Интеллектуальные игрушки – программируемые роботы конструкторы. Языки программирования в робототехнике

Для iPad — образовательного приложения для кодирования. Приложение позволяет программировать роботов, дронов и музыкальных инструментов на Swift — языке от Apple.

“Несмотря на то, что Swift предназначен в первую очередь для разработчиков iOS и mac OS, приложение также позволит понять общие концепции программирования, зная которые, можно смелее начать изучение любого понравившегося языка программирования и углубляться в его тонкости”, — говорит Илья Вислоцкий, руководитель департамента разработки Stack Group.

“В прошлом, если человеку захотелось разобраться, как работают программы, или хотел попробовать себя в программировании, то у него не было выбора, кроме как сразу использовать профессиональные IDE”, — отмечает Илья Вислоцкий. Сейчас создано уже довольно много учебных программ, они позволяют привлечь детей в программирование и разобрать основные конструкции алгоритмизации (условие, цикл, подпрограммы). «Я сам часто играю в подобные игры, например Lightbot. На мой взгляд вдвойне полезно, если программа ограничивает алгоритм по количеству операций, так как задание можно выполнить множеством способов, стремясь к самому эффективному», — добавляет Максим Бекурин, тренер по робототехнике центр «Техноit».

А вот аналогов в формате приложения для планшета, даже немного схожих по функционалу и назначению, нет. В Swift Playgrounds пользователь может мгновенно увидеть созданный им код и напрямую управлять устройствами — уроки программирования станут еще увлекательнее и более наглядными. С помощью Bluetooth приложение легко подключается к разным роботам и дронам от нескольких компаний.

Универсальная платформа взаимодействует с пятью моделями:

1. С помощью популярного набора LEGO MINDSTORMS EV3 миллионы детей по всему миру могут кодировать и управлять моторами и датчиками своих учебных роботов.
2. Роботизированный шар Sphero SPRK + умеет вращаться, катиться, поворачиваться, ускоряться и менять цвет. С Swift Playgrounds станет возмножным контролировать шар с помощью датчиков, обеспечивающих обратную связь.
3. Под управлением кода на Swift дроны Parrot Mambo, Airborne и Rolling Spider могут взлетать, приземляться, поворачиваться и выполнять различные трюки.
4. Робота UBTECH Jimu Robot MeeBot Kit можно запрограммировать и научить его ходить, наклоняться и танцевать.
5. Робот от Wonder Workshop иллюстрирует основные принципы написания кода. С Swift Playgrounds он поможет ученикам младших классов изучить программирование на практике.

“Возможность подключения к нескольким роботам является безусловным плюсом, создавая этим самым дополнительное направление изучения робототехники. К тому же, учитывая многолетнюю работу компании Apple, можно с уверенностью сказать, что они будут и дальше развивать это приложение, чтобы оно подходило и для крупных серьезных проектов”, — отмечает Александр Кормильцев, преподаватель отделения политехнического образования Дворца молодежи, Екатеринбург.

Swift Playgrounds совместим со всеми моделями iPad Air, iPad Pro и iPad mini 2, а также с iOS 10 или более поздними версиями.

Весь процесс состоит из двух этапов: сборки и программирования. Чтобы собрать хорошего робота, нужны знания в механике. Чтобы запрограммировать робота на определённые действия, нужно знать язык, который поймёт системная плата или программный блок. Школьными знаниями по информатике тут не обойтись.

Где взять материал?

Сначала нужно решить, как вы хотите собирать робота: из готовых наборов или самостоятельно подбирать материалы. Преимущество набора в том, что вам не нужно искать детали по отдельности. Чаще всего из одного набора можно собрать несколько устройств.

Конструкция, собранная не из готового набора, называется открытой системой. У неё тоже есть свои плюсы: ваш робот будет индивидуальностью, и вы сами сможете улучшать конструкцию. Но времени и сил потратите однозначно больше.

Из чего состоит робот?

Корпус – металлическое или пластмассовое «тело» , к которому прикрепляются остальные детали. У каждого робота есть источник энергии – батарейки или аккумулятор. В зависимости от того, какую задачу будет выполнять робот, выбирают датчики: они могут определять цвет и свет, реагировать на касание.

Чтобы заставить робота двигаться, понадобятся моторы. «Голова» всего механизма – системная плата или программный блок. С их помощью робот подключается к компьютеру и получает набор задач.

Как заставить его что‑то делать?

Чтобы робот выполнил какое‑то действие, нужно создать компьютерную программу. Сложность этого этапа зависит от сборки. Если робот собран из набора Lego Mindstorms или mBot, то с их программным обеспечением справятся даже дети.

Если вы собираете робота сами, вам нужно изучить основы программирования и язык, на котором собираетесь писать программу, например C++.

Почему робот может не выполнить программу?

Попадая в новое место, он может сбиться и выполнять программу неверно. Для того чтобы робот делал всё правильно, надо отрегулировать датчики. Например, слишком яркое освещение может помешать адекватно распознать цвета. В зависимости от поверхности, по которой передвигается робот, регулируют мощность моторов.

Можно научиться собирать и программировать в школе?

Несмотря на то что робототехника не входит в школьную программу, преподаватели по физике и информатике могут научить ребёнка собирать и программировать. В Белгороде в некоторых школах есть кружки, где делают роботов.

«После уроков с учителями физики и информатики мы учимся программировать. Уже умеем работать в LegoMindstorms и Robolab (программное обеспечение для роботов – прим. авт. ). Также иногда учимся делать 3D-чертежи деталей», – рассказали ученики Белгородского инженерного юношеского лицея-интерната и участники «РобоФеста-2018» Антон Першин и Дмитрий Чернов .

Где, кроме школы, можно стать робототехником?

В инжиниринговой школе БелГУ есть класс, в котором учат собирать и программировать роботов. В 2017 году в Белгороде открылся «Кванториум» , в котором робототехнике учат школьников с девяти лет.

Чтобы стать настоящим робототехником, можно поступить на робототехнический факультет. В Белгороде пока таких нет, но в БГТУ им. Шухова есть кафедра технической кибернетики . Её студенты занимают призовые места на всероссийских соревнованиях по робототехнике.

Можно ли научиться самому?

Да. Есть множество ресурсов в Интернете, на которых можно узнать, из чего собрать и как запрограммировать робота.

Будет ли робот полезным?

Его можно приспособить под бытовые задачи и сделать помощником в доме. В Интернете есть много примеров, как домашние изобретатели создают роботов для выпечки блинов или уборки квартиры.

Как подтвердить свои успехи в создании роботов?

Принять участие в таких соревнованиях, как «РобоФест». На них в зависимости от возраста и направления существуют разные номинации. В основном у каждого вида робота есть трасса, на которой он выполняет задания: захватить кубик или прочертить линию. Есть и статичные системы, в которых судьи оценивают презентацию проекта и работу механизмов.

Как правило, участники приезжают на соревнования с собранными роботами и при подготовке тратят время только на калибровку датчиков и корректировку программы.

Редакция благодарит за помощь в создании материала участников «РобоФеста-2018» Дмитрия Агафонова , Дмитрия Чернова , Антона Першина и Данила Мигрина .

Наталья Малыхина

Роботы-конструкторы – идеальная возможность, чтобы совместить игру и обучение простейшим навыкам программирования. Именно поэтому они пользуются столь большой популярностью в мире.

Различаются они не только производителями, но и способами и возможностями программирования, типами крепежей, а также материалами.

Большинство упрощенных (для новичков) и роботов имеют в комплекте специальное программное обеспечение, которое позволяет без труда задать команды своему творению. В более совершенных моделях придется для начала изучить, основанные на С, языки.

LEGO Mindstorms

Конструктор выпускается в двух типах:

• детский;
• продвинутый.

В детском вложено всего лишь несколько моторов, лампочек, а также инструкция с возможными вариантами сборки. Но с LEGO часто инструкция оказывается уже не нужна после первой сборки, и в дело вступает фантазия.

Стоит заметить, хоть программирование этих роботов возможно, блоков управления в этом наборе не предусмотрено, это означает, что робот будет всегда соединен с компьютером при помощи кабеля USB.

Продвинутый же набор открывает намного больший простор для фантазии. Он существует в нескольких вариантах и поколениях (на данный момент поколений три). Они отличаются количеством деталей, наличием дополнительных микрокомпьютеров, а также различными датчиками и другими приборами. Микрокомпьютеры этой серии оснащены операционной системой Linux. Эти схемы поддерживают не только специальные языки программирования, но и C++, C и даже Python.

Для удобства перепрограммирования робота можно воспользоваться официальной программой от LEGO, которая позволит настраивать элементы при помощи интуитивно понятного интерфейса.

Лего держит пальму первенства в роботах-конструкторах уже более десяти лет. Устраиваются соревнования по созданию , где главным призом чаще всего оказывается бюджетное место в престижном ВУЗе.

LEGO Mindstorms – один из 17 вариантов сборки

HUNA

Это сравнительно новый бренд, родом из южной Кореи, который постепенно набирает популярность в кругах юных кибернетиков. Типов наборов HUNA существует два. Их принципиальное отличие заключается в том, что, в одном случае детали выполнены из пластика, а в другом – из металла. Но в то же время их можно комбинировать, так как принцип соединения частей у них общий.

Узнать больше об увлекательных металлических конструкторах для мальчиков можно .

Пластиковые наборы HUNA предназначены для детей, возрастом от шести лет, так как не требуют знания даже основ программирования.

В качестве “мозга” железных комплектов выступает контроллер Arduino, на котором уже стоит специальная прошивка. Среда программирования тут – обычный C-образный язык для Arduino, но для большего удобства его визуализировали.

За счет Arduino, а также более продвинутых систем, данные наборы специализируются на аудитории, достигшей пятнадцати лет. То есть, тех, кто уже перерос Mindstorms.

Makeblock

Следующим конструктором в нашем списке является китайский Makeblock. Как и в предыдущем случае, здесь используется электроника Arduino. Количество продаваемых наборов на официальном сайте просто огромное. Вы можете найти как дешевые комплекты обычных машинок, так и достаточно серьёзные наборы, которые позволяют создать своими руками 3D-принтер.

Все детали Makeblock выполнены из алюминия, на который электростатическим методом нанесена краска (примерно, как и на автомобили). Таким образом, вероятность того, что со временем детали будут выглядеть неказисто, стремится к нулю.

Из интересных моделей следует заметить те, которые выполняют рисунки, среди них:

• mScara – робо-рука, на которую можно вместо маркера поставить лазер;
• mSpider – он рисует в вертикальных плоскостях, подобно пауку перемещаясь на ниточках;
• mCar – машинка, которая рисует маркером там, где она ездит.

Также для этих роботов имеется специальное ПО, которое позволяет создать рисунок любой сложности. Для этого достаточно загрузить его в графический редактор программы.

#Структор

Этот конструктор производится в России и отличается от других тем, что его детали выполнены из вспененного ПВХ. Их толщина составляет пять миллиметров, что позволяет создавать небольшие, но достаточно прочные конструкции.

А тот факт, что ПВХ – мягкий материал, позволяет решить вечную проблему конструкторов – детали не такие, как их хочется видеть. В данном случае все решается обычным канцелярским ножом или скальпелем.

Достоинства ПВХ:

• низкая стоимость;
• простота обработки – достаточно лишь вооружиться ножом, карандашом и линейкой;
• высокая прочность;
• влагоустойчивость;
• пожаробезопасность – температура возгорания листового ПВХ превышает 400 градусов Цельсия.

Малую прочность конструкции производители предлагают решить двумя способами. Первый – просто склеить детали. Лучше всего для таких целей подойдет специальный клей “Космофен”. Второй способ – объединить #Структор с советским (или аналогичным) железным конструктором.

#Структор от “Амперка”

Хоть детали от такого обращения долго не проживут, вы всегда сможете купить лист пластика и вырезать новые. Чертежи деталей находятся в свободном доступе, да и фантазию никто не исключал.

Управление элементами #Структор производится на Arduino. А благодаря универсальности материала, из которого изготовлены элементы конструктора, любой датчик, сервопривод или мотор легко внедряются в конструкцию.

Vex

Фирма известна в основном благодаря своим вибророботам. Но немногие в курсе, что она также производит наборы по созданию полноценных роботов. Наборы предназначены для детей от десяти лет. Но благодаря широкому ассортименту продукции их также можно использовать в школах или университетах.

Если какого-то элемента будет недоставать, всегда можно приобрести его отдельно. На сайте производителя имеется масса различных датчиков, моторов и других элементов конструктора. Кроме того, покупая дополнительные детали, можно повысить сложность изделий.

Только в наборах корейской компании Vex встречаются коробки передач или колеса Илона.

Программирование происходит на одной из нескольких сред. Всего среды три. Первая представляет собой экран, где вместо прописывания команд просто перетаскиваются блоки. Вторая же – классические блок-схемы, как на уроках информатики. Третья среда очень похожа на ПО от LEGO – то же перетаскивание блоков с командами и значениями.

Примечательной особенностью является также наличие ПО VEX Assembler. Это 3D редактор, в котором вы можете придумать и испытать своего робота до того, как начнете его строить вживую.

VEX Robotics by HEXBUG

FischerTechnik

Комплекты конструкторов производит немецкая компания. Линейка ROBOTICS, которая и открывает для детей мир роботов, насчитывает шесть наборов. Все они предлагают создать несколько роботов, которые выполняют те или иные функции. Как и со всеми конструкторами, веселье начинается в тот момент, когда все инструкции уже перепробованы.

Чтобы не было недостатка в деталях и электронных компонентах отдельно можно приобрести наборы расширения, дистанционное управление и многое другое.

Отдельного внимания заслуживают контроллеры, продающиеся отдельно. Хоть их стоимость сопоставима со стоимостью целого набора, границы, которые они открывают, с легкостью перекрывают этот факт.

В продаже имеется два типа контроллеров:

• Robo TX;
• Robo TXT.

Высокая цена за них обусловлена тем, что это не просто контроллеры, а настоящие микрокомпьютеры с поддержкой Wi-Fi, Bluetooth и довольно мощной “начинкой” для своих малых размеров. Для повышения производительности эти контроллеры могут быть совмещены в одну сеть.

Программирование происходит на бесплатной программе Robo Pro. Все команды задаются при помощи логических блоков, что позволяет обучить ребенка азам программирования в игровой форме.

ТРИК

Конструктор родом “рожденный” в России. Его производители решили помочь любителям робототехники, которые используют советские металлические конструкторы. Поэтому все детали имеют отверстия с теми же десятью миллиметрами, что и железные конструкторы.
Этот конструктор на рынке новичок, но уже зарекомендовал себя как универсальный и очень удобный.

На данный момент имеется четыре типа наборов:

• стартовый;
• образовательный;
• школьный;
• соревновательный.

Их различие в количестве деталей и электроники. Во всех наборах вы найдете микроконтроллер, микрофон и видеокамеру или датчики, светодиоды и колеса.

Микроконтроллер ТРИК работает на Linux и имеет на борту процессор с 24 мегагерцами и целые 256 Мбайт оперативной памяти. Также ее можно расширить за счет Flash-карты.

Набор для сборки ТРИКС

Создатели данного конструктора решили не привязывать контроллер к одной среде программирования. Поэтому он поддерживает C, C++, Python и даже Java. Для тех, кто только изучает программирование, имеется специальная среда программирования, предназначенная для контроллера ТРИК.

Так как контроллер поддерживает множество команд, для удобства управления имеется приложение для смартфонов под управлением Android. Команды передаются при помощи Wi-Fi.

MOSS

Американская компания, придумавшая MOSS, пошла нестандартным путем – она отказалась от проводов. Вместо них используются детали кубической формы, которые имеют цветные грани. Их назначение следующее:

1. Зеленые – передача электричества от аккумулятора.
2. Красные – вход данных.
3. Коричневые грани – выход данных.
4. Голубые – эти грани передают и электричество и данные. Они нужны для того, чтобы соединять детали при помощи гибкого элемента.

Да, конструкция довольно сложна, но если в ней разобраться, фантазию в создании роботов будет уже не остановить. А понять в чем суть в ней, может и ребенок 8 лет, на которого конструктор и рассчитан. Модули соединяются межу собой при помощи металлических шаров, крепящихся на магниты. Магниты эти расположены на углах модулей.

Robo Wunderkind от MOSS

Программирование микроконтроллеров можно совершать на двух программах. Первая представляет собой визуализатор с дополнительными параметрами. Она подойдет для тех, кто не очень хорошо разбирается в C-коде.

Вторая же программа направлена на тех, кто хорошо в нем разбирается. Она компилирует ваш код и переносит его в контроллер. Обе эти программы работают на Windows и Mac OS, но не поддерживаются Linux.

Для удаленного правления роботом MOSS существует сразу несколько программ для мобильных устройств. Это и пульты управления, экспорт данных с датчиков, рисование графиков и многое другое. Все программы доступны для iOS, а некоторые и для Android.

Для детей дошкольного возраста можно выбрать набор для сборки без электротехнической составляющей, например, .

Стоит заметить, что в обзоре не учитывались конструкторы, стоимостью свыше ста тысяч рублей, а также те, которые требуют какой-либо пайки.

Робот MECCANO, управляемый с помощью смартфона или планшета

Видео

Данное видео подробно расскажет Вам о программируемых роботах: какие они бывают и какой лучше выбрать.

Чтобы выбрать конструктор, нужно определиться, для кого он:

• LEGO Mindstorms лучше всего подойдет ребенку, который увлекается роботами. А так как у большинства детей есть обширная коллекция LEGO, фантазия ребенка будет поистине безграничной.
• Если вы разыскиваете конструктор для себя, то стоит обратить внимание на ТРИК или #Структор, так как они оба совместимы с советским железным конструктором, а второй к тому же, еще, и выполнен из ПВХ.
• Но, так или иначе, эти конструкторы очень сильно улучшат способности вашего ребенка к логическому мышлению, а также подготовят его к тому, что будет ждать его в школе или институте.

Не лишним будет, перед покупкой , подробно изучить каждый понравившийся набор для сборки. А также подумать над тем, чтобы отдать ребенка в клуб радиолюбителей, если данная тематика ему нравится.

Программирование промышленных роботов в SprutCAM

Николай Конов,
директор компании KROKK, d.o.o., Словения, г.Любляна (www.krokk.si)

Индустриальные роботы в современной промышленности

Мировой рынок роботов

Применение индустриальных роботов во всем мире каждый год увеличивается. К 2018 году более 1,3 млн роботов будут введены в эксплуатацию по всему миру. Средний показатель плотности применения роботов в производстве, по данным 2014 года, равен 66 единицам на 10 тыс. работников. В 21 стране этот показатель выше среднего (рис. 1).

В них входит большинство индустриально развитых страх Европы, США, Канада и Азиатский регион (Южная Корея, Япония, Тайвань). Словения занимает в этом списке не последнее место и с показателем 100 роботов на 10 тыс. человек занимает лидирующие позиции по автоматизации производства. Наибольшее применение роботы находят в автомобильной промышленности, где наблюдается более высокая плотность роботизации производства (рис. 2).

Области применения роботов

Самой распространенной областью применения роботов является выполнение повторяющихся операций на производственных линиях, таких как сварка, перемещение деталей, покраска, сборка и др. Как правило, роботы на таких линиях действуют циклически по программе и выполняют одни и те же операции, заменяя рутинный человеческий труд. Это позволяет максимально автоматизировать производственный процесс, уменьшить фактор человеческой ошибки и максимально увеличить производительность. Но для современных роботов выполнение простых операций по перемещению — не предел их возможностей.

Робот, благодаря наличию шести степеней свободы, может также делать сложные многоосевые перемещения вдоль необходимой траектории, выполняя, таким образом, любую обработку, которая до этого была возможна только на специализированных станках. Это становится реальным прежде всего вследствие многолетней эволюции индустриальных роботов и контроллеров. Индустриальные роботы стали более точными и жесткими — возможно позиционирование робота с точностью до нескольких сотых долей миллиметра. Совершеннее стали и контроллеры роботов — они позволяют управлять несколькими роботами одновременно, а также интерполировать перемещения робота с дополнительными линейными и поворотными осями. Всё это создало предпосылки для использования роботов в тех отраслях, где до сих пор было возможно применение только специализированных станков с ЧПУ.

Возможности индустриальных роботов в обработке материалов

Тенденция применения индустриальных роботов для различных видов обработки материалов приобретает всё большую популярность в мировой промышленности. И этому есть объяснение: роботы имеют ряд преимуществ перед классическими станками с ЧПУ, такие как: шесть степеней свободы; большая зона обработки; использование того же робота для захвата заготовки; более низкая стоимость; использование дополнительных осей позиционирования детали.

Разберем эти преимущества и рассмотрим конкретные примеры и области применения индустриального робота для обработки материалов. Конечно, при помощи роботов можно заменить далеко не все типы обработки, так как имеют место ограничения по точности и жесткости. Далее будут рассмотрены примеры применения роботов в тех областях, где это экономически целесообразно и удовлетворяет требуемому качеству конечных изделий.

Доступная пятиосевая обработка

Станки с ЧПУ, позволяющие обрабатывать деталь по пяти степеням свободы, безусловно, являются более дорогими по сравнению с простыми трехосевыми станками. А если такой станок предназначен для обработки крупногабаритных деталей, то его стоимость возрастает в геометрической прогрессии.

Все индустриальные роботы, так же как и пятиосевые станки, изначально имеют возможность позиционировать инструмент, но стоимость такого решения иногда в разы меньше сходного по характеристикам станка. В результате сложная пятиосевая обработка изделий, нетребовательных к точности, становится доступной даже для малых предприятий. Яркий пример тому — художественная обработка камня (рис. 3).

Художественная обработка материалов — не только камня, но и дерева, гипса, пластика и др. — одна из наиболее подходящих областей для применения роботов. Здесь не требуется высокая точность, при этом, как правило, заготовки бывают довольно внушительных размеров и всегда имеют поверхность сложной формы. Применение робота позволяет выполнять обработку любой сложности и полностью в многоосевом режиме.

Большая зона обработки

Очень часто изделие, которое необходимо обработать, требует от оборудования больших зон перемещения. Примерами могут служить корпуса лодок, шасси прицепов, прототипирование крупногабаритных изделий, подготовка форм для литья и др. Для обработки таких изделий необходимы специализированные станки с большими зонами перемещения, стоимость которых соизмерима с их размерами.

Однако робот может быть размещен на подвижной платформе, длина перемещения которой может быть практически любой. Современные контроллеры промышленных роботов позволяют выполнять интерполяцию движений робота и дополнительно до трех линейных осей перемещения самого робота. Это дает возможность применения промышленного робота практически в неограниченном пространстве. Пример — роботизированная ячейка обработки корпуса лодки (рис. 4).

Обработка корпуса лодки требует не только сложной ориентации инструмента, но и большой зоны перемещения. Применение робота, установленного на подвижном портале, позволяет легко обработать весь корпус лодки. При этом перемещения робота вдоль портала полностью синхронизированы с движениями суставов и позволяют инструменту перемещаться вдоль всего корпуса, поддерживая правильную ориентацию.

Многоцелевое использование робота

Промышленный робот может в одном и том же технологическом процессе использоваться как для захвата заготовки, так и для перемещения ее через инструмент. Так называемая схема «заготовка к инструменту» позволяет реализовать целую технологическую цепочку обработки изделия, а также перемещения изделия в необходимое место для дальнейших операций всего на одном роботе (рис. 5).

После формирования сиденья стула в термопластавтомате необходимо выполнить обрезку, шлифовку граней и полировку сиденья стула. Все эти операции выполняются последовательно с захватом сиденья роботом, в то время как инструменты находятся на фиксированных позициях.

Дополнительные степени свободы

Современные контроллеры роботов могут управлять не только дополнительными линейными перемещениями самого робота, но и дополнительными осями вращения рабочего стола с закрепленной на ней заготовкой. Такое решение задает дополнительную степень свободы заготовки и позволяет использовать более компактный робот для обработки заготовки со всех сторон. Естественно, управление дополнительными осями полностью синхронизировано с движениями суставов робота (рис. 6).

Для сварки бака со всех сторон используется дополнительная поворотная ось, которая управляется синхронно с осями робота и позволяет выполнить операцию сразу со всех сторон.

Таким образом, современные промышленные роботы могут использоваться для многих операций обработки там, где раньше это невозможно было представить: фрезерование (метал, камень, дерево, резина, пластик и др.), шлифовка, полировка, обрезка, снятие заусенцев, резание (плазменное, водяное, лазерное). Такие решения находят применение во многих отраслях промышленности и доступны даже для малого бизнеса, что позволяет ему развиваться и при небольших инвестициях.

SprutCAM для программирования роботов

Стандартные возможности создания программ

Все вышеперечисленные примеры требуют программирования сложных перемещений инструмента и, как следствие, осей робота. При классическом программировании роботов задание перемещений происходит последовательно — от точки к точке. Такой подход очень трудно применить для сложных траекторий, связанных еще и с ориентацией инструмента. Подобное программирование также потребует много времени, в течение которого робот фактически будет занят и не будет задействован в производственном процессе. Многие производители предоставляют возможность создания программ для робота в G-коде или в близком формате, когда программист учитывает лишь координаты центральной точки инструмента и создает программу в обычном декартовом пространстве, а положение фактических осей робота пересчитывается контроллером. В этом случае можно провести аналогию со станками с ЧПУ, которые имеют схожие возможности.

Простые перемещения запрограммировать таким способом возможно, но когда речь идет о сложном формообразовании или использовании дополнительных осей, то выполнение задачи за разумный промежуток времени становится проблематичным, при этом написание такой программы вручную — довольно сложная задача, а иногда и практически невозможная.

Применение CAM-системы для программирования

Логичным выходом из данной ситуации, следуя аналогии с классическими станками, в которых для создания программ обработки сложных форм применяют CAM-системы, является применение CAM для программирования робота. Действительно, создание траектории перемещения инструмента ничем не отличается от создания ее для станка. Разница лишь в том, что, впоследствии движения инструмента должны быть пересчитаны в движения осей робота и дополнительных осей. Этой возможностью обладает далеко не каждая CAM-система.

Кроме того, CAM-система должна понимать кинематику робота и учитывать все его возможности для позиционирования инструмента, избегать сингулярности и коллизий.

Компания «СПРУТ-Технология» уже более 20 лет занимается разработкой программного обеспечения SprutCAM. Одной из опций данного продукта является возможность создания программ для промышленных роботов на основе загружаемой 3D-модели изделия.

Используя множество стратегий обработки, программист может задать необходимые траектории перемещения инструмента. SprutCAM, основываясь на реальной кинематике робота, вычислит положение и ориентацию инструмента в каждой точке, рассчитает координаты каждой из осей робота. Детализированная симуляция позволит полностью смоделировать реальное поведение робота, избежать коллизий и увидеть результат обработки. Инструменты по оптимизации положения суставов робота дают возможность наилучшим образом определить оптимальные координаты осей для каждой точки.

Функции SprutCAM

Стратегии обработки

Будучи многофункциональной CAM-системой, SprutCAM содержит большое количество стратегий для любых видов обработки: фрезерования (черновые, чистовые, многоосевые операции); резания; сварки (рис. 7).

Кроме того, SprutCAM обладает уникальными стратегиями аддитивной обработки и обработки инструментом типа «нож». Все эти стратегии возможно использовать при программировании робота.

Поддержка

В SprutCAM уже реализована поддержка большинства известных производителей роботов: известны кинематические модели и готовы постпроцессоры. Уже выполнено и полностью отлажено для пользователя взаимодействие с роботами ведущих производителей (рис. 8). Внедрение продукта под конкретную задачу занимает минимальное количество времени.

Преимущества использования SprutCAM для программирования роботов

• Offline-программирование роботов увеличивает полезную загрузку;
• гораздо более быстрое создание программ, чем от точки к точке;
• легкое программирование роботов с дополнительными осями;
• автоматическая оптимизация и поиск безаварийных перемещений;
• реалистичная симуляция и проверка программ;
• готовые постпроцессоры для генерации программы на языке контроллера;
• создание программ такое же простое, как при программировании станков с ЧПУ.  

Sphero SPRK

Sphero SPRK - робот для обучения программированию, замаскированный под небольшой полупрозрачный шарик. Управлять устройством нужно с помощью кода: его набирают в редакторе смартфона, используя блоки с командами. Шарик может катиться, крутиться, прыгать и менять цвета. Играть могут и те, кто пока не умеет программировать – для этого разработчики загрузили 12 базовых алгоритмов.

Шарик придумала компания Sphero, основанная в 2010 году для производства детских игрушек. Робота специально сделали прозрачным: дети могут следить за тем, как механизмы внутри шарика управляют его движениями. Кстати, название SPRK расшифровывается как Schools-Parents-Robots-Kids (школы, родители, роботы, дети). В магазинах игрушку можно купить за $129.99.

Ozobot

Робот Ozobot размером не превышает мячик для гольфа. Если нарисовать жирным маркером линию на бумаге (или виртуальным маркером - на экране планшета), он по ней покатится. Для дальнейших действий потребуется придумать код: например, можно запрограммировать шарик так, чтобы он повернулся вокруг своей оси или ускорился. Пока к роботу прилагается оригинальный редактор кода Ozobot, но в скором времени можно будет пользоваться языком программирования Blockly.

Основатель проекта рассказал в интервью Techcrunch: «Дети сегодня стали очень замкнутые, поэтому мы хотели сделать что-то такое, что побудило бы их вернуться в реальный физический мир». Сейчас Ozobot работает на iOS и Android, а полный комплект стоит около $50 (туда входит сам робот, игры, приложения и другие программы).

Project Bloks

Конструктор Project Bloks был разработан Google в партнерстве со студией дизайна IDEO. Используя готовые запчасти, можно создавать различные устройства и проводить эксперименты: сочинять музыку или дистанционно управлять вещами в комнате. Платформа состоит из трех частей: процессора, работающего на основе Raspberry Pi, панели управления и инструментов (например, светодиодных лампочек или аудиопроигрывателя).

Главное достоинство Project Bloks состоит в том, что платформа позволяет не просто нажимать на кнопки и ждать эффекта, но прочувствовать связь между софтом и железом. Например, иконки команд нанесены прямо на физические кнопки, через которые выполняются эти команды. С помощью Project Bloks дети могут создавать алгоритмы для управления различными роботами: к примеру, Lego WeDo 2.0 или Mirobot.

Cubetto

Деревянные кубики – важная часть детства. При желании, из кубиков Cubetto тоже можно строить башни, но отнюдь не только это. Каждый кубик является роботом, умеющим выполнять команды. Предполагается, что программировать Cubetto смогут даже трехлетние дети – те, которые пока не умеют ни читать, ни писать. В набор стоимостью 225 долларов входит деревянный кубик-робот на колесиках, деревянная настольная игра, дополнительные блоки и книжка с заданиями.

Как в языке программирования LOGO, каждый блок представляет собой простую команду: например, вперед, назад, вправо или влево. Дети размещают блоки на игровой площадке, тем самым создавая программу движения робота.

AERobot

Далеко не все школы могут себе позволить приобретение робота. Другое дело, если он стоит всего 11 долларов. Такова примерная цена AERobot — небольшого устройства, оснащённого несколькими датчиками и способного выполнять запрограммированные команды. Его придумали несколько исследователей из Гарварда, увлечённых идеей дать возможность школьникам из развивающихся стран поиграть с настоящим роботом, попутно обучаясь программированию.

Передать код на устройство и зарядить его можно с обычного компьютера через USB. «И никаких лишних рюшечек», - комментирует создатель робота.

Robbo

Создатели Robbo мечтают вдохновлять детей на изучение окружающей среды и решение практических проблем. Устройства выполняют команды пользователя, которые пишутся на визуальном и простом языке программирования Scratch.

Устройства и учебные материалы Robbo уже используются в ряде европейских школ. Компания разработала роботов в сотрудничестве с факультетом педагогического образования Университета Хельсинки и финскими школами.

Root

Робот Root, разработанный в Гарварде – это глазастый шестиугольник, наводящий на мысль о роботах-пылесосах или детях из рассказа Брэдбери. У робота есть сканеры и бамперы, позволяющие передвигаться, следовать заданной траектории и избегать препятствий. Кстати, Root умеет ездить не только по полу, но и по школьной доске, а также рисовать и стирать нарисованное. Для управления роботом нужно установить приложение Square на iPad.

Среда для создания алгоритмов напоминает редактор Scratch: чтобы робот произвел определенное действие, надо выбрать блок с соответствующей командой. В процессе обучения правила игры усложняются – нужно не просто перетаскивать блоки, но самому писать команды. Пока робот находится в доработке, поэтому в магазинах окажется еще не скоро.

Бонус: игра «Битва Големов»

На первый взгляд, «Битва Големов» – это обычная настольная игра, но на самом деле авторы заложили в нее многое. Цели этого российского проекта – обучить детей программированию, зародить в них интерес к робототехнике, посеять начальные знания и дать навыки, необходимые затем для погружения в мир интернет-технологий. Проект совмещает основы алгоритмики, работы с исполнителями, принципы построения и выполнения программ, основные алгоритмические конструкции, пространственное мышление и логику команд для роботов-исполнителей, основы программных конструкций типа условий и циклов. И всё это без использования компьютеров!