложные программы, которые следуют четкой структуре.

Сегодня С++, возможно, более полезен в робототехнике, чем С. Однако, последний остается одним из самых энергоэффективных языков программирования.

Python

Очень гибкий и быстрый язык для создания прототипов с открытым исходным кодом. Вероятно, это один из самых простых, самых популярных и самых универсальных языков.

Он объектно-ориентированного программирования (ООП), полностью связан с развитием искусственного интеллекта и виртуальной реальности.

Кроме того, для Python существует большое количество бесплатных библиотек, поэтому программистам не придется «изобретать велосипед», чтобы реализовать какой-то базовый функционал.

Python полезен в робототехнике, поскольку является одним из основных языков программирования в ROS (наряду с C++). Но он может стать еще более популярным, поскольку все больше роботизированной электроники поддерживает этот язык по умолчанию.

Pascal

Это базовый язык, и буквально основан на языке BASIC. Чаще всего промышленные роботы программируются на языке Pascal. Он прост, ведь использует структурированное программирование и структурирование данных. 

Java

Это объектно-ориентированный язык программирования общего назначения, основанный на классах. Он предназначен для того, чтобы разработчики приложений могли один раз создать код и затем повторно его использовать где угодно. Другими словами, JAVA-код может работать на любой платформе, поддерживающей JAVA, без необходимости перекомпиляции. 

JAVA — полезный язык в робототехнике и используется при создании искусственных интеллектов.

Scratch

Чрезвычайно популярен среди начинающих робототехников. Это визуальный язык программирования, по сути его принцип работы – перетаскивание и соединение блоков.

Чаще всего его изучают в возрасте от восьми до шестнадцати лет в кружках робототехники.

Вывод

Языки программирования различаются между собой, но все они нацелены на помощь и выполнение указаний человека. Несмотря на то, что существуют тысячи языков программирования, сегодня почти каждый робот поставляется со своим собственным языком. Хотя этот подход прогрессивный, он также несет за собой свои последствия. Ведь это означает, что с появлением нового робота – пользователям придется каждый раз изучить новый язык, чтобы уметь подстроить робота под свои нужды.