XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Робототехника — область науки, создающая роботов для различных областей применения: при производстве автомобилей, строительстве школ, больниц, домохозяйств и др. В автопроме и прочих промышленных секторах роботы-манипуляторы применяются уже не один десяток лет. Однако последние научные достижения в такой области, как искусственный интеллект позволили создать автономных «продвинутых» роботов с разносторонним потенциалом для решения экономических и социальных задач.

Благодаря многочисленным кинолентам в жанре научной фантастики для большинства людей «роботы» ассоциируются в основном с человекоподобными роботами, которые, однако, составляют лишь небольшую часть рассматриваемого направления. Британская энциклопедия определяет робота как «автоматическую машину, выполняющую работу человека». Согласно определению Международной федерации робототехники, «робот — это рабочий механизм, который запрограммирован по нескольким осям с определенной степенью автономности и способен перемещаться в пределах определенной среды, выполняя поставленные перед ним задачи» [1].

В представлении большинства ученых и практиков робот — «любая машина, способная воспринимать окружающую среду и реагировать на нее на основе самостоятельно принимаемых решений» [2]. Ключевым отличием роботов от других машин считается «автономность»: робот способен анализировать окружающую среду, в которой он находится, и адаптироваться под поставленные задачи. Роботы эволюционируют от запрограммированного автоматизма к полуавтономным и более автономным сложным системам. Полностью автономные системы могут действовать независимо и решать задачи без непосредственного участия человека. На основании общего определения, удаленно управляемые устройства не могут рассматриваться как «роботы».

Тем не менее некоторые из них все же являются таковыми. К «дистанционным» робототехническим устройствам относятся роботы телеприсутствия, дистанционно управляемые андроиды, роботизированные хирургические устройства, экзоскелеты и беспилотные летательные аппараты (БПЛА) или «дроны». То же самое касается и некоторых разновидностей игрушек и учебного оборудования.

Полуавтономные устройства частично управляются людьми, однако в отличие от удаленно управляемых предоставляют информацию, которая облегчает операторам выполнение задач и помогает в управлении такими системами. Например, в эту группу входят полуавтоматические устройства, все чаще встраиваемые в автомобили, и некоторые промышленные роботы, требующие получения четких инструкций от оператора.

Полностью автономные устройства способны самостоятельно принимать «решения» в среде своего назначения и выполнять задачи без участия человека. Как правило, они не могут творчески мыслить, хотя и проектируются для непредсказуемых ситуаций, в которых невозможно заранее прописать все варианты исхода.

Рассмотрим процесс создания робота, ищущего выход из лабиринта.

Структура лабиринта, который будет проходить наш робот простейшая это значит, что вход и выход из лабиринта соединены обоими стенами, поэтому робот будет придерживаться принципа правой руки.

На первом этапе необходимо спроектировать данного робота, определить все необходимые детали, использующиеся для сборки, то есть собрать его 3-D модель с помощью LEGO Digital Designer (рис. 1). LEGO Digital Designer — это бесплатная компьютерная программа, позволяющая создавать 3-D модели, используя виртуальные кубики LEGO, в стиле компьютерного проектирования.

Рис. 1. 3-D модель робота.

После того, как был спроектирован внешний вид робота, можно приступить к его сборке по инструкции, сгенерированной в LEGO Digital Designer. Робот собран на базе конструктора LEGO Mindstorms EV3 (рис. 2).

Рис. 2. Собранный робот.

Для правильного функционирования робота напишем код в программе LEGO Mindstorms Education EV3 (рис. 3). LEGO Mindstorms Education EV3 —это ПО, позволяющее программировать созданные робототехнические модели с помощью графического языка программирования LabVIEW, в котором программа состоит из перемещаемых пользователем программных блоков — функций и процедур.

Рис. 3. Код для робота.

Алгоритм действий робота заключается в следующем: пока робот видит с помощью ИК-датчика, закрепленного сбоку, препятствие справа, он движется вперед. Как только справа исчезает препятствие, робот делает остановку, поворачивает вправо и продолжает движение. Если робот заходит в тупик, он делает остановку, разворачивается на 180 градусов и снова начинает движение, и так до тех пор, пока не найдет выход.

Список литературы

Иванов, А. А. Основы робототехники / А.А. Иванов. — М.: Форум, 2012. — 224 c.

Копосов, Д. Г. Первый шаг в робототехнику. 5-6 классы. Практикум / Д.Г. Копосов. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2014. — 292 c.

Костров, Б.В. Искусственный интеллект и робототехника / Б.В. Костров. — М.: Диалог-Мифи, 2011. — 556 c.

Крейг, Дж. Введение в робототехнику. Механика и управление / Дж. Крейг. — М.: Институт компьютерных исследований, 2013. — 564 c.

Удивительная техника. — М.: Эксмо, Наше слово, 2016. — 176 c.