Как начать программировать для робототехники

В этой статье мы расскажем о программировании, основных языках и о том, как начать работу с такими инструментами, как Arduino и Raspberry Pi.

Поделиться этим постом

Программирование – это ключевой навык, который необходимо развить для работы в робототехнике. В этой статье мы расскажем о программировании, основных языках и о том, как начать работу с такими инструментами, как Arduino и Raspberry Pi.

Что такое компьютерная программа?

Роботы обрабатывают данные датчиков, выполняют познавательную деятельность и планируют действия с помощью компьютерных программ, которые выполняются на процессоре. Компьютерные программы – это, по сути, набор инструкций, которые действуют на входе и производят выходной сигнал.

Пример: программа распознавания лиц в роботе будет: 1. принимает на вход изображение человека, 2. сканирует изображение на наличие определенного набора признаков, 3. сравнивает эти признаки с библиотекой известных лиц, 4. находит совпадение, затем 5. выдает имя человека. Программа будет выполнять точно такой же набор инструкций при каждом запуске.

Хотите учиться дальше?

Построение будущего с помощью роботов

Большинство языков программирования написаны обычным текстом, который легко понять человеку. Затем программы компилируются в машинный код для выполнения процессором (или байт-код для выполнения виртуальной машиной).

Языки программирования

Существует множество языков программирования, например, C/C++, Java, Fortran, Python и др. Наиболее популярным языком в робототехнике, вероятно, является C/C++ (C++ является объектно-ориентированным преемником языка C). Python также очень популярен из-за его использования в машинном обучении, а также потому, что его можно использовать для разработки пакетов ROS – см. ниже.

• Robot Operating System (ROS) – это набор программных библиотек и инструментов, которые помогают создавать приложения для роботов. Вы также можете писать собственные программы для ROS, например, на C/C++ или Python.
• Matlab используется для анализа данных и сопрягается с ROS (также Octave – бесплатный аналог Matlab с открытым исходным кодом, доступный здесь).

Программирование на языке Си и микроконтроллер Arduino

Язык C/C++ является одним из наиболее широко используемых языков программирования в робототехнике. Микроконтроллер Arduino использует язык программирования, основанный на C, и это отличный способ изучить основы этого важного языка, занимаясь практической робототехникой.

_{Микроконтроллер Arduino MEGA 2560. На самом деле микроконтроллер – это просто большой чип в центре Arduino – это компонент, который вы программируете: высокоуровневый код, который вы пишете, компилируется в машинный код, который встроен в этот чип. Штырьки сверху и снизу предназначены для подключения устройств ввода, таких как датчики, и устройств вывода, таких как двигатели.}

Базовый Arduino (Uno) стоит около 19 евро, а среду разработки программ можно бесплатно загрузить с сайта Arduino, где вы также найдете множество примеров проектов и учебников.

Python и Raspberry Pi

Python – полезный язык для изучения, поскольку он широко используется в компьютерных науках и машинном обучении. Python – это язык, который используется в Raspberry Pi. Это делает его очень актуальным для робототехники, поскольку с помощью Raspberry Pi можно управлять роботом.

Фонд Raspberry Pi Foundation разработал ряд бесплатных онлайн-курсов для обучения использованию Raspberry Pi в робототехнике. Посетите страницу их партнера для получения дополнительной информации и ссылок на курсы.

_{Raspberry Pi 3, модель B. Raspberry Pi похож на обычный ПК, но гораздо меньше. Этот Raspberry Pi 3 имеет четырехъядерный процессор ARM с частотой 1,2 ГГц, Ethernet, беспроводную связь, Bluetooth, HDMI и 4 порта USB.}

В чем различия между Arduino и Raspberry Pi?

Arduino и Raspberry Pi оба полезны для проектов по робототехнике, но имеют некоторые важные различия.

Arduino

Arduino – это микроконтроллер, который похож на простой компьютер, но запускает и зацикливает одну программу, написанную вами на компьютере. Эта программа компилируется и загружается в микроконтроллер в виде машинного кода. Arduino хорошо подходит для низкоуровневого управления роботами и имеет такие функции, как аналого-цифровое преобразование для подключения аналоговых датчиков.

Raspberry Pi

Raspberry Pi (RPi) похож на обычный ПК и поэтому более универсален, чем Arduino, но не имеет таких функций, как аналого-цифровое преобразование. RPi работает под управлением операционной системы Linux (обычно Raspian). К RPi можно подключить клавиатуру, мышь и монитор, а также периферийные устройства, такие как камера – очень полезно для робототехники. (Благодаря тому, что RPi работает под управлением Linux, вы также можете установить ROS, хотя это может быть немного сложно в настройке).

Если вы хотите узнать больше о программировании для робототехники, посмотрите полный онлайн-курс от Университета Шеффилда, приведенный ниже.