Programovací jazyky v robotice – Robix
Jazyk, kterým robot mluví (ať už je to hračka, robotický vysavač nebo lékařské vybavení), je strojový kód, soubor binárních symbolů. Je to složité a pro lidi těžko pochopitelné. Psaní programů v něm, tedy programování chování robota, je iracionální. Komunikace mezi robotem a osobou proto probíhá podle následujícího schématu:
1. Člověk napíše program v programovacím jazyce.
2. Psaný text – programový kód – prochází „překladateli“: kompilátory, interprety nebo překladateli. Převádějí programovací jazyk na strojový kód, kterému robot rozumí.
Představte si, že chcete něco vysvětlit Italovi přes tlumočníka. Váš ruský jazyk je programovací jazyk, italština je strojový kód a překladatel je tedy překladatel, kompilátor nebo tlumočník.
3. Program přeložený do strojového kódu vstoupí do „mozku“ robota. Roli „mozku“ může hrát obvod, čip, mikrokontrolér, mikropočítač nebo počítač. Čím složitější úkoly musí robot vyřešit, tím dokonalejší musí být jeho „mozek“.
Už jste někdy viděli psy v kojeneckém obchodě, kteří začnou štěkat, když se přiblížíte? Takové hračky mají nainstalovaný elektronický obvod s jednoduchou logikou nebo čip. Robot provádí ty nejjednodušší akce. Například se pohybuje po dané trajektorii nebo přehrává nahraný zvuk. Pro složitější úlohy bude vyžadován mikrokontrolér.
Nízkoúrovňové a vysokoúrovňové programovací jazyky
V současné době se používá několik stovek programovacích jazyků, které lze rozdělit do dvou velkých skupin: nízkoúrovňové a vysokoúrovňové.
Nízkoúrovňové jazyky se objevily na počátku 50. let XNUMX. století. XNUMX. století se s jejich pomocí stalo programování jednodušší než se strojovým kódem. Používají se dodnes a jsou prostě nenahraditelné v případech, kdy robot musí podléhat přísné kontrole. Ale je obtížné s nimi pracovat. Pro stejnou akci, kterou provádějí roboti různých konstrukcí, musí být napsán samostatný program. Uchopovač pro robotické rameno a robotický bagr budou vypadat jinak.
S jazyky na vysoké úrovni – rozvinutější a pro lidi pohodlnější – takový problém není. Konstrukční vlastnosti robotů nehrají významnou roli a kterýkoli z nich bude provádět stejný příkaz. Programy v takových jazycích však váží mnohem více, takže jsou psány pouze pro zařízení s velkým množstvím paměti.
Můžeme se domluvit s mikrokontrolérem přes překladač a pak s největší pravděpodobností budeme muset programovat v nízkoúrovňovém jazyce. Pokud má mikrokontrolér desku typu Arduino, můžete přepnout na „lidštější“ jazyk na vysoké úrovni. Robot s více typy ovládání se však snadno může stát polyglotem: jeho tvůrce bude kombinovat různé jazyky, aby mohl provádět různé úkoly.
Vybrali jsme pět jazyků, které jsou mezi robotiky trendy.
Top 5 programovacích jazyků v robotice
Chcete-li podrobně vyprávět o naší pětici, chtělo by to více než jednu knihu. Proto jsme se rozhodli zdůraznit hlavní rysy – to stačí, abyste měli obecnou představu o jazyce a pochopili, proč skončil na vrcholu.
Pro názornost si ukážeme, jak vypadá program napsaný v různých jazycích. Zde začíná jakýkoli programátorský výcvik: na monitoru nebo na LCD obrazovce ovladače by se měl objevit nápis Hello, world.
Shromáždění
Odkazuje na nízkoúrovňové jazyky, které jsou co nejblíže strojovému kódu. S příchodem mikrokontrolérů jako je Arduino se jazyk stal méně používaným, protože mikrokontroléry podporují řízení robotů vyšší úrovně pomocí C/C++ a dalších jazyků „Assembler“ však neodepisujte – je doslova nenahraditelný, pokud je vyžadována absolutní kontrola. V některých případech prostě není možné vysvětlit robotovi zvláštní podmínku v jiném jazyce.
global _main extern _printf section .text _main: push message call _printf add esp,4 ret message: db 'Hello, World', 10,0Jáva
Myšlenkou používání Javy je použití stejného kódu na různých robotech díky Java Virtual Machine. Ve skutečnosti to ne vždy funguje a vede to k pomalému provádění programu, který se snaží doručit kód robotovi. Virtuální stroj si totiž nejprve musí vytvořit „obraz“ toho, jak bude daný program na konkrétním robotovi fungovat. To trvá poměrně dlouho a k samotnému provedení dochází se zpožděním. Jazyk je přitom v robotice pro svou univerzálnost poměrně oblíbený a někteří výrobci dokonce vyrábějí mikrokontroléry přímo pro programování v Javě.
Jazyk se často používá pro roboty související s webovými technologiemi. Například v systému chytré domácnosti (v tomto případě se používá JavaScript, ale princip je podobný) nebo v autě, které natáčí video a vysílá ho na internet.
Simon Ritter je evangelista a spolutvůrce Java a je přední autoritou na používání technologie Java ve světě robotiky. Vyvinul Robotics Software Development Kit a pravidelně ukazuje nové robotické systémy.
class HelloWorldApp < public static void main(String[] args) < System.out.printIn("Hello World!"); //Prints the string to the console. >>MATLAB
Populární mezi robotickými inženýry je jazyk MATLAB se svým prostředím a jeho příbuzní s open-source interprety, jako je Octave.
K naprogramování autíčka nepotřebujete MATLAB na vysoké úrovni. Ale pro rozvoj počítačového vidění to bude tak akorát. Programy napsané v tomto jazyce mohou zpracovat velké množství informací a produkovat přesné výsledky.
classdef hello methods function greet(this) disp('Hello, World') end end endPYTHON
Vysokoúrovňový jazyk Pythonu je ceněn pro svou jednoduchost a funkce šetřící čas, jako je definování a přetypování typů proměnných.
Kromě toho existuje obrovské množství hotových psaných skriptů – kódů pro provádění programů. Když potřebujete implementovat některé základní funkce, můžete použít hotové řešení. Jazyk také umožňuje jednoduché vazby se skripty napsanými v C/C++. To znamená, že části kódu, které vyžadují vysoký výkon, mohou být implementovány v těchto jazycích. Python se tak stal univerzálním téměř v jakékoli oblasti.
Popularita jazyka v robotice roste teprve v posledních letech. Často se používá například pro programování na Raspberry Pi. Tento mikropočítač je prostě stvořen pro experimenty a vývoj zařízení IoT. Kromě toho existuje mnoho knihoven pro Python, které obsahují hotová řešení pro základní programy. Díky jednoduché a intuitivní syntaxi mohou v Pythonu snadno vytvářet roboty i děti a začátečníci.
print("Hello World")C / C ++
„C“ kombinuje pohodlí psaní jazyků na vysoké úrovni a ovládání jazyků na nízké úrovni. Překládá se do strojového kódu lépe než mnoho jiných jazyků, ale má složitou syntaxi a neodpouští chyby. I jeden nesprávný řádek nového kódu může narušit provoz stávajících programů. Mimochodem, programy v Generic Robot Language (GRL) jsou kompilovány do příkazových jazyků, jako je C.
C++ na vysoké úrovni je obtížné se naučit v počátečních fázích programování, ale jakmile si ho osvojíte, můžete jej použít pro téměř jakýkoli úkol.
C++ se používá pro:
- vývoj softwaru;
- tvorba operačních systémů, různých programů, ovladačů zařízení;
- implementace aplikací na vestavěných systémech, výkonných serverech, ve hrách.
V Robix používáme desky Arduino, které jsou naprogramovány v C++ s doplňky. V hodinách robotiky se proto naši studenti seznamují také s logikou programování C-plus-plus.
v jazyce C:
#include int main(void)
v jazyce C++
#include int main()
Bez ohledu na to, co děláte: programování mikrokontrolérů v assembleru nebo psaní programů v Pythonu, každý z těchto jazyků je dobrý pro určité manipulace. Mají různou syntaxi a berou v úvahu různé podmínky.
Představme si, že dnes jsme vy a já roboti. Jsme postaveni před úkolový program: „Vstaň z postele a jdi do dveří.
Pokud byste psali program v Pythonu, pro nás roboty by to vypadalo takto:
Vstát z postele
V C++ by to vypadalo úplně jinak:
(Vytvořte objekt „místnost“)
(Vytvořit objekt „postel“)
(Vytvořte objekt „I“)
Místo závěru
Hlavní rozdíl mezi běžným programováním a programováním robotů je v tom, že programátor pouze píše kód, zatímco robotik také interaguje s mechanikou, elektronikou a okolní realitou.
Nejjednodušší algoritmy a logika jazyků se nejsnáze učí v dětství. V Robix učíme základy programování i předškoláky. Naši studenti začínají se Scratchem, představují programování zábavným způsobem, a poté přecházejí ke složitějším jazykům, jako je Python a C++. Děti s nadšením vytvářejí vlastní hry a roboty a zároveň se připravují na „dospělý“ svět, kde jsou programovací jazyky v řadě odvětví dlouho považovány za nezbytnost a v budoucnu je může dokonce zcela nahradit umělá inteligence. A porozumění algoritmům počítače, schopnost orientovat se v mechanice, elektronice a souvisejících technologiích je dobrá sada dovedností pro profesi budoucnosti.