Как сделать робота из компьютера

Обновлено: 02.07.2024

Технология RPA с каждым днем набирает популярность. Сегодня фраза «написать робота» уже мало кого удивляет. Более того, для этой несложной задачи достаточно базовых навыков программирования. А в сочетании с хорошо выбранной платформой, дополненной машинным обучением, процесс создания робота будет состоять из набора последовательных шагов. Расскажу о них подробнее.

RPA — удобное и надежное решение для автоматизации процессов. В современных платформах с каждым обновлением увеличивается и модернизируется функционал. Для создания роботов требуется все меньше навыков программирования.

К примеру, ведущий российской разработчик программного обеспечения для роботизации бизнес-процессов, компания Pix Robotics, дополнила свою платформу PIX RPA модулем машинного обучения Machine Learning (ML). Machine Learning — класс методов искусственного интеллекта, характерной чертой которых является способность к самостоятельному обучению путем решения множества сходных задач. В нашем случае именно ML позволяет роботам самостоятельно работать с информацией, используя инструменты аналитики. Преимуществом использования ML является возможность написать робота, имея только входные данные.

Для того, чтобы получился «правильный» робот (оптимальный в плане выполнения задачи и затрат на разработку, корректный, долгосрочный) в большинстве случаев достаточно сделать 5 основных шагов:

Выберите процесс, подходящий для автоматизации. Для этого есть ряд критериев. Рассмотрим основные:

Процесс, основанный на правилах (алгоритмизируемый)

Процесс должен осуществляться в соответствии с заранее известной логикой.

Последовательность действий сотрудника, являющаяся процессом, должна систематически повторяться.

Автоматизируемый процесс должен быть способен выполняться без участия человека.

Составьте схемы «Как есть» и «Как будет» для выбранного процесса. В схеме «Как есть» перечислите действия сотрудника на данный момент, т.е. до автоматизации. Например:

В схеме «Как будет» отобразите процесс после автоматизации. Блоков, где необходимо вмешательство человека, может не быть, но встречаются и случаи, когда участие сотрудника необходимо. Пример простейшей схемы «Как будет»:

Составьте архитектуру робота. Лучше разбивать участки процесса на отдельные блоки, чтобы использовать их повторно вызовом этих блоков, а не копированием. Старайтесь, чтобы каждый блок выполнял свой функционал, не пересекаясь с функционалами других блоков. Благодаря такому подходу вы сможете видеть весь процесс и избежите ошибок, следствием которых могут стать неоптимальность, длительная разработка, переделывание, корректировки.

Теперь можно смело приступать к разработке робота. Опираясь на архитектуру из 3 шага, начните с малых подпроцессов. Держите в голове участки, где возможны ошибки. Настройте оповещения об ошибках.

Вы почти у цели! Заключительный этап включает в себя полный цикл тестирования робота. Для этого подавайте на него различные варианты входных данных. Не лишним будет и проверить работу робота, используя заведомо неверные данные.

Эта статья расскажет вам, как сделать самого простого робота. Он будет обнаруживать препятствия, и избегать их. Это отличный проект, для тех, кто еще не знает, что такое Arduino и хочет сделать своего первого робота.

Почему именно робота? Это отличный способ научиться программированию Arduino или, к примеру, узнать как работает драйвер электродвигателя. Ну и, кроме того, это приятное ощущение, когда вы строите своего первого робота, пусть и самого простого.

Почему именно комплект Ultrasonic Smart Car Kit-49.42? Если Вы делаете первые шаги в Arduino, то вы не знаете еще многих вещей. К примеру, что такое H-мост или, где приобрести сенсоры, электродвигатели. А в этом конструкторе есть уже все. И все, что вам надо будет это установить на компьютер Arduino IDE (прочитать об установке и скачать можно здесь работа с Arduino IDE ) , бокорезы, отвертка, несколько пластиковых стяжек.
Что такое Arduino IDE? Это бесплатная среда программирования, которая может работать под Windows, Mac OS и Linux. Программы пишутся на C++ с небольшими дополнениями для управления контактами ввода/вывода. Так, что если опыт в программировании на С есть, Вы быстро во всем разберетесь, если же его нет - научиться не долго.
Итак, что вам понадобится:
Один комплект Ultrasonic, можно приобрести на Aliexpress или GearBest Ultrasonic Smart Car

Две пластиковые стяжки, чтобы закрепить ультразвуковые сенсоры

6 батарей или аккумуляторов по 1.5в, или один на 6в

Что входит в набор конструктора:
- Сама плата Arduino.
- Драйвер моторов
- Моторы
- Ультразвуковые сенсоры
- Пластиковые детали, чтобы собрать шасси и соединить колеса с сервоприводом.
- Провода, кабель usb.

- Держатели под батареи.
- Заднее поворотное колесо на шарикоподшипнике, передние ведущие колеса

Роботы заменяют людей на производстве и в быту, трудятся в опасных условиях. Андроиды, напоминающие человека, работают, как правило, в качестве промоутеров, а промышленные машины настроены на точное выполнение функций. Их разработкой занимаются специалисты.

Домашних же мастеров интересует вопрос, как сделать робота из подручных средств. Оригинальные механизмы можно сконструировать самостоятельно и запрограммировать на реализацию несложных задач.

Робот, реагирующий на источник света

Для быстрого сбора механизмов используются предметы, которые можно найти дома. Это моторчики и батарейки из детских игрушек, проволока, солнечные аккумуляторы от старых калькуляторов, светодиоды. Дополнительно потребуются фиксаторы (клей, изолента), отвертка и другие инструменты из домашней мастерской.

Необходимые инструменты и детали

При сборке конструкции простого робота своими руками потребуются:

Для проделывания отверстий на картоне потребуется шило, а фиксатором элементов послужит термопластичный клей (из термопистолета). Для работы также понадобится паяльник и жесткая проволока, которую заменит разогнутая скрепка.

Процесс сборки

Готовые детали следует разложить на рабочем столе и включить паяльник. Первоначально собирают плату, для чего подготавливают текстолитовую или картонную основу со сторонами от 4 до 5 см. На ней должна уместиться схема, батарейки, двигатели и крепеж переднего колеса.

Первоначально запаивают датчики с учетом полярности подсоединения фотодиодов и фототранзисторов. Их размещают по углам платы с одного края, располагая так, чтобы они смотрели в разные стороны. Это передняя часть робота, его «глаза».

Поодаль от переднего края фиксируют транзисторы, запаивая их так, чтобы маркировка располагалась на стороне правого колеса.

К 3 соединенным батарейкам подпаивают провода и определяют на плате 2 точки их схождения (плюс и минус). Удобно продеть в края платы витую пару, запаять концы к транзисторам и датчикам, вывести петлю и к ней подпаять батарейки.

Двигатели устанавливают в конце шасси с противоположной стороны платы. Управляющий моторчик крепят напротив управляемой системы. Это необходимо, чтобы робот поворачивался на свет.

Сборку электрики начинают от отрицательного полюса батарейки к положительному контакту по всей схеме. Взяв часть витой пары, припаивают отрицательный контакт датчиков к минусу батарей, и в это же место добавляют коллекторы транзисторов.

Второй фотоэлемент припаивают небольшим куском провода к транзисторной базе. Остальные ножки присоединяют к моторчикам. Для проверки правильности сборки используют тестер полярности напряжения.

После сборки проводят тестирование. Для этого включают схему и подносят ее к источнику света, поворачивая сначала одним, затем другим чувствительным элементом.

Когда все сделано правильно, двигатели на плате вращаются, меняя скорость в зависимости от степени освещения.

Далее осуществляют сборку устройства. Первым делом изготавливают боковые колеса, склеив крышки между собой полой частью внутрь. Для их фиксации просверливают небольшые отверстия, используя миниатюрную дрель с насадками. В колесо продевают проволоку (бывшую скрепку) и закрепляют ее концы между фотодатчиками на плате.

На последнем этапе проверяют работу механизма, используя источники освещения разной интенсивности. Колеса робота должны ехать вперед. Если система работает, зафиксированные на плате моторчики и батарейки закрепляют термоклеем.

После приступают к изучению возможностей робота и расширению его функционала. Например, ставят задачу, чтобы он ездил по заданной траектории.

Робот, различающий препятствия

Перед сборкой интеллектуального устройства обдумывают его внешний вид и принцип передвижения. Оптимальный вариант – использование гусеничной цепи (как в танке).

Такими роботами легче управлять, и они способны передвигаться по любому типу поверхности. Снять гусеницы, моторчик и редуктор можно с игрушечного танка.

Инструменты и запчасти

Перед созданием робота следует подготовить:

микроконтроллер (ATmega 16 в корпусе Dip-40);
керамические конденсаторы 0,1 мкФ, 1 мкФ, 22 пФ;
резисторы на 25 Вт номиналом 10 кОм (1 единицу) и 220 Ом (4 штуки);
диод 1N4004;
L7805 в корпусе ТО-220;
паяльник;
инфракрасные диоды (2 шт.);
фототранзисторы, способные реагировать на длину ик-лучей;
резонатор кварцевый на 16 МГц;
мультиметр;
радиодетали;
гусеницы и мотор от игрушечного экскаватора, танка.

Работа с платой

Для обеспечения питания микроконтроллера подбирают стабилизатор напряжения. Оптимальный выбор – микросхема L7805, дающая на выходе стабильные 5 В. Дополнением к ней идут конденсаторы для сглаживания напряжения и диоды, защищающие от переполюсовки.

Далее осматривают корпус контроллера MK-Dip и выделяют в нем узлы:

вывод Reset, подтянутый резистором к «плюсу» источника питания;
электролит на 1000 мкФ для защиты от скачков напряжения;
кварцевый резонатор и конденсаторы, которые нужно располагать вблизи от выводов Xtal1 и Xtal2.

Управление двигателями

В приспособлении используется микросхема L293D со встроенными диодами, которые защищают систему от перегрузки. Она имеет 2 канала, что позволяет подключить сразу 2 двигателя. Моторчики на плате запрещено присоединять напрямую к МК. Контакт обеспечивается с помощью ключевых транзисторов.

Во время работы возможен нагрев микроэлектронного устройства. Для отведения тепла предусмотрены ножки GND, которые следует распаивать на контактной площадке.

Установка датчиков препятствий

Ориентирование робота в пространстве обеспечивает простой инфракрасный датчик. Он состоит из диода, способного излучать в инфракрасном диапазоне, и фототранзистора для приема лучей. В отсутствии преграды перед механизмом транзистор закрыт.

При его приближении к мебели, стене, элементы улавливают тепло. Транзистор открывается, что активирует течение тока по цепи и побуждает устройство изменять траекторию движения.

Датчики устанавливают на передней части платы, подключая их с помощью проводов к основной схеме. По бокам от основы располагают гусеничный механизм.

Прошивка робота

Для работы устройства требуется программа, которая позволит снимать показания с датчиков и управлять двигателями. Простым роботам ее пишут с использованием языка программирования Си. Он представляет собой набор функций, вызывающих друг друга для дополнения.

Прописывая команды, следует учесть, что по инструкции у робота 2 датчика. Если на 1 из фототранзисторов поступает свет от инфракрасного диода, механизм начинает движение назад, отъезжая от препятствия. Он разворачивается и снова едет вперед.

Наличие преград следует проверять справа и слева, что прописывается с помощью команд. Алгоритм работы можно усовершенствовать, задав командную строку, что делать при возникновении угрозы прямого столкновения.

Улучшить готовый механизм позволит энкодер, который распознает положение робота в пространстве. Для информативности в дальнейшем устанавливается дисплей, на котором будет отображаться отладочная информация, расстояние до препятствий и другие нужные сведения.

Роботы для детей

Робототехника позволяет школьникам развивать творческие навыки и знакомить с техническими терминами. Освоив принципы конструирования lego-роботов (как правило, в школах робототехники используют для обучения lego-платформы), дети учатся разбираться в новых технологиях и осваивают азы востребованной профессии.

Ребятам будет интересно самостоятельно построить или поучаствовать в сборке:

механических насекомых, которые передвигаются, светятся в темноте;
квадропода (4-хногого шагохода) по специальным чертежам;
умных робоживотных, которые могут передвигаться по заданной траектории;
робота-колобка для накопления солнечной энергии;
настоящей роботизированной руки для игры на барабане и других манипуляций.

Полезные роботизированные устройства для начинающих

Первые шаги в робототехнике можно начать:

Необходимые навыки

Для изготовления роботов новичкам потребуются следующие навыки:

умение конструировать, создавать механизмы;
знание того, как обеспечивается взаимодействие маленьких помощников с внешней средой;
изучение темы, так как сделать шагающего робота своими руками – задача не из легких;
начальное представление о программировании – переменных, алгоритмах, современных языках.

Познакомившись с азами программирования, можно переходить к созданию самодельных роботов-пылесосов, мойщиков бассейнов и окон в доме. Применение роботам можно найти и в других сферах жизни.

Можно подумать, что робототехника — занятие для умников и выпускников физтеха, но это не так. На самом деле простых роботов строят даже младшие школьники, поэтому вам это тоже под силу. Вместе с благотворительным фондом Олега Дерипаски «Вольное дело», реализующим программу по робототехнике для школьников, подростков и студентов, мы сделали простой гид для начинающих инженеров (впрочем, взрослым он тоже вполне может пригодиться). Объясняем, как собрать своего первого робота.

Что мне потребуется?

В первую очередь — микроконтроллер. Он станет мозгом будущего робота. Можно сказать, что микроконтроллер — это крошечный компьютер, размещенный на одной микросхеме. У него есть процессор, оперативная и постоянная память и даже периферийные устройства: интерфейсы ввода и вывода данных, различные таймеры, передатчики, приспособления, которые инициируют работу двигателей. Набор устройств зависит от конкретной модели. Именно микроконтроллер будет получать информацию от внешнего мира через датчики движения, фотокамеры и прочие приспособления, анализировать ее и побуждать робота совершать в ответ какие-то действия.

Микроконтроллер нужно будет установить на печатную плату, запитать его, подсоединить все необходимые устройства (датчики, лампочки, двигатели), а еще собрать из подручных материалов корпус робота. Все детали, которые для этого нужны, можно купить в любом магазине радиотехники.

Если у вас нет профильного образования или опытного наставника, который подробно объяснит, что именно и в какой последовательности устанавливать (и как пользоваться паяльником!), готовьтесь к долгой и кропотливой работе: придется перерыть интернет вдоль и поперек и испортить множество деталей.

Я в ужасе и собираюсь передумать. Нельзя попроще?

Можно. Специально для тех, кто никогда не держал в руках паяльник, но очень хочет попробовать себя в робототехнике, существуют специальные наборы-конструкторы, позволяющие сделать всё то же самое, но быстрее. Самый известный и популярный — Arduino. Его главное преимущество в том, что это не просто игрушка, а целая экосистема: множество обучающих материалов и инструкций, видеокурсы, огромное пользовательское комьюнити — можно задать любой вопрос от новичкового до самого продвинутого. Есть и другие платформы — например, совсем простой конструктор Mindstorms от Lego.

Составы наборов могут быть очень разными, но в каждом есть готовая печатная плата с уже установленным микроконтроллером и всеми дополнительными деталями, которые нужны для решения простых типовых задач. Обычно плату можно напрямую подключить к компьютеру через USB. А дальше среда разработки от производителя поможет сразу же сделать первые шаги в программировании роботов. Например, заставить мигать лампочку на плате.

Теперь всё зависит от вас. Можно, используя готовую плату, реализовать собственный несложный проект: например, сделать машинку, которая движется и останавливается по команде, или гирлянду для новогодней елки. Можно купить набор, уже включающий в себя всё, что нужно для постройки робота определенного типа, и потренироваться на нем. Плюс этого варианта: все детали в наборе подготовлены так, чтобы вы могли соединить их без паяльника или других инструментов.

Участники программы «Робототехника», которую поддерживает фонд Олега Дерипаски «Вольное дело», уже через несколько лет обучения могут создавать куда более сложные проекты и придумывают инженерные решения для самых разных задач. Например, разрабатывают системы для автоматической сортировки мусора. Если вам кажется, что всё это очень сложно, вы правы, но научиться этому может каждый.

У меня в школе была двойка по физике, и вообще я гуманитарий. Мне нужно что-то выучить, прежде чем приступать?

Штурмовать учебники необязательно. Конечно, школьная физика пригодилась бы, но если вы ее забыли, не переживайте — вспомните по ходу дела. Для начала просто погуглите, что такое ток, сопротивление, закон Ома, конденсатор, транзистор — пара десятков статей дадут вам базовые представления о радиотехнике, и этого хватит на первое время. Позже вы легко найдете в сети всю информацию, которая вам понадобится. И усвоите ее на практике — гораздо лучше, чем из учебника.

А программировать надо уметь?

Если умеете, создание первого робота окажется, возможно, даже слишком легким делом. Если не умеете — отличный повод научиться. Дело в том, что программирование робота — штука очень наглядная: вот вы написали код и сразу же загорелась лампочка. Вам нужно, чтобы ваш робот разворачивался, когда до стены осталось меньше 5 см, значит, в программе надо прописать такое условие, всё логично. Именно поэтому детей часто начинают учить программированию на примере робототехники: здесь вместо скучных абстракций сразу получается осязаемый результат в реальном мире. На этом принципе строится обучение по программе «Робототехника». Все участники сразу же могут применить полученные знания на практике.

Перед первой попыткой написать программу для робота достаточно разобраться, что такое цикл и условный оператор . Для тех, кому и это кажется слишком сложным, производители конструкторов часто предусматривают визуальные редакторы: там код вообще не нужно писать, всё настраивается перетаскиванием блоков мышкой. Конечно, никакого сложного функционала так не напрограммируешь, но это уже начало. Позже, если захотите заниматься робототехникой углубленно, полезно будет освоить язык С, который чаще всего используется в этой сфере.

Меня случайно не убьет током?

Нет. Если, конечно, вы не собираетесь начать сразу с постройки огромных промышленных роботов. Пока речь идет о небольших игрушках, сила тока и напряжение настолько малы, что даже если вас и ударит, то вы ничего не почувствуете. Самое страшное, что можно сотворить, конструируя маленького робота, — небольшой взрыв на столе. Но это случится, только если вы перепутаете «плюс» с «минусом» во время работы с электролитическим конденсатором.

Самая вероятная неприятность — некоторое количество испорченных деталей, которые вы попытаетесь подсоединить не так и не туда. Но переживать не стоит: все необходимые расходники недороги, а их поломка тоже важная часть обучения.

Мой робот сможет защитить меня от врагов? Ну или хотя бы тапочки принести?

Самый первый — вряд ли. Точнее, нет ничего невозможного, но для начала лучше поставить перед собой цель попроще. Например, на базе того же Arduino можно собрать самых разных движущихся роботов: они могут ездить просто вперед-назад, по сложной заданной траектории или по нарисованной линии. Робот, который самостоятельно объезжает препятствия или как-то еще меняет свое поведение при приближении к разным объектам, тоже посильная задача. Еще первый робот вполне сможет включать и выключать что-нибудь, ориентируясь на уровень освещенности, совершать какие-то действия в определенный момент, заданный таймером, или по нажатию кнопки.

Ну а в будущем, если продолжите заниматься робототехникой, сможете сделать и робота-помощника, и робота-охранника, который умеет стрелять. Еще можно собрать робот-пылесос собственной модели. В России и в мире постоянно проводятся соревнования по робототехнике, на которых роботы-участники сражаются, играют в футбол, участвуют в гонках и просто демонстрируют свои выдающиеся способности. Например, на «РобоФесте», который ежегодно организует фонд «Вольное дело», можно увидеть сотни разных роботов.

Умение собирать роботов как-то пригодится мне в жизни?

Да, еще как. Вы неизбежно научитесь программировать. Причем будете в состоянии не просто писать код, который что-то как-то делает, но и понимать всю цепочку, по которой набранные вами на клавиатуре символы преобразуются в действия целого механизма. Уметь программировать в наше время почти так же полезно, как знать английский язык: пригодится, даже если вы маркетолог или продавец мороженого.

Знание робототехники при желании позволит вам здорово усовершенствовать быт и даже сделать свое жилище «умным», не покупая дорогих готовых решений. Световой будильник? Запросто. Лампы с датчиками движения? Да легко. Чайник, который начинает кипятиться, получив СМС, и передает кондиционеру сигнал охлаждать, а пылесосу пылесосить? Не так легко, но вполне реализуемо.

Где можно узнать больше о роботах?

Можно пройти один из многочисленных, в том числе совершенно бесплатных онлайн-курсов. Можно выбрать курс, посвященный Arduino, — как, например, этот от МФТИ, или начать с Lego. А можно не привязываться к конкретной платформе и учиться робототехнике в целом — например, на этом курсе от Бауманки. Ну а если вы знаете английский, буквально вся Coursera с программами по робототехнике от ведущих мировых университетов к вашим услугам.

А если мне понравится и я захочу сделать это своей профессией? Куда податься?

Самое очевидное решение — в программисты. Причем не обязательно туда, где работают непосредственно с «железом»: навыки, полученные во время занятий робототехникой, пригодятся в любой сфере — от промышленного до веб-программирования.

Если возникнет желание связать свою дальнейшую судьбу именно с роботами, придется получить соответствующее высшее образование. Специальность «Робототехника и мехатроника» уже появилась во многих технических вузах — в Москве это МГТУ имени Баумана, МИФИ, МЭИ, МИРЭА. Подойдет и факультет радиотехники: большинство нынешних специалистов по робототехнике получали именно такое образование.

Читайте также: