[Робототехника ғажабы] Футуристік болашақтың бастамасы: роботтар қалай жасалынады

«Пән ғажабы неде» жобаның барлық мақалалары
«Робототехника ғажабы» циклдың басқа мақалалары
Алуантүрлі робототехника
Бастан-аяқ робототехника олимпиадалары туралы
Құлтемірлердің бізді құрдымға кетіруге де уақыттары жоқ
Есерсоқ қолдар (robotics edition!)
Робототехника жарымжан жандардың мәселесін қалай шешеді?

Роботтар бұрыннан бері күнделікті өмірде қолданылып келеді, ал олардың жасалуы көптеген себептерден туындайды. Арасындағы ең қарапайымы – жалқаулық, себебі жалқаулық – дамуымыздың қозғалтқышы. Осылайша қолайлылық үшін, басқаша айтқанда адам жалқаулығы нәтижесінде пайда болған роботтардың мысалы ретінде робот-аспаз, робот-шаңсорғыш немесе үй жануарларының қарауылын келтіруге болады.

Роботтардың адам өміріне кіріктірілуі жайлы ойлағанда көпшілік күнделікті өмірді жеңілдету және тұрмыстық істер ауыртпашылығынан айырылуды елестетеді. Алайда роботизацияның негізгі мақсаттарының бірі экстремалдық жағдайларда:адам сенгісіз қысым көрсеткішіне жететін әлемдік мұхит түпкірлерінде, радиация көрсеткіші мүмкін нормалардан мыңдаған есе асатын ғарышта, үздіксіз жарылыс және төтенше жағдайлар қаупі бар химиялық препараттар өндірісінде қауіпті тапсырмаларды орындау үшін адамды алмастыру болып қалатынын ұмытпау жөн. Роботтар экологиялық тазалау жүйелерінен бастап, кардио- және нейрохирургиямен аяқтай отырып жаһандық деңгейдегі мәселелерді шешуде қолданыс тапты.

Бұның барлығы әсерлі естілетіндігі сөзсіз және роботтарды жасау үшін зор ресурстар мен күрделі технологиялар керек деген ойға итермелейді. Шындығына келсек, робот-хирург та, LEGO бөлшектерінен жасалынған және нақты маршрут бойынша жүруге бағдарламаланған қарапайым «терминатор» да біз бұл мақалада қарастыратын бірдей ережелер мен принциптер бойынша жасалынады.

Жұмыс бастамасы

Алғашқы ретте алпауыт зат жасау міндетті емес, LEGO блоктарынан қарапайым робот құрастыру да жеткілікті, ал кейін күрделірек бірдеңе жасау үшін Arduino игеріп көруге болады. Осыдан соң екі механизмді біріктіріп, жанасу, жарық, ультрадыбыс сенсорларын, жаныңыз қалаған затты қосып, біртіндеп күрделі және қиын жұмыстарға дайын роботтар жасауды үйренесіз! Бірақ кез келген роботты жасамас бұрын оның функциялары мен қолдану аясын анықтап алу қажет.

Ол зауыттарда басқару, жылжыту және қозғалту қызметтерін орындайтын өндірістік робот болуы мүмкін. Бұндай роботтардың басты ерекшелігі – осындай кәсіпорындарда жұмыс жасайтын адамдармен салыстырғанда шаршамауы және үзіліс сұрамауы.

Немесе ол гуманоидтық робот болуы мүмкін. Бастапқыда адаммен өмір сүру үшін жасалынған роботтар адам тұрмысына арнайы бейімделуді қажет етпейді (мысалы, дөңгелекті роботтармен салыстырғанда), сондықтан олар артықшылыққа ие екендігі тайға таңба басқандай.

Басқа роботтар және олардың қолданыс аялары туралы «Робототехника ғажабы неде?» циклындағы өткен мақаладан толығырақ оқи аласыздар.

Роботтың функцияларын анықтап алған соң, құрастырудың келесі кезеңдеріне көшуге болады: модельдеу, бағдарламалау және прототиптеу.

3D-модельдеу

Модельдеу мен робототехника – түрлі үрдістерді имитациялау арқылы өмірдің қиын құрылысын түсінуге арналған қуатты құрал. Технологиялар дамыған сайын \(3\)D-модельдеу үшөлшемді графика ұсынатын мүмкіндіктер арқасында үлкен танымалдыққа ие бола бастады. Бұл графика түріндегі шексіз еркіндік шынайы әлемде бар не жоқ заттың барлығын жасау үшін қолайлы: қарапайым білезіктен қол протезіне дейін.

\(3\)D-модельдеу мен робототехника әрдайым бірге жүреді, себебі үшөлшемді графика болашақ механизмдердің нақты модельдерін жасап шығаруға жол ашады, тек бар болғаны өлшемдері мен мақсатын білу жеткілікті. Үшөлшемді графикаға арналған орталарда жеке бөлшектер ғана емес, толық болашақ жобалардың \(3\)D-модельдерін жасауға болады, ал бұл роботтың сыртқы бейнесін жалпы бағалау үшін өте пайдалы. Оған қоса, толық модель көмегімен құрастырудың бастапқы этаптарында бөлшектердің дұрыс орындарын анықтауға болады, бұл оларды бұзылу мен қайта жасалудан сақтауға көмектеседі.

Редакция ұсынады:

Скульптинг үшін ZBrush бағдарламасы дәл келеді, жалпы сантүрлі \(3\)D-модельдеу 3ds Max, Blender, Maya, Mudbox арқылы жасалынады, және де кейбір 3ds Max сияқты орталарда визуализация және анимация функциялары жақсы жүзеге асырылған. Ал инженерлік \(3\)D-модельдеу үшін SolidWorks бағдарламасы керемет құрылғы болып табылады.

Үшөлшемді графика – біздің күрделі өмірімізді модельдей отыра ғылым және өндірісті алдыға жылжытатын зат. Роботтың қажетті бөлшектерін жасаудағы маңызы туралы айтпаса да белгілі. Күн сайын \(3\)D-модельдеу технологияларының сенімділігі мен өзектілігі артуда. Сонымен оларды қазірден бастап меңгеруге неге кіріспеске?

Бағдарламалау

«Роботтарды жасау барысында екі маңызды құрамдас бөлік бар: бір жағынан инженерлік шешімдер мен темір, басқа жағынан софт пен ақпаратты өңдеу. Робототехник болу үшін екі мәселені де түсіне білу керек, себебі екеуі де бірдей маңыздылыққа ие. Роботтар – тек мотор және сенсорлармен жабдықталған сол баяғы компьютерлер. Оларды өмірде жүзеге асырылған информатика деп түсіну керек. Дегенмен, бұл ғылымды меңгеру үшін бағдарламалық қамтамасыздандыруды әзірлеуден бастау керек болады, яғни бағдарламалау тілдерін үйрену қажет деген сөз», – деді RobotAppStore.com негізін қалаушы, RobotsLAB-тағы CEO, IROB (Israeli Robotics Association) құрылтайшысы Эланд Инбер.

Робот құрастыру – оның сыртқы бейнесін жасау дегенді білдіреді, ал роботты бағдарламалау – оның интеллектін жасау деген сөз, себебі бағдарламасыз робот тек қана металл мен пластиктан жасалған, қызметі жоқ әдемі құрылыс болып табылады. Осылайша инженер-робототехниктың басты мақсаты – роботтың әрекеттер алгоритмін ойлап табу және оны бағдарламалау тілінде жазып шығу.

Бүгінгі күнде интерфейс және функционалымен ерекшеленетін көптеген бағдарламалар бар. Робототехника саласында көбінесе C++, Arduino және Python бағдарламалау тілдері қолданылады. Бағдарламалау сатысында робот барлық командаларды дұрыс орындай білу үшін робототехник кодты дұрыс жазуды үйренуі тиіс. Сынамалар мен қателер әдісі – бағдарламалаудағы үздік стратегия, бірақ біздің қолымызда күшті құрал – ғаламтор – бар. Сабақтар, курстар, YouTube-тағы видеолар – бұл ресурстардың барлығы тегін және қолжетімді! Айтпақшы, біз YouTube каналымызда Python бойынша базалық курсты шығардық.

Жоғалған кодты қайта қалпына келтіруде қаншама жүйке жасушаларын амандықта сақтап қалу үшін бағдарламалаушылардан пайдалы кеңес: кодыңызды әр 10 минут сайын сақтап отыру қажет. Және де тізбек бойынша роботтың жұмысындағы қате қайдан шыққанын әрдайым таба алатыныңызды есте сақтаған жөн.

Прототиптеу

Роботтың қолданыс аясы мен мақсатына сәйкес оның функционалы мен жинақтауының талаптарына байланысты жетілдірілетін және нақтыланатын прототип әзірленеді. Прототиптеудің басты мақсаты роботтың функционалдық және эстетикалық сипаттамалары арасындағы тепе-теңдікті және роботтың барлық бөлшектерінің сәйкестігін тексеру болып табылады. Тақта, компьютер немесе детальдарды құрбан етпес бұрын модельды виртуалды ортада сынап көрген жөн.

Tindercard бұрыннан бері \(3\)D-модельдеу және прототиптеуді үйрету үшін қарапайым және тегін орта ретінде белгілі. Оның көмегімен модель жасап, тексеріп, қателерін түзетіп, кейін бірден \(3\)D-баспаға жіберу өте оңай. Жақын арада Tindercard электронды сұлба жасау және оны Arduino виртуалды тақшасының симуляторына жалғау мүмкіндігіне ие болды. Бұл аса маңызды және күшті құралдар жаңа Arduino бағдарламалаушылары үшін жобалау және жаңа сұлба жасау процестерін жеңілдетеді. Бар керегі тұрақты ғаламтор мен браузер!

Tindercard виртуалды ортада жұмыс істеу үшін көптеген мүмкіндіктерге мына құралдардың арқасында жол ашады:

• Порт мониторы мен қадамдық өңдеу мүмкіндігі бар кіріктірілген Arduino өңдеушісі
• Arduino-ны өрбітуге арналған сызбалар және кодтармен бірге ұсынылған дайын жобалар
• Arduino визуалды код редакторы
• Кіріктірілген оқулықтар мен дайын жобалар жиынтығы бар үлкен қоғамдастық
• Құрылғы прототипін виртуалды қуат көзіне жалғап, жұмысын бақылауға болатын электронды сұлбалар симуляторы
• Сенсорлардың көрсеткішін өзгерту және жүйе реакциясын бақылау мүмкіндігі бар сенсорлар мен сыртқы әсер ету құралдарының симуляторы

Бұл қолда бар бөлшектер мен модельдерді құрбан етпей өз біліміңіз бен қабілеттеріңізді тексеру үшін керемет мүмкіндік. Басқаша айтқанда, сіз тәжірибелер жасап көріп, барлық детальдардың орнатылуы мен жалғануының дұрыстығын өз көзіңізбен көре аласыз.

«Робототехника – біздің тұрмысымызды модельдеу үшін жаралған пән», – деп Род Групен (Rod Grupen), Амхерсттағы Массачусетстік университеттің (University of Massachusetts Amherst) Перцепциялық робототехника лабороториясының (Laboratory for Perceptual Robotics) директоры дәл айтты.

Қорытынды

Көріп тұрғандарыңыздай робототехниктар – әмбебап мамандар, бірден бағдарламалаушылар да, инженерлер де болып табылады. Олар роботты жинау мен бағдарламалауды білулерімен қоса, механика теориясының негіздерімен (басқару теориясы), математика мен физикадағы терең түсініктермен таныс.

Прототиптеу идеясынан бастап, тестілеу және соңғы түзетулерді енгізумен аяқтай отырып, робототехниктар жаңа технологияларды сенімділікпен жасайды және алыс, тамаша, жаңашылдық пен инновацияларға толы бағдарлы болашаққа жол ашады!

“Beyond Curriculum” қоры “Пән ғажабы неде” циклы материалдарын “Караван знаний” жобасымен серіктестікте және “Шеврон” компаниясының қолдауымен жариялауда. “Караван знаний” - жетекші қазақстандық және халықаралық сарапшылардың қатысуымен орындалған алдыңғы қатарлы білім тәжірибелерін зерттеу мен талқылау бойынша бастама.

Аударған: Бактиярова Амина

Редактор: Дильназ Жемісбек