Можно подумать, что робототехника — занятие для умников и выпускников физтеха, но это не так. На самом деле простых роботов строят даже младшие школьники, поэтому вам это тоже под силу. Вместе с благотворительным фондом Олега Дерипаски «Вольное дело», реализующим программу по робототехнике для школьников, подростков и студентов, мы сделали простой гид для начинающих инженеров (впрочем, взрослым он тоже вполне может пригодиться). Объясняем, как собрать своего первого робота.
Что мне потребуется?
В первую очередь — микроконтроллер. Он станет мозгом будущего робота. Можно сказать, что микроконтроллер — это крошечный компьютер, размещенный на одной микросхеме. У него есть процессор, оперативная и постоянная память и даже периферийные устройства: интерфейсы ввода и вывода данных, различные таймеры, передатчики, приспособления, которые инициируют работу двигателей.
Набор устройств зависит от конкретной модели. Именно микроконтроллер будет получать информацию от внешнего мира через датчики движения, фотокамеры и прочие приспособления, анализировать ее и побуждать робота совершать в ответ какие-то действия.
Программирование EV3 без компьютера / Приложение Brick Program
Микроконтроллер нужно будет установить на печатную плату, запитать его, подсоединить все необходимые устройства (датчики, лампочки, двигатели), а еще собрать из подручных материалов корпус робота. Все детали, которые для этого нужны, можно купить в любом магазине радиотехники.
Если у вас нет профильного образования или опытного наставника, который подробно объяснит, что именно и в какой последовательности устанавливать (и как пользоваться паяльником!), готовьтесь к долгой и кропотливой работе: придется перерыть интернет вдоль и поперек и испортить множество деталей.
Я в ужасе и собираюсь передумать. Нельзя попроще?
Можно. Специально для тех, кто никогда не держал в руках паяльник, но очень хочет попробовать себя в робототехнике, существуют специальные наборы-конструкторы, позволяющие сделать всё то же самое, но быстрее. Самый известный и популярный — Arduino. Его главное преимущество в том, что это не просто игрушка, а целая экосистема: множество обучающих материалов и инструкций, видеокурсы, огромное пользовательское комьюнити — можно задать любой вопрос от новичкового до самого продвинутого. Есть и другие платформы — например, совсем простой конструктор Mindstorms от Lego.
Составы наборов могут быть очень разными, но в каждом есть готовая печатная плата с уже установленным микроконтроллером и всеми дополнительными деталями, которые нужны для решения простых типовых задач. Обычно плату можно напрямую подключить к компьютеру через USB. А дальше среда разработки от производителя поможет сразу же сделать первые шаги в программировании роботов. Например, заставить мигать лампочку на плате.
Теперь всё зависит от вас. Можно, используя готовую плату, реализовать собственный несложный проект: например, сделать машинку, которая движется и останавливается по команде, или гирлянду для новогодней елки. Можно купить набор, уже включающий в себя всё, что нужно для постройки робота определенного типа, и потренироваться на нем. Плюс этого варианта: все детали в наборе подготовлены так, чтобы вы могли соединить их без паяльника или других инструментов.
Программируем своего робота на плате Iskra JS
Участники программы «Робототехника», которую поддерживает фонд Олега Дерипаски «Вольное дело», уже через несколько лет обучения могут создавать куда более сложные проекты и придумывают инженерные решения для самых разных задач. Например, разрабатывают системы для автоматической сортировки мусора. Если вам кажется, что всё это очень сложно, вы правы, но научиться этому может каждый.
У меня в школе была двойка по физике, и вообще я гуманитарий. Мне нужно что-то выучить, прежде чем приступать?
Штурмовать учебники необязательно. Конечно, школьная физика пригодилась бы, но если вы ее забыли, не переживайте — вспомните по ходу дела. Для начала просто погуглите, что такое ток, сопротивление, закон Ома, конденсатор, транзистор — пара десятков статей дадут вам базовые представления о радиотехнике, и этого хватит на первое время. Позже вы легко найдете в сети всю информацию, которая вам понадобится. И усвоите ее на практике — гораздо лучше, чем из учебника.
А программировать надо уметь?
Если умеете, создание первого робота окажется, возможно, даже слишком легким делом. Если не умеете — отличный повод научиться. Дело в том, что программирование робота — штука очень наглядная: вот вы написали код и сразу же загорелась лампочка.
Вам нужно, чтобы ваш робот разворачивался, когда до стены осталось меньше 5 см, значит, в программе надо прописать такое условие, всё логично. Именно поэтому детей часто начинают учить программированию на примере робототехники: здесь вместо скучных абстракций сразу получается осязаемый результат в реальном мире. На этом принципе строится обучение по программе «Робототехника». Все участники сразу же могут применить полученные знания на практике.
Перед первой попыткой написать программу для робота достаточно разобраться, что такое цикл и условный оператор . Для тех, кому и это кажется слишком сложным, производители конструкторов часто предусматривают визуальные редакторы: там код вообще не нужно писать, всё настраивается перетаскиванием блоков мышкой. Конечно, никакого сложного функционала так не напрограммируешь, но это уже начало. Позже, если захотите заниматься робототехникой углубленно, полезно будет освоить язык С, который чаще всего используется в этой сфере.
Меня случайно не убьет током?
Нет. Если, конечно, вы не собираетесь начать сразу с постройки огромных промышленных роботов. Пока речь идет о небольших игрушках, сила тока и напряжение настолько малы, что даже если вас и ударит, то вы ничего не почувствуете. Самое страшное, что можно сотворить, конструируя маленького робота, — небольшой взрыв на столе. Но это случится, только если вы перепутаете «плюс» с «минусом» во время работы с электролитическим конденсатором.
Самая вероятная неприятность — некоторое количество испорченных деталей, которые вы попытаетесь подсоединить не так и не туда. Но переживать не стоит: все необходимые расходники недороги, а их поломка тоже важная часть обучения.
Мой робот сможет защитить меня от врагов? Ну или хотя бы тапочки принести?
Самый первый — вряд ли. Точнее, нет ничего невозможного, но для начала лучше поставить перед собой цель попроще. Например, на базе того же Arduino можно собрать самых разных движущихся роботов: они могут ездить просто вперед-назад, по сложной заданной траектории или по нарисованной линии. Робот, который самостоятельно объезжает препятствия или как-то еще меняет свое поведение при приближении к разным объектам, тоже посильная задача. Еще первый робот вполне сможет включать и выключать что-нибудь, ориентируясь на уровень освещенности, совершать какие-то действия в определенный момент, заданный таймером, или по нажатию кнопки.
Ну а в будущем, если продолжите заниматься робототехникой, сможете сделать и робота-помощника, и робота-охранника, который умеет стрелять. Еще можно собрать робот-пылесос собственной модели. В России и в мире постоянно проводятся соревнования по робототехнике, на которых роботы-участники сражаются, играют в футбол, участвуют в гонках и просто демонстрируют свои выдающиеся способности. Например, на «РобоФесте», который ежегодно организует фонд «Вольное дело», можно увидеть сотни разных роботов.
Умение собирать роботов как-то пригодится мне в жизни?
Да, еще как. Вы неизбежно научитесь программировать. Причем будете в состоянии не просто писать код, который что-то как-то делает, но и понимать всю цепочку, по которой набранные вами на клавиатуре символы преобразуются в действия целого механизма. Уметь программировать в наше время почти так же полезно, как знать английский язык: пригодится, даже если вы маркетолог или продавец мороженого.
Знание робототехники при желании позволит вам здорово усовершенствовать быт и даже сделать свое жилище «умным», не покупая дорогих готовых решений. Световой будильник? Запросто. Лампы с датчиками движения? Да легко.
Чайник, который начинает кипятиться, получив СМС, и передает кондиционеру сигнал охлаждать, а пылесосу пылесосить? Не так легко, но вполне реализуемо.
Где можно узнать больше о роботах?
Можно пройти один из многочисленных, в том числе совершенно бесплатных онлайн-курсов. Можно выбрать курс, посвященный Arduino, — как, например, этот от МФТИ, или начать с Lego. А можно не привязываться к конкретной платформе и учиться робототехнике в целом — например, на этом курсе от Бауманки. Ну а если вы знаете английский, буквально вся Coursera с программами по робототехнике от ведущих мировых университетов к вашим услугам.
А если мне понравится и я захочу сделать это своей профессией? Куда податься?
Самое очевидное решение — в программисты. Причем не обязательно туда, где работают непосредственно с «железом»: навыки, полученные во время занятий робототехникой, пригодятся в любой сфере — от промышленного до веб-программирования.
Если возникнет желание связать свою дальнейшую судьбу именно с роботами, придется получить соответствующее высшее образование. Специальность «Робототехника и мехатроника» уже появилась во многих технических вузах — в Москве это МГТУ имени Баумана, МИФИ, МЭИ, МИРЭА. Подойдет и факультет радиотехники: большинство нынешних специалистов по робототехнике получали именно такое образование.
Источник: knife.media
КАК СДЕЛАТЬ РОБОТА:
СХЕМЫ, МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ,
ПРОГРАММИРОВАНИЕ РОБОТОВ
Робототехника для начинающих. Как сделать робота в домашних условиях своими руками.
Как сделать простого робота и мини робота с программным управлением.
Программирование микроконтроллеров AVR. Схемы роботов. Описания. Примеры программ.
| Часть 1 | ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ |
Для управления двигателями мини робота необходимо устройство, которое бы преобразовывало управляющие сигналы малой мощности в токи, достаточные для управления моторами. Такое устройство называют драйвером двигателей.
О том, как сделать робота в домашних условиях, используя лишь микросхему драйвера моторов и пару фотоэлементов. В зависимости от способа соединения моторов, микросхемы и фотоэлементов ваш простой робот будет двигаться на свет или, наоборот, прятаться в темноту, бежать вперед в поисках света или пятиться, как крот, назад. Добавив к схеме вашего самодельного робота пару светодиодов, можно добиться, чтобы он бегал за рукой и даже следовал по линии.
Для того чтобы сделать робота, следующего по линии и не «боящегося» резких поворотов, достаточно добавить в его схему логический элемент, при этом оставив всего один датчик. Логический элемент, который мы добавим в схему робота, называется элемент «НЕ», или «инвертор».
Как сделать простейшего робота с поисковым поведением
Об инверсном подключении моторов и о простейшем поисковом поведении. Робот будет не просто следовать на свет, а при его отсутствии замирать, но будет пытаться искать источник света, поворачиваясь в его поиске, или следовать по границе освещенного пространства. Кроме того, мы рассмотрим, как сделать робота, следующего по линии, с одним датчиком без использования дополнительных микросхем.
Микроконтроллер — компьютер на одной микросхеме. Предназначен для управления различными электронными устройствами и осуществления взаимодействия между ними в соответствии с загруженной в микроконтроллер программой. Микроконтроллер является прекрасным решением для того, чтобы сделать мини робота с программным управлением.
Принято считать, что первый микроконтроллер был выпущен компанией Intel в 1976 году. С тех пор было спроектировано множество устройств этого класса, среди которых можно выделить микроконтроллеры, производимые компаниями Atmel, Microchip, STMicroelectronics, Texas Instruments и др.
Микроконтроллер AVR содержит: быстрый RISC-процессор, два типа энергонезависимой памяти (Flash-память программ и память данных EEPROM), оперативную память RAM, порты ввода/вывода и различные периферийные интерфейсные схемы.
Компания Atmel выпускает очень широкий ряд микроконтроллеров с ядром AVR. Более мощные микроконтроллеры имеют в своем имени слово MEGA, относительно простые чипы называются TINY. На любом из AVR-микроконтроллеров можно сделать робота своими руками.
Для микроконтроллеров AVR существует множество средств программирования как платных, так и бесплатных. Наиболее подходящими языками программирования при этом считаются ассемблер и Си.
Бесплатная среда разработки WinAVR включает AVR GCC (мощный компилятор языка программирования Си) и является отличным выбором для тех, кто начинает осваивать микроконтроллеры AVR и делать роботов сам.
Чтобы откомпилировать программу, необходимо сделать make-файл, который сообщает компилятору для какого микроконтроллера генерировать выходной код. С готовым make-файлом компиляция программы в код для загрузки в микроконтроллер выполняется простым кликом мышью.
AVRDUDE. USB-программатор USBasp
Программатор заносит подготовленную для микроконтроллера программу в его память. Программатор состоит из устройства, связывающего микроконтроллер с компьютером, и программы, которая этим устройством управляет. Одним из наиболее популярных программаторов является USBasp.
В качестве первого проекта на микроконтроллере рассмотрим пример мигания светодиодом. Это классика при изучении микроконтроллеров, как программа «Hello world!» при изучении языка программирования.
Язык C (Си) сочетает в себе лаконичность и мощность и является одним из основных языков, который применяется как для создания программ для компьютеров, так и для программирования микроконтроллеров.
Как объявить переменные в программе на языке Си и о том, какого типа они бывают. О различных способах присваивания значений переменным и для чего используют инкремент и декремент.
Как управлять портами микроконтроллера AVR и как для этого использовать регистры DDRx и PORTx. Об удобных способах представления чисел в программах и побитных операциях. О том, как реализовать задержку.
Для многократного повторения применяют конструкции, которые называются циклами. Цикл «for» используют, когда известно сколько раз необходимо повторять, а цикл «while» — когда заранее не известно количество повторений и цикл должен повторяться, пока выполняется некоторое условие.
Управляем электромоторами
Как самому сделать робота, используя драйвер управления двигателями L293D и микроконтроллер ATmega8. Схема робота и примеры простейших программ для управления моторами. Об экспериментах и опытах по созданию рисующего робота и робота-танцора своими руками.
Робот с фотодатчиком
В статье описывается, как создать робота с фотодатчиком, реагирующим на отраженный свет. Мы научимся проверять сигнал от датчика и в соответствии с результатом изменять действия самодельного робота. Такой робот сможет бегать по линии, нарисованной на поверхности.
Робот для соревнований
Делаем робота, движущегося в пределах области, ограниченной черной линией. Собранного робота можно использовать для соревнования «Кегельринг». Настройка робота для соревнований «Кегельринг» является увлекательнейшим занятием, а сами соревнования одними из самых азартных и зрелищных.
Робот, объезжающий препятствия.
Как сделать робота без датчиков, объезжающего препятствия. Конструкция и схема робота очень простые. Определение препятствия происходит измерением значений напряжения на электромоторах при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Программа для робота снабжена подробными комментариями.
Если включать электромотор робота на непродолжительное время через небольшие паузы, то можно регулировать скорость его вращения. В основе такого управления лежит принцип Широтно-Импульсной Модуляции (ШИМ).
Источник: myrobot.ru
6 лучших языков программирования для изучения робототехники
Изучение
На чтение 7 мин Просмотров 2.6к. Опубликовано 13.12.2021
Робототехника (вы также можете сказать «робототехника» для лучшего понимания) — это точка, в которой сильные стороны науки, технологий и инженерии объединяются с целью создания машин, то есть роботов, имитирующих поведение и потенциал человека. Согласно статистике Allied Market Research, размер мирового рынка робототехники вырастет до 189,36 миллиарда долларов к 2027 году. Разве это не означает, что отрасли различных секторов, таких как автомобилестроение, здравоохранение, оборона и безопасность и т. Д., Будут принимать робототехнику. и интегрировать его с этими приложениями, служащими более широкому кругу задач, связанных с ростом и осведомленностью, даже в эту эпоху COVID, полную осложнений?
В самом деле, для достижения таких сложных и зависящих от времени целей роботов необходимо обучать, чтобы они могли понимать, как реагировать на изменение окружающей среды, которое возможно с помощью программирования роботов. Любопытно узнать, как это сделает робота действительно самообучающимся? Эти самообучающиеся роботы могут удивительным образом делать все, от планирования мероприятия до посещения пациентов в больнице, после того, как их возможности будут расширены или в их конструкции будут внесены подробные изменения. И чтобы увидеть эту магию в реальном времени, необходимо изучить языки программирования для робототехники. Давайте познакомимся с 6 основными языками программирования, которые могут решить общие проблемы, возникающие у вашего робота, и заменить их решениями, которые ожидает большинство компаний и клиентов:
1. C/C++
Изучение базового синтаксиса и функций C / C ++ полезно, если вы серьезно относитесь к созданию собственного программируемого робота и увеличению его производительности, чтобы он мог проактивно и точно реагировать в средах высокой сложности. Хотя для написания программы на C или C ++ требуется много времени, вы можете получить доступ:
- полная библиотека робототехники, которая потенциально взаимодействует с низкоуровневым оборудованием.
- и поскольку оба языка являются стандартными языками в области робототехники, они могут быстро установить связь с кинематикой роботов, планированием движения, визуализацией и обнаружением столкновений.
Следовательно, чем больше вы научитесь разрабатывать и писать программы на C / C ++, тем лучше для вас будет анализировать, понимать и улучшать динамическое поведение робота, привязанного к положению, скорости и ускорению.
2. LISP
LISP, содержащий полнофункциональные стандартные пакеты LISP, представляет собой язык программирования высокого уровня, с помощью которого вы можете управлять движением роботов. Кроме того, использование LISP в любом из ваших будущих проектов робототехники даст вам представление о:
- как в реальном времени можно разработать множество функций управления роботоми безошибочно реализовать их?
- и не нужно беспокоиться о разрешениях на доступ, поскольку LISP со своими пакетами и библиотеками может их хорошо обрабатывать.
Хотите запрограммировать своего робота через LISP, архитектура которого не зависит от языка, как C ++ и Java? Все, что вам нужно сделать, это познакомиться с манипуляциями с функциями, используемыми в кодах LISP, которые могут управлять всеми типами движений, такими как движение рук, ног или головы.
3. Java
Java действительно является одним из самых востребованных языков программирования после Python. В настоящее время люди, занимающиеся наукой о данных и робототехникой, принимают Java для реализации решений машинного обучения. Это поможет роботам проактивно понимать шаблоны данных без каких-либо препятствий. С Java:
- разработчики могут значительно расширить возможности роботов.
- кроме того, если вы используете инструменты и библиотеки Java, нет необходимости явно программировать своего робота для прогнозирования результатов с повышенной точностью.
Итак, теперь вы можете спросить: «Хорошо ли использовать Java для робототехники ?». Да, одним из примеров, демонстрирующих использование Java, является компьютерное зрение с Java и OpenCV (вы можете использовать C ++ вместо Java, но он не сможет достичь того, что вы хотите с точки зрения робототехники) и напишите свой код обработки изображений с помощью Java.
Позже вы можете запустить его на Raspberry Pi с подключенной камерой.
4. C # (.NET)
C # (. NET) и его библиотеки, такие как Machina.NET и ROS.NET, широко используются многими разработчиками роботов для управления роботами в реальном времени. Кроме того, этот язык не требует лицензий, что означает, что вы можете использовать C # с наименьшими ограничениями в любом из ваших роботизированных проектов. Кроме того, этот язык программирования:
- не изменит ключевые функции вашего робота.
- кроме того, любой, кто заинтересован в том, чтобы сделать свою карьеру в области робототехникии повысить ее за счет создания приложений для любого типа роботов, должен хорошо разбираться в его IDE, инструментах и библиотеках.
Но чтобы создавать сервис-ориентированные и легкие приложения для вашего робота, вы должны хорошо знать Microsoft robotics studio. С помощью этой структуры у вас есть возможность тестировать моделирование ваших роботов во время выполнения, решения которых привлекательны с точки зрения визуализации и обучения с меньшими инвестициями или без них.
5. Python
Как и Java, Python — это интерпретируемый язык программирования, который потенциально может создавать, вычислять или активировать программы роботов постобработки быстрее с помощью своих простых в использовании библиотек. Подумал, в чем польза этих программ !! Благодаря им становится проще:
- чтобы помочь вашему роботу адаптироваться к желаемому вами стилю движения.
- однако такие программы — не лучший вариант, когда дело доходит до повышения производительности критически важных частей вашего робота, таких как датчики и исполнительные механизмы.
В этом случае автономное программирование роботов с его интуитивно понятными и удобными для пользователя действиями будет более разумным выбором для тестирования различных критически важных частей вашего робота, а затем гибкой интеграции их с программным обеспечением CAM / CAD. Короче говоря, Python отлично работает, когда вам нужно быстро протестировать роботизированные приложения с базовыми функциями с меньшей вычислительной мощностью и минимальными временными ограничениями.
6. MATLAB
MATLAB — ваш мастер робототехники. Это связано с тем, что благодаря безупречной среде программирования с открытым исходным кодом различные исследователи, инженеры, разработчики и программисты робототехники могут:
- проектировать, тестировать и моделировать приложения, необходимые, чтобы сделать вашего робота (гуманоида или автономного) более гибким и продуктивным.
- для мобильных роботов MATLAB предлагает комплексный инструментарий для прямой и обратной кинематики гуманоидных или мобильных роботов, управления движением и различных алгоритмов для генерации траектории и отслеживания столкновений.
Планируете разработать удобный прототип робота? Все, что вам нужно сделать, это применить основы робототехники в MATLAB и подключиться к его библиотекам, анализируя скважинные данные в режиме реального времени.
Бонус — Arduino
Arduino — это недорогой, кроссплатформенный и понятный способ запрограммировать робота, чтобы он мог танцевать так, как вам нравится. И чтобы продолжать играть в эту танцевальную игру и дальше, можно использовать программные коды Arduino, методы и специальные функции которых, такие как sketch (), setup () и loop (), могут гибко управлять роботом даже в самых экстремальных условиях. Кроме того, Arduino предлагает:
Набор инструментов для роботов Arduino,соединяющий датчики скважин, исполнительные механизмы и системы управления вашего робота для улучшения его функциональных возможностей.
Встроенные библиотеки C ++ для упрощения повседневных задач любого из ваших роботизированных проектов.
Итак, если вы изучаете робототехнику и хотите использовать свои знания для решения реальных задач, было бы разумнее знать все об Arduino, ее инструментарии и библиотеках, чтобы используемый вами робот мог целенаправленно реагировать на окружающие его объекты. тем самым выполняя требования различных предприятий и их пользователей с помощью искусственного интеллекта.
Источник: bestprogrammer.ru