Программист-разработчик андроидов, работающий на стыке кибернетики, психологии и бихевиоризма (науки о поведении), и инженер, составляющий алгоритмы для промышленных роботизированных комплексов, среди основных инструментов которого — высшая математика и мехатроника, работают в самой перспективной отрасли ближайших лет — робототехнике. Роботы, несмотря на сравнительную новизну термина, издавна знакомы человечеству. Вот лишь несколько фактов из истории развития умных механизмов.
Железные люди Анри Дро
Еще в мифах Древней Греции упоминались механические рабы, созданные Гефестом для выполнения тяжелых и однообразных работ. А первым изобретателем и разработчиком человекоподобного робота стал легендарный Леонардо да Винчи. До наших дней сохранились подробнейшие чертежи итальянского гения, описывающие механического рыцаря, способного имитировать человеческие движения руками, ногами, головой.
Что нужно знать робототехнику
Создание домашних роботов-помощников позволяет значительно облегчить бытовую жизнь. Каким образом.
Созданию первых автоматических механизмов с программным управлением положили начало в конце XVΙΙΙ века европейские часовые мастера. Наиболее преуспели на этом поприще швейцарские специалисты отец и сын Пьер-Жак и Анри Дро. Ими создана целая серия человекоподобных роботов («пишущий мальчик», «рисовальщик», «музыкантша») в основе управления которыми лежали часовые механизмы. Именно в честь Анри Дро в дальнейшем все программируемые человекоподобные автоматы стали называть «андроидами».
У истоков программирования
Основы программирования промышленных роботов были заложены на заре XIX века во Франции. Здесь же и были разработаны первые программы для автоматических текстильных станков (прядильных и ткацких). Стремительно растущая армия Наполеона остро нуждалась в обмундировании и, следовательно, тканях.
Изобретатель из Лиона Жозеф Жаккар предложил способ быстрой перенастройки ткацкого станка для производства различных видов продукции. Нередко эта процедура требовала огромного количества времени, колоссальных усилий и внимания целого коллектива. Суть нововведения сводилась к использованию картонных карточек с перфорированными отверстиями.
Иглы, попадая в просеченные места, необходимым образом смещали нити. Смена карт быстро проводилась оператором станка: новая перфокарта — новая программа — новый тип ткани или узора. Французская разработка стала прообразом современных автоматизированных комплексов, роботов с возможностью программирования.
Каждый ребенок мечтает о домашнем питомце. Такое желание не всегда осуществимо, ведь за животным.
Идею, предложенную Жаккаром, с восторгом использовали в своих автоматических устройствах многие изобретатели:
Как создать РОБОТА
- Начальник статистического управления С. Н. Корсаков (Россия, 1832 г.) — в механизме для сравнивания и анализа идей.
- Математик Чарльз Бэббидж (Англия, 1834 г.) — в аналитической машине для решения широкого круга математических задач.
- Инженер Герман Холлерит (США, 1890 г.) — в устройстве для хранения и обработки статистических данных (табуляторе). Для заметки: в 1911 году компания. Холлерита получила название IBM (International Business Machines).
Перфокарты были основными носителями информации вплоть до 60-х годов прошлого века.
Что такое робот?
Своим названием интеллектуальные машины обязаны чешскому драматургу Карелу Чапеку. В пьесе «R.U.R.», увидевшей свет в 1920 году, писатель назвал роботом искусственного человека, созданного для тяжелых и опасных участков производства (robota (чешск.) — каторга). А что отличает робота от механизмов и автоматических устройств? В отличие от последних, робот не только выполняет определенные действия, слепо следуя заложенному алгоритму, но и способен более тесно взаимодействовать с окружающей средой и человеком (оператором), адаптировать свои функции при изменении внешних сигналов и условий.
И снова Япония впереди планеты всей в плане развития новейших технологий. В 2000 году вниманию.
Принято считать, что первый действующий робот был сконструирован и реализован в 1928 году американским инженером Р. Уэнсли. Человекоподобный «железный интеллектуал» получил имя Герберт Телевокс. На лавры пионеров претендуют также ученый-биолог Макото Нисимура (Япония, 1929 г.) и английский военнослужащий Уильям Ричардс (1928 г.).
Созданные изобретателями антропоморфные механизмы имели схожий функционал: способны были двигать конечностями и головой, выполнять голосовые и звуковые команды, отвечать на простые вопросы. Основным предназначением устройств была демонстрация научно-технических достижений. Очередной виток в развитии технологий позволил в скором времени создать и первых индустриальных роботов.
Поколение за поколением
Разработка робототехники представляет собой непрерывный, поступательный процесс. К настоящему моменту сформировались три ярко выраженных поколения «умных» машин. Каждое характеризуется определенными показателями и сферами применения.
Первое поколение роботов создавалось для узкого вида деятельности. Машины способны выполнять только определенную запрограммированную последовательность операций. Устройства управления роботами, схемотехника и программирование практически исключают автономное функционирование и требуют создания специального технологического пространства с необходимым дополнительным оборудованием и информационно-измерительными системами.
Машины второго поколения называют очувствленными, или адаптивными. Программирование роботов осуществляется с учетом большого набора внешних и внутренних сенсоров. На основе анализа информации, поступающей с датчиков, вырабатываются необходимые управляющие воздействия.
И наконец, третье поколение — интеллектуальные роботы, которые способны:
- Обобщать и анализировать информацию,
- Совершенствоваться и самообучаться, накапливать навыки и знания,
- Распознавать образы и изменения ситуации, и в соответствии с этим выстраивать работу своей исполнительной системы.
В основе искусственного интеллекта лежит алгоритмическое и программное обеспечение.
Общая классификация
На любой представительной современной выставке роботов многообразие «умных» машин способно поразить не только простых обывателей, но и специалистов. А какие бывают роботы? Наиболее общую и содержательную классификацию предложил советский ученый А. Е. Кобринский.
По назначению и выполняемым функциям роботов подразделяют на производственно-промышленные и исследовательские. Первые, в соответствии с характером выполняемых работ, могут быть технологическими, подъемно-транспортными, универсальными или специализированными. Исследовательские предназначены для изучения областей и сфер, опасных или недоступных для человека (космическое пространство, земные недра и вулканы, глубоководные слои мирового океана).
По типу управления можно выделить биотехнические (копирующие, командные, киборги, интерактивные и автоматические), по принципу — жестко программируемые, адаптивные и гибко программируемые. Бурное развитие современной микропроцессорной техники предоставляет разработчикам практически безграничные возможности при проектировании интеллектуальных машин. Но отличное схемное и конструктивное решение будет служить лишь дорогостоящей оболочкой без соответствующего программного и алгоритмического обеспечения.
Основы программирования роботов
Чтобы кремний микропроцессора смог взять на себя функции мозга робота, необходимо «залить» в кристалл соответствующую программу. Обычный человеческий язык не способен обеспечить четкую формализацию задач, точность и надежность их логической оценки. Поэтому требуемая информация представляется в определенном виде с помощью языков программирования роботов.
В соответствии с решаемыми задачами управления выделяют четыре уровня такого специально созданного языка:
- Низший уровень используется для управления исполнительными приводами в виде точных значений линейного или углового перемещения отдельных звеньев интеллектуальной системы,
- Уровень манипулятора позволяет осуществлять общее управление всей системой, позиционируя рабочий орган робота в координатном пространстве,
- Уровень операций служит для формирования рабочей программы, путем указания последовательности необходимых действий для достижения конкретного результата.
- На высшем уровне — заданий — программа без детализации указывает что надо сделать.
Робототехники стремятся свести программирование роботов к общению с ними на языках высшего уровня. В идеале оператор ставит задачу: «Произвести сборку двигателя внутреннего сгорания автомобиля» и ожидает от робота полного выполнения задания.
Языковые нюансы
В современной робототехнике программирование роботов развивается по двум векторам: роботоориентированное и проблемно ориентированное программирование.
Наиболее распространенные роботоориентированные языки — AML и AL. Первый разработан фирмой IBM только для управления интеллектуальными механизмами собственного производства. Второй — продукт специалистов Стэндфордского университета (США) — активно развивается и оказывает существенное влияние на формирование новых языков этого класса.
Профессионал легко разглядит в языке характерные черты Паскаля и Алгола. Все языки, ориентированные на роботов, описывают алгоритм, как последовательность действий «умного» механизма. В связи с этим программа зачастую выходит очень громоздкой и неудобной в практической реализации.
При программировании роботов на проблемно ориентированных языках, в программе указывается последовательность не действий, а целей или промежуточных позиций объекта. Наиболее популярным в этом сегменте является язык AUTOPASS (IBM), в котором состояние рабочей среды представлено в виде графов (вершины — объекты, дуги — связи).
Обучение роботов
Любой современный робот представляет собой обучаемую и адаптивную систему. Вся необходимая информация, включающая знания и умения, передается ей в процессе обучения.
Это осуществляется, как непосредственным занесением в память процессора соответствующих данных (детальное программирование — семплинг), так и с использованием сенсоров робота (методом наглядной демонстрации) — все движения и перемещения механизмов робота заносятся в память и затем воспроизводятся в рабочем цикле. Обучаясь, система перестраивает свои параметры и структуру, формирует информационную модель внешнего мира. Это и есть основное отличие роботов от автоматизированных линий, промышленных автоматов с жесткой структурой и других традиционных средств автоматизации. Перечисленные методы обучения обладают существенными недостатками. Например, при семплинге перенастройка требует определенного времени и труда квалифицированного специалиста.
Весьма перспективной выглядит программа для программирования роботов, представленная разработчиками Лаборатории информационных технологий при Массачусетском технологическом институте (CSAIL MIT) на международной конференции промышленной автоматизации и робототехники ICRA-2017 (Сингапур). Созданная ими платформа C-LEARN обладает достоинствами обоих методов.
Она предоставляет роботу библиотеку элементарных движений с заданными ограничениями (например, усилие хвата для манипулятора в соответствии с формой и жесткостью детали). В то же время, оператор демонстрирует роботу ключевые движения в трехмерном интерфейсе. Система, исходя из поставленной задачи, формирует последовательность операций для выполнения рабочего цикла. C-LEARN позволяет переписать существующую программу для робота другой конструкции. Оператору при этом не требуются углубленные знания в области программирования.
Робототехника и искусственный интеллект
Специалисты Оксфордского университета предупреждают, что в ближайшие два десятилетия машинные технологии заменят более половины сегодняшних рабочих мест. Действительно, роботы давно уже трудятся не только на опасных и трудных участках. Например, программирование торговых роботов значительно потеснило брокеров-людей на мировых биржах. Несколько слов об искусственном интеллекте.
В представлении обывателя это антропоморфный робот, способный заменить человека во многих сферах жизни. Отчасти так и есть, но в большей степени искусственный интеллект — это самостоятельная отрасль науки и технологии, с помощью компьютерных программ, моделирующая мышление «Homo sapiens», работу его мозга. На сегодняшнем этапе развития ИИ больше помогает людям, развлекает их. Но, по прогнозам экспертов, дальнейший прогресс в области робототехники и искусственного интеллекта может поставить перед человечеством целый ряд морально-этических и юридических вопросов.
В этом году на выставке роботов в Женеве самый совершенный андроид София заявила, что учится быть человеком. В октябре София впервые в истории искусственного интеллекта была признана гражданкой Саудовской Аравии с полноценными правами. Первая ласточка?
Основные тенденции робототехники
В 2017 году специалисты цифровой индустрии отметили несколько выдающихся решений в области технологий виртуальной реальности. Не осталась в стороне и робототехника. Очень перспективным выглядит направление совершенствующее управление сложным робомеханизмом через виртуальный шлем (VR). Эксперты пророчат востребованность такой технологии в бизнесе и промышленности. Вероятные сценарии использования:
- Управление беспилотной техникой (складскими погрузчиками и манипуляторами, дронами, трейлерами),
- Проведение медицинских исследований и хирургических операций,
- Освоение труднодоступных объектов и областей (дно океана, полярные области). Кроме того, программирование роботов позволяет им осуществлять и автономную работу.
Еще один популярный тренд — connected car. Совсем недавно представители гиганта Apple заявили о старте разработок собственного «беспилотника». Все больше фирм выражают свою заинтересованность в создании машин, способных самостоятельно перемещаться по пересеченным трассам, сохраняя грузы и оборудование.
Возрастающая сложность алгоритмов программирования роботов и машинного обучения предъявляет повышенные требования к вычислительным ресурсам и, следовательно, к «железу». По-видимому, оптимальным выходом в этом случае будет подключение устройств к облачной инфраструктуре.
Важное направление — когнитивная робототехника. Стремительный рост количества «умных» машин заставляет разработчиков все чаще задумываться о том, как научить роботов слаженно взаимодействовать.
Источник: autogear.ru
Программирование и управление промышленными роботами-манипуляторами
На многих производствах наблюдается дефицит квалифицированных кадров. Система подготовки кадров в ПТУ разрушена, а из институтов мало кто идет на производства. В связи с этим появляется дополнительно требование к оборудованию – простота в использовании. И роботизированные комплексы с успехом выполняют его. В большинстве случаев для повседневной работы с ними операторам достаточно всего нескольких кнопок.
Рассмотрим вариант наиболее распространённого в России сварочного комплекса в составе: сварочный робот, сменщик станций, сварочное оборудование и ограждение:
Алгоритм работы оператора очень простой:
— снял готовое изделие
— закрепил новые заготовки в кондукторе
— вышел за ограждение
— нажал кнопку подтверждения и старта
С такой работой справится любой квалифицированный рабочий! Важным аспектом работы робота является программирование сварочного робота.
Если производство массовое и комплекс полностью загружен работой, то этот алгоритм работы будет сохраняться годами. С перерывами на ежегодное обслуживание комплекс производит несколько типов изделий, то и в этом случае задаче не сильно усложняется.
Если производственная программа требует большей гибкости. Вам нужно перейти с выпуска изделия А на выпуск изделия В, которое вы уже выпускали раньше. Все просто – снимаем установленные кондуктора (Для этого достаточно открутить несколько болтов). И устанавливаем нужные.
На пульте управления выбираем программу для изделия В. И для своего спокойствия запускаем проверочный цикл. Все хорошо – комплекс готов к производству!
Даже написание новой программы под новое изделие не становится сложной задачей.
Вот вид экрана пульта управления АВВ с простейшей программой.
Все команды понятны программистам с минимальным знанием английского языка.
MOVEL – команда движения по прямой
PStart – название точки в которую нужно прийти
V1000 – скорость движения и т.д.
Нет необходимости заучивать коды и потом с листочком вспоминать какую команду нужно написать — M40 или M50?
В сложных случаях. Большое и сложное изделие или для фрезерования можно воспользоваться помощью дополнительного программного обеспечения.
АВВ предлагает пакет RobotStudio для симуляции работы роботизированных комплексов на компьютере.
В нем можно написать и отладить программу не останавливая роботизированную систему для этого и минимизировав время простоя оборудования для переналадки. А значит промышленная робототехника робот будет зарабатывать для вас все это время.
Простота в использовании – одно из необходимых качеств промышленной робототехники: если для управления роботизированным комплексом достаточно всего нескольких кнопок, это экономит ресурсы предприятия и сокращает количество персонала, необходимого для его обслуживания.
Как правило, фирмы-производители разрабатывают собственные языки программирования и вспомогательное программное обеспечение для своих роботов. «ДС-Роботикс», как системный интегратор, делает упор на вспомогательный софт, адаптированный для конкретной задачи, на разработку и модернизацию технологий, на внедрение измерительных систем.
Программирование промышленных роботов начинается с комплексной программной оболочки, куда при необходимости интегрируются дополнительные модули. Примерами таких модулей могут послужить система видеонаблюдения, система замера вращающего момента и т. п. Например, при помощи программирования промышленный робот можно научить распознавать положение обрабатываемой детали.
Управление промышленными роботами осуществляется при помощи программ, специально написанных для них (программы для робототехники одного производителя, как правило, не подходят для другого).
Онлайн- и офлайн-программирование
Для управления промышленными роботами программы разрабатываются двумя способами – онлайн и офлайн. Первое – это программирование роботов непосредственно на месте их установки. При онлайн-программировании робот программирует сам себя.
Если применяется метод Teach-In, оператор при помощи консоли направляет робота в заданный участок пространства и выполняет необходимые задачи, а робот «запоминает» координаты местоположения, скорость движения в каждом пункте. При методе Playback оператор вручную обводит робота по траектории движения. Управление промышленными роботами при помощи онлайн-программирования не всегда удобно – в программы, созданные таким образом, нельзя вносить изменения.
Более продвинутый способ управления роботом – офлайн-программирование. В таком случае программы пишутся на обычном компьютере в редакторе, поставляемом с комплексом программного обеспечения робота: написание программ для современных роботов доступно любому сотруднику после недолгого обучения. Текстовая программа загружается в компьютер робота, отлаживается и корректируется. Также в последнее время набирают популярность 3D и CAD-модели. Такое программирование экономит время, не останавливает производственный процесс и дает отличную визуализацию и возможность предварительно оценить множество параметров и итоговый успех работы промышленных роботов.
Источник: ds-robotics.ru
Профессия «Программист-робототехник»
В старших классах школы меня привлекла фраза «Лингвист должен знать всё» и в университет я пошёл на лингвиста-переводчика. Со временем понял, что перевод текстов вгоняет меня в тоску, но кое-как всё же доучился. А вот фраза не забылась, поэтому пишу на разнообразные интересующие меня темы от программирования до фотографии, но дольше всего про велосипеды и спорт — около 7 лет. Попутно прокачиваю навыки на онлайн-курсах, поэтому тексты на тему онлайн-образования уже полгода, как пополняют моё портфолио.
Робототехники создают автоматизированные механизмы и системы , которые снижают нагрузку на людей, а некоторые задачи выполняют эффективнее человека. Специалисты этой сферы делятся на инженеров и программистов. Первые проектируют роботов и поддерживают их работоспособность, вторые — «обучают» их выполнять задачи. Мы расскажем о программистах-робототехниках, необходимых им навыках и где получить нужное образование .
Содержание статьи скрыть
Программист-робототехник: кто такой и чем занимается
Робототехника появилась как ответвление мехатроники. Мехатроника — это наука о создании механизмов и систем из связанных механических, электронных, электротехнических и компьютерных модулей с запрограммированным управлением.
Программист-роботехник пишет код для автоматического решения машинами задач и проверяет корректность выполнения кода. Ведь если просто соединить все механические модули системы и подождать даже вечность, ничего не произойдёт. Для выполнения задач необходим код, связывающий модули.
Сборка автомобилей, проведение медицинских операций, спасение пострадавших в результате природных катаклизмов, исследование других планет — вот лишь несколько сфер, в которых задействованы роботы . Количество сфер их применения неуклонно растёт: автоматизированные системы следят за выращиванием овощей на фермах без участия человека , исследуют глубины мирового океана и очищают его от пластика, моют полы и окна в домах, собирают посылки на складах и делают многое другое.
Распространение роботизации и сравнение России с другими странами в этой области отражает доклад Минкомсвязи . Согласно данным, наиболее роботизированная отрасль в РФ и мире — автомобилестроение. Кроме неё в России роботы помогают собирать урожай зерна и доить скот в сельском хозяйстве, исследовать местность, составлять карты и бурить в горнодобывающей промышленности и собирать заказы на складах.
В каждом из упомянутых случаев программист прописывает алгоритмы движения роботов и факторы, исходя из которых автоматизированная система выполняет действия. Для сборки автомобилей специалист составляет последовательность действий: сначала прикрутить здесь, потом там, а после нескольких циклов — наоборот.
Постепенно автономные роботы вытесняют «простых»: наиболее распространённый пример — робот-пылесос. Им управляет микрокомпьютер с искусственным интеллектом, который создал программист-робототехник со знаниями машинного обучения , компьютерного зрения и языков для написания кода в этих областях .
Ежедневные советы от диджитал-наставника Checkroi прямо в твоем телеграме!
Подписывайся на канал
Подписаться
Что нужно знать и как стать робототехником
Робототехника строится на нескольких базовых науках:
- Математика — из неё произрастают все остальные фундаментальные основы робототехники.
- Физика — без понимания движения тел и законов их взаимодействия невозможно освоить такую сложную дисциплину, как робототехника. Также из физики нужно взять механику и принципы работы электротехники.
- Мехатроника — это синергия механики и электроники. Робототехнику нужно понимать, как заставить механические приборы работать от электричества.
- Программирование — а это как раз то, что заставляет сложные приборы работать. Недостаточно просто собрать робота, нужно еще задать правила, по которым он будет работать, это задача программирования.
Чтобы получить профессию робототехника, можно пойти учиться в ВУЗы . В России специальность «Мехатроника и робототехника» открыта в московских, питерских, омских, вятских и других ВУЗах . Плюсы этого подхода — сильное инженерное образование со времён СССР и наличие диплома, который в РФ играет не последнюю роль, особенно в государственных компаниях.
Минусы тоже есть:
- Отрасль новая, а это значит, что вузовское образование может быть не очень подходящим для освоения дисциплины.
- Длительность обучения. Учиться придется 5+ лет. Это долго, если вы переступили возрастной порог в 25-30 лет, вы вряд ли захотите на очное отделение.
- Огромные затраты на образование. Цена вузовского образования — 200 000+ рублей в год. Это приличная статья расходов.
- Большой процент лишней информации. Как бы ни была продумана образовательная программа университета, в ней всегда есть общеобразовательные предметы: от философии до юриспруденции. Для работы робототехником они бесполезны и только отнимают время.
Минусов много и их нельзя назвать несущественными. Поэтому, если вы не хотите тратить кучу денег и времени, выбирайте другой путь — можно начать с курсов по программированию. Сейчас таких курсов очень много и большинство из них по-настоящему качественные. Кроме того, обучение на курсах робототехники — это возможность научиться новой профессии в небольшие, по сравнению с ВУЗами , сроки. Однако напомним, что стать специалистом в какой-либо сфере можно только совмещая теорию и практику в течение длительного времени и анализируя прогресс.
Начинающему программисту-робототехнику для старта будут полезны курсы по языку C++ и языку Python .
Программистам, которые хотят развиваться в сторону автономных роботов , подойдут курсы машинного обучения .
Опытным программистам пригодятся курсы виртуальной и дополненной реальности , поскольку спектр применения этих технологий для роботов неустанно растёт.
Востребованность профессии «Программист-робототехник»
На hh.ru нашлось не так много вакансий — менее 200. А между тем Россия нацелена на расширение областей применения мехатроники — об этом говорит исследование Минкомсвязи . На волне всеобщей роботизации компании заявляют о нехватке кадров , но искать специалистов предпочитают через другие каналы: кадровые агентства и IT-рекрутеров.
При этом сильный программист-робототехник с навыками инженера не останется без работы . За такими и охотятся работодатели — программистами, которые пишут код на нескольких языках, базово понимают механизмы, радиотехнику и электротехнику и представляют, как нужно проектировать и собирать роботов или даже умеют это делать .
На старте карьеры, имея только навыки программирования, тоже можно найти работу. Те же компании-участницы рынка мехатроники, а также центры, клубы и секции для детей и подростков активно подготавливают новые кадры. По запросу «преподаватель робототехники» мы нашли больше 300 вакансий .
График и формат работы программиста-робототехника
Программистов-робототехников ждут на позиции преподавателей, а также в конструкторских бюро, научно-исследовательских центрах и компаниях-производителях автоматизированных систем . Это могут быть стартапы или крупные компании.
Стартапы. В небольших компаниях один специалист часто выполняет довольно широкий круг задач. Поэтому хоть часть работодателей и согласны на удалённое сотрудничество , знания нужны всесторонние. К тому же в молодых компаниях чаще случаются переработки, потому что не все процессы налажены, случаются форс-мажоры, а распределить задачи по их решению не на кого — коллектив небольшой.
Крупные компании. Крупные компании предлагает полную занятость по стандартному графику 5/2 с оформлением по ТК, командировками и поездками на производство. Встречаются предложения об оплате дополнительного обучения , возмещении затрат на спорт и других бонусах. Эти вакансии предлагают такие российские компании как «Яндекс», «Сбербанк», «Киберсклад», «Ронави Роботикс» и др.
Центры обучения робототехнике. Педагогам в этой сфере нередко предлагают частичную занятость и гибкий график. Большинство вакансий предусматривают работу по договору гражданско-правового характера: без оформления в штат.
Зарплата программиста-робототехника
Зарплата зависит от компании, типа занятости и навыков соискателя. Специалисты со знанием машинного обучения претендуют на лучшие условия труда ввиду более высоких требований. Программисты с навыками инженера претендуют на уровень заработной платы профессионала, но она не в последнюю очередь зависит от проекта и работодателя. В таблице ниже приведены данные о распределении зарплат робототехников и мехатроников в зависимости от опыта в профессии.
Источник: checkroi.ru