Programování robotů. Vývoj robotiky

vývojáře softwaru androidi, pracující na křižovatce kybernetiky psychologie a behaviorismu (behaviorální vědy) a inženýr, představující algoritmus pro průmyslové robotických systémů, z nichž hlavní nástroje - vyšší matematiky a mechatronika, práce v nejslibnějších sektorů příštích let - robotiky. Roboti, navzdory srovnatelné novosti termínu, jsou lidem již dlouho obeznámeni. Zde je jen několik faktů z historie vývoje inteligentních mechanismů.

Lidé železa Henri Droux

Dokonce i v mýtech starobylého Řecka se zmínily mechanické otroky, které vytvořil Hephaestus pro vykonávání těžkých a monotónních prací. A prvním vynálezcem a vývojářem humanoidního robota byl legendární Leonardo da Vinci. Až dodnes zachoval nejpodrobnější výkresy italského génia, popisující mechanického rytíře, schopného napodobovat lidské pohyby rukama, nohama, hlavou.

Vytvoření prvních automatických mechanismů s programovou kontrolou bylo zahájeno na konci století XVIota-Iota-Iota evropskými hodináři. Většina z nich získala v tomto oboru švýcarské specialisty otec a syn Pierre-Jacques a Henri Droux. Vytvořili celou sérii humanoidní roboty ("psaní chlapec", "navrhovatel", "hudebník") v jehož základě byla položena hodinka. Na počest Henri Dro, v budoucnu, se všechny programovatelné humanoidní automaty začaly nazývat "androidy".

Počátky programování

Základy programování průmyslové roboty byly položeny na úsvitu devatenáctého století ve Francii. Zde byly vyvinuty první programy pro automatické textilní stroje (spřádání a tkaní). Rychle rostoucí armáda Napoleona byla v zoufalé potřebě uniformy, a tudíž i tkání. Vynálezce z Lyonu, Jacquard Jacquard, navrhl metodu pro rychlé přizpůsobení tkalcovského stavu pro výrobu různých typů výrobků. Často tento postup vyžadoval obrovské množství času, obrovské úsilí a pozornost celého týmu. Podstatou inovace bylo použití kartónových karet s perforovanými otvory. Jehly, které se dostanou do vyříznutých míst, které jsou nezbytné k přemístění nití. Změnu karet rychle provedl provozovatel stroje: nová raznice - nový program - nový typ tkaniny nebo vzoru. Francouzský vývoj se stal prototypem moderních automatizovaných systémů, roboty s možností programování.

Myšlenka navržená Jacquardem byla s nadšením použita ve svých automatických zařízeních mnoha vynálezci:

• Vedoucí statistického úřadu SN Korsakov (Rusko, 1832) - v mechanismu pro porovnávání a analýzu myšlenek.
• Matematik Charles Babbage (Anglie, 1834) - v analytickém stroji pro řešení široké škály matematických problémů.
• Inženýr Herman Hollerith (USA, 1890) - v zařízení pro ukládání a zpracování statistických dat (tabulátor). Za poznámku: v roce 1911 společnost. Společnost Hollerith byla jmenována IBM (International Business Machines).

Punch karty byly hlavními nositeli informací až do 60. let minulého století.

Co je to robot?

Jejich jméno, inteligentní stroje jsou kvůli českému dramatikovi Karlu Čapkovi. Ve hře "R.U.R.", která byla vydána v roce 1920, spisovatel nazval robota umělý člověk vytvořený pro těžké a nebezpečné výrobní místa (robota (Česky) - trestní otroctví). A co odlišuje robota od mechanismů a automatických zařízení? Na rozdíl od posledně, bude robot vykonávat nejen určité akce, slepě následovat přednastaveného algoritmu, ale je schopna těsněji spolupracovat s prostředím a tato osoba (operátor), přizpůsobit své funkce, když externí signály a podmínky.

Předpokládá se, že první pracovní robot byl navržen a realizován v roce 1928 americký inženýr R. Wensley. Humanoidní "železný intelektuál" byl jmenován Herbert Televox. Na vavříny průkopníků nárokovány jako biolog Makoto Nishimura (Japonsko, 1929) a anglického vojáka William Richards (1928). Vynálezci antropomorfní mechanismy mají podobné funkce: byli schopni přesunout končetiny a hlavu, provádět hlasové a zvukové tým odpovědi na jednoduché otázky. Hlavním účelem zařízení bylo prokázání vědeckých a technologických úspěchů. Další kolo technologického rozvoje umožnilo v blízké budoucnosti vytvořit první průmyslové roboty.

Generování po generaci

Vývoj robotiky je nepřetržitý progresivní proces. Nyní byly vytvořeny tři odlišné generace "inteligentních" strojů. Každý z nich je charakterizován určitými ukazateli a oblastmi použití.

První generace robotů byla vytvořena pro úzkou činnost. Stroje jsou schopny provádět pouze naprogramovanou sekvenci operací. Řídicí zařízení robotů, obvody a programování prakticky vylučují autonomní provoz a vyžadují vytvoření zvláštního technologického prostoru s potřebnými doplňkovými zařízeními a informačními a měřicími systémy.

Stroje druhé generace se nazývají senzibilizované nebo adaptivní. Roboty jsou naprogramovány s ohledem na velké množství externích a interních snímačů. Na základě analýzy informací pocházejících ze snímačů se generují potřebné kontrolní akce.

A konečně třetí generace - inteligentní roboty, které jsou schopné:

• Shrnout a analyzovat informace,
• Chcete-li zlepšit a učit se sama sebe, hromadit dovednosti a znalosti,
• Rozpoznat obrazy a změny situace a v souladu s tím postavit práci jejich výkonného systému.

Základem umělé inteligence je algoritmus a software.

Obecná klasifikace

Na každé reprezentativní moderní výstavě robotů mohou různé "inteligentní" stroje zasáhnout nejen obyčejné lidi, ale i odborníky. A co jsou roboty? Nejobecnější a podstatnější klasifikaci navrhl sovětský vědec AE Kobrinsky.

Díky určení a vykonávaným funkcím robotů jsou rozděleny na průmyslově-průmyslové a výzkumné. Prvním, v souladu s povahou vykonávané práce, mohou být technologie, zvedání a doprava, univerzální nebo specializované. Výzkum je zaměřen na studium oblastí a sfér, které jsou pro člověka nebezpečné nebo nepřístupné (kosmický prostor, suchozemské podloží a sopky, hlubinné vrstvy světového oceánu).

Podle typu hospodaření lze rozlišit biotechnologie (kopírování, tým, kyborgové, interaktivní a automatické), v souladu s principem - pevně naprogramované, adaptivní a programovatelným flexibilitu. Rychlý rozvoj moderní mikroprocesorové techniky poskytuje vývojářům téměř neomezené možnosti pro navrhování inteligentních strojů. Ale vynikající obvodové a konstrukční řešení bude sloužit jen jako drahá skořepina bez příslušného softwaru a algoritmické podpory.

Základy programování robotů

Křemíkový mikroprocesor byl schopen převzít funkce mozku robota, je nutné "nasytit" příslušný program do krystalu. Normální lidský jazyk není schopen poskytnout jasnou formalizaci úkolů, přesnost a spolehlivost jejich logického hodnocení. Požadované informace jsou proto prezentovány v konkrétní formě pomocí programovacích jazyků robotů.

V souladu s úkoly řízení jsou rozlišeny čtyři úrovně tohoto speciálně vytvořeného jazyka:

• Nejnižší úroveň se používá pro ovládání pohonů ve formě přesných hodnot lineárního nebo úhlového posunutí jednotlivých spojů inteligentního systému,
• Úroveň manipulátoru umožňuje provést celkovou kontrolu celého systému, umístit robotovu pracovní část do souřadnicového prostoru,
• Úroveň operací slouží k vytvoření pracovního programu s uvedením pořadí nezbytných kroků k dosažení konkrétního výsledku.
• Na nejvyšší úrovni - úkoly - program bez podrobností naznačuje, co je třeba udělat.

Robotika se snaží omezit programování robotů, aby s nimi komunikovali v jazycích vyšší úrovně. V ideálním případě provozovatel nastaví úkol: "Postavte motor s vnitřním spalováním automobilu" a očekává, že robot dokončí úkol.

Jazykové nuance

V moderní robotice se programování robotů vyvíjí podél dvou vektorů: robotově orientovaný a problematický orientované programování.

Nejběžnějšími jazyky zaměřenými na roboty jsou AML a AL. První byl vyvinut společností IBM pouze k řízení intelektuálních mechanismů vlastní výroby. Druhý - produkt odborníků z Stanfordské univerzity (USA) - se aktivně rozvíjí a má významný dopad na formování nových jazyků této třídy. Profesionál snadno rozpozná v jazyce charakteristiky Pascalu a Algolu. Všechny jazyky zaměřené na roboty popisují algoritmus jako posloupnost akcí "inteligentního" mechanismu. V tomto ohledu program často vychází z velmi těžkopádných a nepohodlných praktických výsledků.

Při programování robotů v jazycích orientovaných na problémy program indikuje sled činností, nikoliv cílů nebo mezilehlých položek objektu. Nejoblíbenějším v tomto segmentu je jazyk AUTOPASS (IBM), ve kterém je stav pracovního prostředí zastoupen ve formě grafů (vrcholy - objekty, oblouky - odkazy).

Tréninkové roboty

Každý moderní robot je učební a adaptivní systém. Veškeré potřebné informace, včetně znalostí a dovedností, jsou do něj převedeny v průběhu školení. To se provádí přímým zadáním v paměti procesoru odpovídající data (podrobně programování - odběr vzorků) a pomocí robotu senzorů (metoda prokázat) - veškerý pohyb a pohyb mechanismů, robotů, uložených v paměti a pak uveden v pracovním cyklu. Učení, systém přestavuje jeho parametry a strukturu, tvoří informační model vnějšího světa. To je hlavní rozdíl od robotů automatizované výrobní linky, pracovní stroje s tuhou konstrukcí a jiných tradičních automatizačních prostředků. Uvedené výcvikové metody mají významné nedostatky. Například při odběru vzorků vyžaduje rekonfigurace určitý čas a práci kvalifikovaného odborníka.

Vypadá to velmi slibný program pro programování robotů, poskytována vývojáři Laboratoře informačních technologií na Massachusetts Institute of Technology (MIT CSAIL) na mezinárodní konferenci ICRA-2017 průmyslová automatizace a robotika (Singapur). Platforma C-LEARN, kterou vytvořili, má výhody obou metod. Poskytuje knihovnu základních pohybů robota s uvedenými omezeními (např potřebnou silou na manipulátoru v souladu s formou a podrobnosti o tuhosti). Současně operátor demonstruje pohyby klíče robota v trojrozměrném rozhraní. Systém, založený na úkolu v ruce, tvoří řadu operací pro provádění pracovního cyklu. C-LEARN umožňuje přepsat stávající program pro robota jiného designu. Provozovatel nevyžaduje hluboké znalosti programování.

Robotika a umělá inteligence

Odborníci z Oxfordské univerzity varují, že v příštích dvou desetiletích počítačová technologie nahradí více než polovinu dnešních pracovních míst. Roboty již dlouho pracují nejen v nebezpečných a obtížných oblastech. Například programování obchodních robotů výrazně přeplňovalo lidi-makléři na světových burzách. Několik slov o umělé inteligenci.

Podle filistina je to antropomorfní robot, který může nahradit osobu v mnoha sférách života. Částečně tak, ale umělá inteligence je nezávislou vědní a technologickou vědou a technologií, pomocí počítačových programů, modelování myšlení "Homo sapiens", práce jeho mozku. V současné fázi vývoje AI pomáhá lidem víc, baví je. Ale podle odborníků může další pokrok v oblasti robotiky a umělé inteligence před lidstvem předložit řadu morálních, etických a právních otázek.

Letos na výstavě robotů v Ženevě se nejdokonalejší android Sophia říká, že se učí být člověkem. V říjnu byla Sofia poprvé v historii umělé inteligence uznána za občana Saúdské Arábie s plnými právy. První vlaštovka?

Hlavní trendy robotiky

V roce 2017 odborníci na digitální průmysl zaznamenali několik vynikajících řešení v oblasti technologií virtuální reality. Robotika také nezůstala stranou. Velmi nadějný je směr zlepšení kontroly komplexního robomechanismu prostřednictvím virtuální přilby (VR). Odborníci předpovídají poptávku po těchto technologiích v podnikání a průmyslu. Možné scénáře využití:

• Řízení bezpilotních zařízení (skládkové nakladače a manipulátory, drony, přívěsy),
• Vedení lékařského výzkumu a chirurgických operací,
• Vývoj těžko přístupných objektů a oblastí (oceánová podlaha, polární oblasti). Kromě toho programování robotů umožňuje provádět autonomní práci.

Dalším oblíbeným trendem je spojeno auto. Nedávno zástupci obrovského Apple oznámili uvedení svého "drone". Stále více společností vyjadřuje svůj zájem o vytváření strojů, které se mohou pohybovat nezávisle na křížení kolejí, při zachování nákladů a vybavení.

Rostoucí složitost algoritmů pro programování robotů a strojních učebních míst zvyšuje nároky na výpočetní prostředky a následně na "hardware". Zřejmě bude nejlepším řešením v tomto případě připojení zařízení k cloudové infrastruktuře.

Důležitým směrem je kognitivní robotika. Rychlý nárůst počtu "inteligentních" strojů činí vývojářům stále více přemýšlet o tom, jak naučit roboty vzájemně komunikovat bez problémů.