Програмиране на роботи. Развитие на роботиката

Разработчик на софтуер андроиди, които работят в пресечната точка на кибернетиката, психология и бихейвиоризма (поведенчески науки) и инженер, съставляващи алгоритми за промишлени роботизирани системи, сред които основните инструменти - висша математика и мехатроника, работа в най-перспективните сектори следващите години - роботиката. Роботите, въпреки сравнителната новост на термина, отдавна са познати на човечеството. Ето само няколко факта от историята на развитието на интелигентни механизми.

Желязните хора Хенри Дроукс

Дори в митовете на древна Гърция се споменават механичните роби, създадени от Хефест за извършване на тежки и монотонни произведения. И първият изобретател и разработчик на хуманоидния робот беше легендарният Леонардо да Винчи. До този ден запазва най-подробните рисунки на италианския гений, описвайки механичен рицар, способен да имитира човешките движения с ръце, крака, глава.

Създаването на първите автоматични механизми с програмен контрол започна в края на XVIota-Йота-Йота век от европейските часовници. Най-много успели в тази област са швейцарските специалисти баща и син Pierre-Jacques и Henri Droux. Те създадоха цяла серия хуманоидни роботи ("писане момче", "draftsman", "музикант") в основата на които контролът определя часовник. В чест на Хенри Дро, в бъдеще всички програмируеми хуманоидни автомати започнаха да се наричат ​​"андроиди".

Началото на програмирането

Основи на програмирането промишлени роботи бяха поставени в зората на деветнадесети век във Франция. Тук бяха разработени първите програми за автоматични текстилни машини (предене и тъкане). Бързо растящата армия на Наполеон имаше нужда от униформи и следователно от тъкани. Изобретателят от Лион, Жакард Жакард, предложи метод за бързо приспособяване на тъкачния стан за производството на различни видове продукти. Често тази процедура изисква огромно количество време, колосални усилия и внимание от страна на целия екип. Същността на иновацията беше да се използват картонени карти с перфорирани дупки. Игли, влизащи в изрязаните места, необходими за изместване на нишките. Промяната на картите бе извършена бързо от оператора на машината: нова ударна карта - нова програма - нов тип плат или модел. Френското развитие се превърна в прототип на модерни автоматизирани системи, роботи с възможност за програмиране.

Идеята, предложена от Жакард, се използва ентусиазирано в автоматичните му устройства от много изобретатели:

• Ръководител на статистическата служба SN Korsakov (Русия, 1832) - в механизма за сравняване и анализиране на идеи.
• математик Чарлз Бабидж (Англия, 1834) - в аналитична машина за решаване на широк кръг от математически проблеми.
• инженер Херман Холерит (САЩ, 1890) - в устройството за съхранение и обработка на статистически данни (таблица). За една бележка: през 1911 г. компанията. Hollerith е обявен за IBM (International Business Machines).

Punch карти бяха основните носители на информация до 60-те години на миналия век.

Какво представлява роботът?

По тяхно име интелигентните машини се дължат на чешкия драматург Карел Чапек. В пиесата "R.U.R.", публикувана през 1920 г., писателят нарече робота изкуствен човек, създаден за тежки и опасни производствени обекти (robota (Чешки) - наказателна служба). И какво отличава робота от механизмите и автоматичните устройства? За разлика от последните, роботът не само ще изпълнява определени действия, сляпото следване на предварително зададената алгоритъм, но е в състояние да работи по-тясно с околната среда и човек (оператор), да адаптира своите функции, когато външните сигнали и условия.

Смята се, че първият действащ робот е проектиран и изпълнен през 1928 г. от американския инженер Р. Уенсли. Хуманоидът "железен интелектуалец" се казва Хърбърт Телевокс. Лаврите на пионерите твърдят и биолога Makoto Nishimura (Япония, 1929) и английския войник Уилям Ричардс (1928). Антропоморфните механизми, създадени от изобретателите, имат подобна функционалност: те са в състояние да преместят крайници и глави, да изпълняват гласови и звукови команди, да отговарят на прости въпроси. Основната цел на устройствата бе демонстрирането на научни и технологични постижения. Друг кръг от технологични разработки позволи създаването на първите промишлени роботи в близко бъдеще.

Поколение след поколение

Развитието на роботиката е непрекъснат, прогресивен процес. Понастоящем са създадени три отделни поколения "умни" машини. Всяка от тях се характеризира с определени показатели и сфери на приложение.

Първото поколение роботи е създадено за тесен тип дейност. Машините могат да изпълняват само определена последователност от операции. Устройствата за управление на роботи, веригите и програмирането практически изключват автономна работа и изискват създаването на специално технологично пространство с необходимото допълнително оборудване и информационни и измервателни системи.

Машините от второ поколение се наричат ​​сенсибилизирани или адаптивни. Роботите се програмират, като се отчита голям брой външни и вътрешни датчици. Въз основа на анализа на информацията, идваща от сензорите, се генерират необходимите контролни действия.

И накрая, третото поколение - интелигентни роботи, способни да:

• Обобщава и анализира информацията,
• Да се ​​усъвършенства и самоучи, да натрупа умения и знания,
• Разпознаване на изображения и промени в ситуацията и в съответствие с това, изграждане на работата на тяхната изпълнителна система.

Основата на изкуствения интелект е алгоритмична и софтуерна.

Обща класификация

На всяка представителна модерна изложба на роботи, разнообразието от "умни" машини може да удари не само обикновените хора, но и специалистите. И какви са роботите? Най-общата и съществена класификация е предложена от съветския учен АЕ Кобрински.

Чрез определянето и изпълняваните функции на роботите са разделени на промишлено-промишлени и научни изследвания. Първият, в зависимост от естеството на извършената работа, може да бъде технологичен, повдигащ и транспортен, универсален или специализиран. Изследванията са предназначени за изучаване на области и сфери, които са опасни или недостъпни за хората (космическото пространство, земната недра и вулканите, дълбоководните слоеве на световния океан).

Според вида на управлението, биотехнологиите (копиране, екип, cyborgs, интерактивни и автоматични) могат да бъдат разграничени според принципа - строго програмируеми, адаптивни и гъвкаво програмируеми. Бързото развитие на модерната микропроцесорна технология предоставя на разработчиците почти неограничени възможности в дизайна на интелигентни машини. Но едно отлично решение за верига и дизайн ще служи само като скъпа черупка без подходящ софтуер и алгоритмична поддръжка.

Основи на програмните роботи

За да може силиконовият микропроцесор да поеме функциите на мозъка на робота, е необходимо да се "излее" подходящата програма в кристала. Нормалният език на човека не е в състояние да осигури ясна формализация на задачите, точността и надеждността на тяхната логическа оценка. Следователно, изискваната информация е представена в специфична форма, използвайки езици за програмиране на роботи.

В съответствие със задачите на ръководството, се разграничават четири нива на този специално създаден език:

• Най-ниското ниво се използва за управление на изпълнителните механизми под формата на точни стойности на линейно или ъглово преместване на отделните връзки на интелигентната система,
• Нивото на манипулатора позволява да се извърши цялостно управление на цялата система, позициониране на работната част на робота в координатната област,
• Нивото на операциите служи за формиране на работна програма, като се посочва последователността на необходимите действия за постигане на конкретен резултат.
• На най-високо ниво - задачи - програмата без подробности показва какво трябва да се направи.

Роботиците се стремят да намалят програмирането на роботите, за да комуникират с тях на езици на по-високо ниво. В идеалния случай операторът задава задачата: "Изградете двигателя с вътрешно горене на автомобила" и очаква роботът да завърши задачата.

Езикови нюанси

В съвременната роботика, програмирането на роботите се развива по два вектора: робот ориентирани и проблематични ориентирано програмиране.

Най-често срещаните робот ориентирани езици са AML и AL. Първата е разработена от IBM само за да управлява интелектуалните механизми на собственото си производство. Втората - продукт на специалисти от Станфордския университет (САЩ) - активно се развива и оказва значително влияние върху формирането на нови езици от този клас. Професионалистът лесно разпознава на езика характеристиките на Pascal и Algol. Всички езици, фокусирани върху роботите, описват алгоритъма като поредица от действия на "интелигентния" механизъм. В тази връзка програмата често излиза много тромава и неудобна за практическото прилагане.

При програмирането на роботи в проблемни езици програмата показва последователността от действия, а не цели или междинни елементи на обекта. Най-популярен в този сегмент е езикът AUTOPASS (IBM), в който състоянието на работната среда е представено под формата на графики (върхове - обекти, дъги - връзки).

Обучение на роботи

Всеки модерен робот е учебна и адаптивна система. Цялата необходима информация, включително знания и умения, се прехвърля в нея в процеса на обучение. Това се прави, тъй като директно влизане в памет на процесора съответните данни (подробно за програмиране - вземане на проби) и с помощта на робот сензори (метод демонстрират) - всичко това движение и движението на механизмите за робот, съхранявани в паметта и след това да се възпроизвеждат в работния цикъл. Обучението, системата възстановява параметрите и структурата си, формира информационен модел на външния свят. Това е основната разлика между роботите от автоматизирани линии, индустриалните автоматични машини с твърда структура и други традиционни средства за автоматизация. Изброените методи за обучение имат значителни недостатъци. Например, по време на вземането на проби, преконфигурирането изисква определено време и труд на квалифициран специалист.

Тя изглежда много обещаващо програма за програмиране на роботи, предоставени от разработчиците лаборатория по информационни технологии в Масачузетския технологичен институт (MIT CSAIL) на международна конференция ICRA-2017 Индустриална автоматизация и роботика (Сингапур). Създадената от C-LEARN платформа има предимствата и на двата метода. Тя осигурява библиотека на елементарните движения на робота с дадените ограничения (например захващане сила на манипулатора в съответствие с формата и детайлите на скованост). В същото време операторът демонстрира движенията на роботните ключове в триизмерния интерфейс. Системата, базирана на задачата в ръка, представлява последователност от операции за изпълнение на работния цикъл. C-LEARN ви позволява да презапишете съществуваща програма за робот с различен дизайн. Операторът не изисква задълбочено познаване на програмирането.

Роботика и изкуствен интелект

Специалистите от Оксфордския университет предупреждават, че през следващите две десетилетия компютърните технологии ще заменят повече от половината от днешните работни места. Всъщност роботите отдавна работят не само в опасни и трудни райони. Например, програмирането на търговските роботи значително пренасили хората-брокери на световните борси. Няколко думи за изкуствения интелект.

Според филистимеца това е антропоморфно робот, който може да замести човек в много сфери на живота. Частично, но по-изкуственият интелект е независим отрасъл на науката и технологиите, с помощта на компютърни програми, моделиране на мисленето "Homo sapiens", работата на мозъка му. На настоящия етап на развитие AI помага на хората повече, забавлява ги. Но според експерти по-нататъшният напредък в областта на роботиката и изкуствения интелект може да предложи на човечеството редица морални, етични и правни въпроси.

Тази година, на роботното шоу в Женева, най-съвършената андроида София заяви, че се учи да бъде човек. През октомври София за първи път в историята на изкуствения интелект бе призната като гражданин на Саудитска Арабия с пълни права. Първата лястовичка?

Основните тенденции в роботиката

През 2017 г. експертите в цифровата индустрия отбелязват няколко изключителни решения в областта на технологиите за виртуална реалност. Роботиката също не остана настрана. Много обещаващо е посоката за подобряване на контрола на сложния ромео механизъм чрез виртуална каска (VR). Експертите прогнозират търсенето на такива технологии в бизнеса и индустрията. Възможни сценарии за използване:

• Управление на безпилотно оборудване (складови товарачи и манипулатори, дрони, ремаркета),
• Провеждане на медицински изследвания и хирургически операции,
• Разработване на труднодостъпни обекти и райони (океански под, полярни райони). В допълнение, програмирането на роботите им позволява да извършват автономна работа.

Друга популярна тенденция е свързана с колата. Съвсем наскоро представители на гигантския Apple съобщиха за пускането на своя "дроун". Все повече компании изразяват интереса си към създаването на машини, които могат да се движат независимо по протежение на кръстовините, като запазват товари и оборудване.

Увеличаващата се сложност на алгоритмите за програмиране на роботи и машинни учебни заведения увеличава изискванията към компютърните ресурси и следователно към хардуера. Очевидно най-добрият начин в този случай ще бъде свързването на устройства към инфраструктурата на облака.

Важна посока е когнитивната роботика. Бързото нарастване на броя на "интелигентните" машини прави разработчиците все повече да мислят как да научат роботите да взаимодействат безпроблемно.