Мехатроника и робототехника с чего начать
Робототехника — с чего начать? Шаг 1.
Начало робототехники
История робототехники идёт из глубокой древности и насчитывает не одну сотню лет. Еще до новой эры люди стали создавать себе автоматизированных помощников. И уже тогда было эти механизмы работали по заданному алгоритму или программе. Добро пожаловать в первую часть серии из 10 шагов. Они научат вас, как сделать своего собственного робота.
Человекообразный робот
Эти десять шагов направлены на любого желающего начать работу в робототехнике. Возможно это будет полезно для тех, у кого есть базовое понимание таких терминов, как “напряжение”, “ток”, “мотор”, и “датчики”. Конструирование роботов может показаться довольно простым делом. Хотя даже люди с опытом в создании роботов смогут найти полезную информацию относительно общего метода построения робота.
Что такое робот?
Существует множество определений робота и никакого реального консенсуса пока не достигнуто. Дадим такое определение робота:
Робот – это электромеханическое устройство, которое способно реагировать определенным образом на свое окружение, и принимать автономные решения или действия для достижения конкретной задачи.
Это означает, что тостер, лампа, или автомобиль не будет рассматриваться как роботы. Прежде всего они не имеют возможности воспринимать свое окружение. С другой стороны, пылесос, который может перемещаться по комнате или солнечная панель, которая направлена на солнце и изменяет угол наклона в зависимости от положения солнца, могут быть рассмотрены как роботизированные системы.
Важно также отметить, что “роботы” участвующие в войнах роботов, или какие-либо исключительно дистанционно управляемые устройства не подпадают под это определение. Скорее всего они будут ближе к более сложной радиоуправляемой машине. Также можно создать дистанционно управляемого робота на базе известных робототехнических конструкторов. Одним из таких конструкторов является Lego EV3.
Это определение является достаточно общим. Хотя оно может понадобиться в будущем для того чтобы понимать самые последние достижения в этой области. Робототехника в наше время стремительно развивается. Следовательно будет требоваться все больше специалистов для разработки, наладки, программирования и обслуживания роботов и роботизированных линий.
С чего начать изучение робототехники
Эта серия шагов предназначена для того, чтобы вы смогли создать своего полностью мобильного робота.
Есть 10 статей.
Каждая статья проведет вас через один шаг к созданию универсального мобильного робота. Это позволит вам создать своего собственного мобильного робота для выполнения задач по вашему выбору. Каждый урок будет проиллюстрировано примером из опыта. Статьи предназначены для того, чтобы быть изучены одна за другой и опираются на информацию, полученную раньше.
Шаг 1
Первый шаг в начало робототехники — это определить, что ваш робот должен делать (т.е. какова его цель в жизни). Роботы могут быть использованы практически в любой ситуации, и в первую очередь предназначены для того, чтобы помочь людям в некотором роде. Если Вы пока не определились какого робота и для каких целей Вы хотите сделать, то вот некоторые идеи:
Знания и Обучение
Заказать Lego Mindstorms EV3 для создания все более сложных роботов. Большинство профессионалов и любителей использует знания, которые они приобрели при создании предыдущих роботов. Вместо создания одного робота, вы сможете научиться использовать отдельные компоненты. В результате у вас появиться собственная “библиотека знаний”. Дополнительно вы сможете её использовать, чтобы собрать более сложные конструкции в будущем.
Развлечения и Общение
Например, гуманоидный робот-игрушка, который предназначен для развлечения пользователя WowWee MiP. Он может передвигаться по дому самостоятельно, ориентируется в пространстве, узнает человека. Настраивается робот со смартфона и может использоваться как личный помощник. При необходимости сообщает последние новости, может проверять почту пользователя, озвучивать прогноз погоды и многое другое.
Робот игрушка
Робототехника включает в себя аспекты многих наук. В том числе инженерных (механических, электрических, компьютерных). Также точных наук (математики и физики) и искусства (эстетика). При этом пользователи могут свободно использовать свое воображение. Забавляя окружающих своими творениями (особенно если они являются удобной и интерактивной) помогает другим, чтобы и их заинтересовать этим увлекательным видом деятельности.
Соревнования и Конкурсы
Различные типы роботов для большого множества соревнований, которые проводятся на различных уровнях. Например, соревнования по футболу для роботов андроидов.
Соревнования роботов по футболу
Многие соревнования проводятся специально для студентов и школьников как начало робототехники. Так существуют и открытые конкурсы, где взрослые и профессионалы смогут конкурировать друг с другом.
Автономная форма жизни
Это малые автономные роботы, предназначенные для выполнения простой работы.При необходимости могут объединяться в общую систему и создавать одного большого робота, управляемым объединенным мозгом. Как только пропадает необходимость в одном из роботов, он тут же покидает общую группу. Затем этот робот продолжает работать по своему прямому назначению.
Модульный робот
Следующим большим нововведением станет создание полностью автономной формой жизни.В начале развития робототехники сложно сказать какой будет эта жизнь. Возможно не уступающей или превосходящей нас в способностях и может быть в творчестве. Эта цель по-прежнему совершается мелкими шагами физических лиц, научно-исследовательских организаций и специалистов.
Бытовые или профессиональные задачи
Самые распространенные бытовые роботы, которых можно купить практически в любом торговом центре – это роботы пылесосы различных марок и видов. Бытовые и профессиональные роботы помогают освободить человека от неприятных или опасных задач.
Бытовой робот пылесос
Они дают людям больше свободы и безопасности. Профессиональные и сервисные роботы используются в различных областях применения на работе. Прежде всего в общественных местах, в опасных средах, в таких местах, как глубоководные, зараженные местности и так далее.
В дополнение к таким областям как уборка, видеонаблюдение, осмотр и техническое обслуживание, мы используем этих роботов там, где ручное выполнение задач опасно, невозможно или недопустимо. Профессиональные и сервисные роботов более функциональны, прочны и часто дороже, чем бытовые роботы.
При этом они идеально подходят для профессионального и/или коммерческого использования. Часто мобильные роботы используются, чтобы рисковать в местах, куда люди не должны или не могут пойти. Роботы различных размеров (с дистанционным управлением, полуавтономные или полностью автономные) являются идеальным выбором для этих задач.
Практическая часть
В данном цикле статей будет сделана мобильная платформа для того, чтобы понять, что такое моторы, датчики, микроконтроллеры и программирование. Мы будем использовать для создания мобильной платформы образовательный набор Lego Mindstorms EV3.
Профессия — Робототехник
Как сделать первые шаги в робототехнике?
Роботизация и автоматизация становятся всё востребованнее, и многим хотелось бы научиться создавать подобные системы и устройства. Но с чего начать, как освоить азы? Мы сделали для вас небольшую подборку русскоязычных и англоязычных YouTube-каналов с учебными материалами и методическими пособиями по робототехнике.
AlexGyver
Канал ведет инженер, который рассказывает о своем опыте в конструировании из подручных материалов разных устройств, как правило автоматизированных. Речь идет об электронике, робототехнике, инструментах и прикладных экспериментах. Довольно интересный и доступно изложенный материал, из которого можно почерпнуть для себя что-то новое.
AmperkaRu
Канал довольно популярного магазина «Амперка». Посвящен электронике и робототехнике. Здесь рассказывается о платформах Arduino, Raspberry Pi и Iskra JS, с помощью которых можно создавать роботов и автоматизированные системы (типа «умный дом») даже с минимальным набором знаний.
Универсариум, курс «Робототехника»
Интересный канал, позволяющий получить множество знаний в разных областях от ведущих вузов. В том числе содержит вводные материалы лекций по робототехнике, к которым можно получить доступ в рамках проекта «Универсариум».
EasyTech
На канале представлены доступные уроки по робототехнике, программированию, а также интересные материалы и освещение событий, связанных с роботами. Автор — кандидат физико-математических наук и тренер сборной России по робототехнике.
SERVODROID
Содержит учебные материалы по робототехнике для начинающих. Создание робота своими руками с нуля. От простейших экземпляров до вычислительных машин на процессорах и микроконтроллерах. Каждый материал содержит описание робота, инструкция по его созданию и список необходимых элементов.
HappyBot
На канале вы найдёте обучающие уроки по робототехнике, в частности, по программированию EV3. Первый сезон лекций выложен полностью. Материал подан доступно для начинающих. Планируется 3 сезона.
Robot On
На канале есть множество интересной и полезной информации по созданию роботов, материалы с места событий, выставок и чемпионатов, а также обучающие материалы, в том числе практические задания к курсу по робототехнике.
Канал Владислава Лукьянова
Ряд довольно интересных обучающих и обозревательных материалов по робототехнике от сотрудника Оренбургского президентского кадетского колледжа. Здесь вы можете получить начальные знания, которые пригодятся любому человеку, интересующемуся робототехникой.
Занимательная робототехника
Уроки по робототехнике для начинающих, и не только для детей. Пошаговые доступные инструкции по сборке роботов из LEGO, на основе Arduino и т.д. Содержит также много других интересных материалов по теме.
I Love Robotics
Обучающие материалы по робототехнике, а также видео и новинки из этой области. Автор имеет несколько наград и патентов в этой сфере. Преподает свой собственный курс «Как стать инженером робототехники» для студентов и аспирантов.
Канал Джоша Бонгарда
Очень интересный курс лекций по робототехнике — не для новичков. Охватывает многие интересные аспекты и содержит множество материалов в виде лекций из этой и смежных областей.
Канал Пола Макхортера
Серия обучающих уроков по платформе Arduino. Довольно интересное и несложное изложение материала. Уроки подходят для новичков.
Programming Electronics Academy
Серия обучающих материалов по Arduino и базовому программированию для новичков. Поможет делающим первые шаги познакомиться с платформой и обучиться азам.
DPV TECHNOLOGY
Обучающие уроки по электронике, робототехнике на основе Arduino и многое другое. Содержащие интересные материалы из категории «сделай сам».
Введение в робототехнику
Сборник лекций с говорящим названием от Стэндфордского университета. Не для начинающих.
Хотя сегодня многие интересуются робототехникой, однако полезных обучающих видео в сети на удивление немного. Так что делитесь в комментариях ссылками для дополнения подборки.
Робототехника: с чего начать изучение, где заниматься и каковы перспективы
Робототехника — одно из перспективнейших направлений в сфере интернет-технологий, а то, что за ИТ-сферой будущее, в наше время и объяснять не надо. Кроме того, роботостроение может показаться занимательней прочего: сконструировать робота значит почти что создать новое существо, пусть и электронное, что, конечно же, привлекает. Впрочем, и в этой отрасли все может оказаться непросто, особенно на первых порах. Вместе с экспертами попытаемся разобраться, зачем нужна роботехника и как к ней подступиться.
Робототехника — одно из перспективнейших направлений в сфере интернет-технологий, а то, что за ИТ-сферой будущее, в наше время и объяснять не надо. Роботостроение — увлекательнейшая штука: сконструировать робота значит почти что создать новое существо, пусть и электронное.
С 60-х годов прошлого века автоматизированные и самоуправляющиеся устройства, делающие какую-либо работу за человека, стали использоваться для исследований и в производстве, затем в сфере услуг и с тех с каждым годом прочнее занимают свое место в жизни людей. Конечно, нельзя сказать, что в России все сплошь выполняется самостоятельными механизмами, однако определенный вектор в эту сторону точно намечается. Вот уже и Сбербанк планирует заменить три тысячи юристов умными машинами.
Вместе с экспертами попытаемся разобраться, зачем нужна роботехника и как к ней подступиться.
Чем отличается робототехника для детей от профессиональной?
Если коротко, то робототехника для детей направлена на изучение предмета, тогда как профессиональная – на решение конкретных задач. Если специалисты создают промышленные манипуляторы, выполняющие разные технологические задачи, или специализированные колесные платформы, то любители и дети, конечно же, занимаются вещами попроще.
Как понять, есть ли у ребенка склонность к робототехнике?
Для начала нужно купить конструктор и посмотреть, нравится ли ребенку собирать его. А дальше и в кружок можно отдать. Занятия помогут ему развить мелкую моторику, фантазию, пространственное восприятие, логику, концентрацию и терпеливость.
Чем быстрее получится определиться с направлением роботехники — конструирование, электроника, программирование — тем лучше. Все три области обширны и требуют отдельного изучения.
Когда начинать обучение робототехнике?
Начинать изучение и записываться в кружки лучше всего с детства, впрочем, не слишком рано — в 8-12 лет, говорят специалисты. Раньше ребенку сложнее уловить понятные абстракция, а позднее, в подростковом возрасте, у него могут появиться другие интересы, и он станет отвлекаться. Также ребенка необходимо мотивировать на изучение математики, чтобы ему было интересно и легко в будущем проектировать механизмы и схемы, составлять алгоритмы.
С 8-9 лет ребята уже могут понимать и запоминать, что такое резистор, светодиод, конденсатор, а позже и понятия из школьной физики осваивать с опережением школьной программы. Не важно, станут они специалистами в этой области или нет, полученные знания и навыки точно даром не пропадут.
В 14-15 лет нужно продолжать заниматься математикой, отодвинуть занятия в кружке по робототехнике на второй план и начать изучение программирования более серьезно – разбираться не только в сложных алгоритмах, но и в структурах хранения данных. Далее идут математический базис и знания в алгоритмизации, погружение в теорию механизмов и машин, проектирование электромеханической оснастки робототехнического устройства, реализацию алгоритмов автоматической навигации, алгоритмы компьютерного зрения и машинное обучение.
Какие конструкторы выбрать?
Для каждого возраста существуют свои образовательные программы, конструкторы и платформы, различающиеся степенью сложности. Можно найти как зарубежные, так и отечественные продукты. Есть дорогие наборы для робототехники (в районе 30 тыс. руб. и выше), есть и подешевле, совсем простые (в пределах 1-3 тыс. руб.).
Если ребенку 8-11 лет, можно купить конструкторы Lego или Fischertechnik (хотя, конечно, производители имеют предложения как для более младшего, так и для старшего возрастов). Конструктор Lego для робототехники обладает интересными деталями, яркими фигурками, он легок в сборке и снабжен подробной инструкцией. Серия конструкторов Fischertechnik для робототехники приближает к настоящему процессу разработки, здесь вам и провода, и штекеры, и визуальная среда программирования.
В 13-14 лет можно начать работать с ТРИК или модулями Arduino, которые, по словам Татьяны Волковой, является практически стандартом в области образовательной робототехники, а также Raspberry. ТРИК сложнее Lego, но легче Arduino и Raspberry Ri. Последние две уже требуют базовых навыков программирования.
Что еще потребуется изучить?
Программирование. Избежать его возможно только на первоначальном этапе, потом же без него никуда. Начать можно с Lego Mindstorms, Python, ROS (Robot Operating System).
Базовую механику. Начинать можно с поделок из бумаги, картона, бутылок, что важно и для мелкой моторики, и для общего развития. Самого простого робота можно сделать вообще из отдельных деталей (моторчики, провода, фотодатчик и одна несложная микросхема). Познакомиться с базовой механикой поможет «Мастерилка с папашей Шперхом».
Основы электроники. Для начала научиться собирать простые схемы. Для детей до восьми лет эксперты советуют конструктор «Знаток», дальше можно перейти к набору «Основы электроники. Начало».
Где заниматься робототехникой детям?
Если видите у ребенка интерес, можно отдать его в кружки и на курсы, хотя можно заниматься и самостоятельно. На курсах ребенок будет под руководством специалистов, сможет найти единомышленников, займется робототехникой на регулярной основе.
Также желательно сразу понять, чего хочется от занятий: участвовать в соревнованиях и бороться за призовые места, участвовать в проектной деятельности или просто заниматься для себя.
Как выбирать курсы для занятий робототехникой?
При записи на курсы обратите внимание на педагога, рекомендует коммерческий директор компании Promobot Олег Кивокурцев. «Бывают прецеденты, когда педагог просто отдает ребятам оборудование, а дальше занимайтесь кто чем хочет», — согласна с Олегом Татьяна Волкова. От таких занятий толку будет мало.
При выборе курсов также стоит обратить внимание и на имеющуюся материально-техническую базу. Есть ли там конструкторские наборы (не только Lego), имеется ли возможность писать программы, изучать механику и электронику, самому делать проекты. На каждую пару учащихся должен быть свой робототехнический комплект. Желательно с дополнительными деталями (колесами, шестернями, элементами каркаса), если хочется участвовать в соревнованиях. Если с одним набором работает сразу несколько команд то, скорее всего, никаких серьезных соревнования не предполагается.
Поинтересуйтесь, в каких соревнованиях участвует клуб робототехники. Помогают ли эти конкурсы закрепить полученные навыки и дают ли возможность для дальнейшего развития.
Соревнование Robocup 2014
Как изучать робототехнику самостоятельно?
Курсы требуют денег и времени. Если первого не хватает и регулярно ходить куда-либо не получится, можно заняться с ребенком самостоятельным изучением. Важно, чтобы родители обладали необходимой компетенцией в этой сфере: без помощи родителя, ребенку освоить робототехнику будет достаточно сложно, предостерегает Олег Кивокурцев.
Найдите материал для изучения. Их можно брать в Интернете, из заказываемых книг, на посещаемых конференциях, из журнала «Занимательная робототехника». Для самостоятельного изучения есть бесплатные онлайн-курсы, например, «Строим роботов и другие устройства на Arduino: от светофора до 3D-принтера».
Нужно ли изучать роботехнику взрослым?
Если Вы уже вышли из детского возраста, это не значит, что двери робототехники для Вас закрыты. Можно так же записаться на курсы или изучать ее самостоятельно.
Если человек решил заниматься этим как хобби, то путь его будет таким же, как у ребенка. Однако понятно, что дальше любительского уровня без профессионального образования (инженера-конструктора, программиста и электронщика) продвигаться вряд ли получится, хотя, конечно, устраиваться на стажировки в компании и упорно грызть гранит нового для вас направления никто не запрещает.
Для тех, у кого близкая специальность, но хочется переучиться, также есть разные курсы в помошь. Например, для специалистов по машинному обучению одойдет бесплатный онлайн-курс по вероятностной робототехнике «Искусственный интеллект в робототехнике». Также существуют образовательная программа Intel, просветительский проект «Лекториум», дистанционные курсы ИТМО. Не забудьте и про книги, например, есть много литературы для начинающих («Основы робототехники», «Введение в робототехнику», «Настольная книга робототехника»). Подберите то, что больше всего понятно и подходит вам.
Следует помнить, что серьезная работа отличается от любительского увлечения как минимум стоимостью затрат на оборудование и перечнем поставленных перед работником задач. Одно дело – своими руками собирать самого простого робота, совсем другое – заниматься, например, машинным зрением. Поэтому изучать основы конструирования, программирования и аппаратной инженерии все-таки лучше с ранних лет и впоследствии, если понравилось, поступать в профильный университет.
В какие вузы идти учиться?
Направления, связанные с робототехникой, можно найти в следующих вузах:
— Московский технологический университет (МИРЭА, МГУПИ, МИТХТ);
— Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана;
— Московский государственный технологический университет «Станкин»;
— Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва);
— Сколковский институт науки и технологий (Москва);
— Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II;
— Московский государственный университет пищевых производств;
— Московский государственный университет леса;
— Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (СГУАП);
— Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО);
— Магнитогорский государственный технический университет;
— Омский Государственный технический университет;
— Саратовский государственный технический университет;
— Университет Иннополис (Республика Татарстан);
— Южно-Российский федеральный университет (Новочеркасский ГТУ).
Самое главное
Знать азы робототехники в скором времени может оказаться полезно и обывателям, а возможность стать специалистом в этой сфере выглядит очень перспективно, так что хотя бы попробовать себя в «роботостроительстве» определенно стоит.
Робототехника для начинающих: курсы, книги и полезные ссылки Статьи редакции
Подборка материалов, которые помогут войти в профессию.
Современная робототехника строится на знаниях из области программирования, механики, мехатроники, электротехники, электроники и автоматического управления.
Для освоения робототехники на базовом уровне достаточно школьных знаний по математике и физике. Без понимания физики движения и принципов работы механизмов и электродвигателей сложно собрать функционирующего робота.
Затем идут информатика и проектирование. Так как программирование необходимо в робототехнике не меньше математики, важно разбираться в компьютерных науках и информационных системах. Проектирование поможет создавать удобные продукты. Но знания из других инженерных дисциплин тоже будут полезны.
Машиностроение изучает физические составляющие робота — его «тело». Подтемы — механика и сопротивление материалов. Большинство курсов в этом направлении ориентированы на физический дизайн и приведение робота в действие.
Электротехника и электроника или «нервная система» занимаются электрическими системами внутри робота, встроенными системами, низкоуровневым программированием и теорией управления. Обычно это автоматизация, которая строится вокруг контроля робота.
Информатика — многие специалисты пришли в робототехнику благодаря увлечению компьютерными науками. Инженеры этого направления концентрируются на программном обеспечении робота и высокоуровневом программировании. Среди тем — искусственный интеллект, навигация, техническое зрение, обработка естественного языка и так далее.
Автор: Томский государственный университет.
Курс поможет слушателям определиться, в каком направлении робототехники они хотят развиваться: изучение структуры и кинематики, приводы, управление и программирование, организация производства, автоматизация проектирования и так далее. Для прохождения курса достаточно школьных знаний по математике и физике.
Автор: Колумбийский университет.
Преподаватели затрагивают два класса роботов: кинематические цепи и мобильные базы. Слушатели учатся моделировать задачу доставки груза в указанное место. Для этого они получат знания о двумерных и трёхмерных пространственных проекциях.
Из курса студенты узнают, как управлять роботами и передвигать их, а также планировать полные роботизированные системы. Проекты выполняются на языках Python и C++. Также потребуются знания в высшей математике на уровне первого-второго курса университета.
Курс состоит из практических задач, которые собираются и программируются на основе Arduino. Создаваемые устройства считывают данные с датчиков, обрабатывают данные, получают и отправляют их на компьютер, в интернет и смартфоны. Слушатели изучают проектирование, компоненты, сборку схем, написание программ и диагностику. Курс не требует специальных навыков и ориентирован на всех желающих.
Площадка: Future Learn.
Автор: Квинслендский технологический университет.
Специализация состоит из трёх курсов: от теории к практике. На первом рассказывают про перспективы робототехники и роль роботов в обществе. На втором преподают основы математики и программирования для передвижения роботов, необходимые в практических упражнениях. На третьем научат создавать и программировать простого робота с помощью LEGO Mindstorms.
Автор: Технологический институт Джорджии.
На курсе рассматриваются основные методы в искусственном интеллекте, включая вероятностный вывод, планирование и поиск, локализацию, отслеживание и контроль с упором на робототехнику. Программные примеры и задания применяются в контексте создания беспилотных автомобилей. Финальным проектом станет создание робота, который пытается убежать. Курс входит в программу Mercedes-Benz «Станьте инженером беспилотных автомобилей».
Площадка: Stanford School of Engineering.
Автор: Стэнфордский университет.
На курсе слушатели знакомятся с основами моделирования, проектирования, планирования и управления роботизированными системами. Материалы представляют краткий обзор знаний из области геометрии, кинематики, статики, динамики и управления. К каждой лекции прилагается стенограмма.
Площадка: «Открытое образование».
Автор: Университет ИТМО.
Преподаватели расскажут про моделирование робототехнических систем и создание алгоритмов управления. Слушатели научатся применять теоретические знания из физики и математики для решения задач управления на примере маятниковой системы.
Авторы: совладелец и основатель RoboCraft Алексей Белоусов и руководитель и основатель Lab409 Данил Борчевкин.
Слушатели курса изучат основные принципы электроники и научатся применять их на практике. Студенты создадут простого робота, который любит темноту, объезжает препятствия и не падает со стола. Курс проходит на базе Arduino.
Автор: заместитель директора ЦТПО МГУПИ Андрей Будняк.
На курсе студенты научатся писать программы к контроллеру Arduino, управлять исполнительными механизмами и считывать информацию с датчиков. Курс рассчитан на начинающих и не требует специальных знаний.
Автор: Массачусетский технологический институт (МТИ).
Слушатели знакомятся с нелинейной динамикой и контролем за неполноприводными механическими системами с упором на вычислительные методы. Изучаемые темы применяются для оптимального и робастного управления и планирования движения роботов.
Рассматриваются примеры из биологии и анатомии передвижения, парных манипуляций, подводных роботов и летательных аппаратов. Также у одного из преподавателей курса Русса Тедрейка есть одноимённая методичка, используемая для обучения в МТИ.
Автор: Джереми Блум.
В книге Блум рассказывает про основы проектирования на микроконтроллерах Arduino, также он приводит базовые знания про аппаратное и программное обеспечение платформы. К каждому примеру прилагается список инструментов, монтажные схемы и описание листинга программы.
Авторы: Бруно Сицилиано, Уссама Хатиб.
Книга считается авторитетной среди исследователей. Некоторые называют её энциклопедией робототехники. Второе издание содержит ссылки на 700 видеороликов, которые можно просматривать, не отрываясь от чтения, с помощью смартфона.
Автор: Чарльз Платт.
Основы электроники преподаются на примере экспериментов. В книге подробно рассказывается, как проектировать, отлаживать и изготавливать электронные устройства дома. Уроки начинаются с простых опытов с током и заканчиваются созданием устройства с транзисторами и микроконтроллерами.
Автор: Анатолий Иванов.
Это учебное пособие, в котором излагается теоретический минимум по курсу робототехники. Также описываются примеры применения промышленных роботов на технологических операциях и в роли сервисного оборудования. Рассматривается структура, кинематика, позиционирование и производительность роботов.
Автор: Себастьян Трон, Вольфрам Бургард, Дитер Фокс.
Книга посвящена новой и растущей области — вероятностной робототехнике. Она основывается на математической статистике и выводит роботов на новый уровень надёжности, так как помогает справиться с нестандартными задачами.
Книга знакомит с множеством методов и алгоритмов в области. Каждая глава содержит примеры реализации в псевдокоде, подробные математические объяснения, обсуждения практиков и большой список упражнений и проектов.
Автор: Джон Дж. Крейг.
В книге подробно описываются кинематика и динамика манипуляторов. В ней также рассматриваются генерация траектории, силовое, линейное и нелинейное управление. Теория сопровождается примерами и задачами, реализованными на MATLAB.
Автор: Роланд Зигварт.
Читателю предлагается обзор технологии мобильных роботов — механизмов, позволяющих устройству перемещаться в реальной среде для выполнения задач. В книге рассматривается локомоция, зондирование, локализация и планирование движения. Также описываются другие аспекты мобильной робототехники: проектирование, кинематический анализ, датчики, системы восприятия, картографии и управления роботами.
Автор книги поддерживает более десяти лет набор инструментов MATLAB с открытым исходным кодом для робототехники и компьютерного зрения. Все они позволяют работать с реальными проблемами.
В книге описываются примеры и способы их использования. Автор показывает, как сложные задачи можно разложить и решить с помощью нескольких строк кода. Книга затрагивает основы кинематики роботов, динамики и основы стереозрения.
Книга помогает читателю понять составные части разработки роботов. В ней рассказывается про анатомию роботов и составные части. Книга даёт представление о создании роботов и помогает понять, какое направление робототехники ближе к читателю.
Читатель знакомится с основами робототехники, радиоэлектроники и программирования микроконтроллеров для роботов с нуля. Автор не погружается в сложные математические формулы, но объясняет физику процессов, происходящих в роботе. Также приводит список программ с подробными комментариями.
Книга ориентирована на новичков и рассказывает про проектирование и создание роботов с нуля. Автор рассматривает поведение, навигацию и реакцию робота на объекты, механику и инструменты, электронику, схемы управления и программирование микроконтроллеров. В конце книги приводятся примеры создания пяти роботов.
Робототехника — не просто отрасль, но технология общего назначения, подобно электричеству, транспорту или канализации. Экономические исследования показывают, что роботизация имеет такой же трансформационный эффект на экономику, какой оказало изобретение паровой машины в эпоху первой промышленной революции в 18 веке.
Для России важно поддерживать собственную отрасль робототехники, так как роботы действительно замещают рабочие места. Однако впервые в истории нашей цивилизации профессии в одной стране могут замещать роботы, созданные в другой.
Перечь материалов в статье — достойный. От себя добавлю также курс, к которому стоит присмотреться, — «Мой друг — робот: введение в социальную робототехнику».
Получив теоретические знания в области робототехники, не менее важно проверить их на практике. Сделать это можно в формате робототехнических инженерных соревнований.
Один из примеров — международный конкурс Eurobot. На площадке Eurobot соревнуются одновременно две команды, которые должны быстрее чем за 60 секунд выполнить ряд сложных логистических задач по сбору и перемещению различных объектов разной формы. Это соревнование, в котором могут принимать участие школьники с 8 до 18 лет и молодые инженеры, студенты от 18 до 29 лет.
Школьники создают телеуправляемы платформы, а молодые инженеры делают полностью автономных роботов. Обычно в командах-победителях от трёх до пятнадцати инженеров. Создать безупречного робота — непростая задача, и решают её только самые упорные и талантливые.
Соревновательная робототехника — это контактные единоборства для тех, у кого астма. Именно в этих соревнованиях рождаются не только лучшие таланты, но и лучшие команды, в которых эти таланты светят ещё ярче.
Сейчас есть много различных курсов для начинающих и продвинутых слушателей, посвященных дисциплинам, входящим в направление STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics), то есть образующих именно ту основу, на базе которой развивается современная робототехника.
Есть курсы, которые знакомят с основами теории управления, математикой, конструированием, программированием контроллеров и простых робототехнических систем, например, на основе LEGO. Однако, на мой взгляд, разрыв между знаниями, которые могут дать эти курсы, и индустриальной робототехникой всё же достаточно велик.
Чтобы устранить этот разрыв, мы с коллегами (аспирантами кафедры МО ЭВМ СПбГЭТУ ЛЭТИ) создали небольшой онлайн-курс, посвящённый операционной системе ROS (Robot Operating System), которая используется в большом количестве промышленных роботов. Для обучения не требуется специальных знаний, достаточно быть немного знакомым с Linux и основами программирования на языках С или С++.
Также с 10 по 25 января 2019 года в Санкт-Петербурге пройдёт Зимняя школа для старших школьников и студентов начальных курсов Winter mini-degree program in STEM. Это совместная инициатива МТИ и объединения научных групп JetBrains Research.
В рамках школы участники пройдут комплекс STEM-дисциплин, включая разделы математики, программирования, архитектуры ЭВМ, разработки программ для роботов в ROS, а также выполнят мини-проект. Попасть в школу могут школьники старших классов и студенты начальных курсов, пройдя предварительный отбор.
Приведённая подборка получилась достаточно обширной. Но позволю себе добавить свои рекомендации.
— Открытые лекции от автора курса «Введение в робототехнику», Квинслендский технологический университет.
— Отличная книга по физике для начинающих робототехников «Теоретический минимум», Леонард Сасскинд, Джордж Грабовски.
— «Основы теории автоматического управления», Константин Поляков (обе части) — книги моего любимого автора по теории управления для начинающих.
Однако в самом начале стоит посмотреть научно-популярные и обзорные курсы по робототехнике или выступления TED Talks, на которых рассказывают про реальные примеры робототехники. А потом приступить к чтению книг и прохождению курсов.
Но в первую очередь необходимо понять, в каком направлении будете развиваться. Потому что охватить всё не получится. Обычно специалисты делятся на три лагеря.
— Мехатроника, в рамках которой конструируют и просчитывают основные узлы, составляющие робота.
— Электротехника и микроэлектроника, где рассчитывают электрические нагрузки, мощности двигателя, необходимые источники питания и электротехнические элементы, обеспечивающие необходимую мощность.
— Программирование, где специалисты работают с техническим зрением, анализом данных, обработкой информации, когнитивными сервисами.
Когда вы определитесь, к какому лагерю хотите присоединиться, уже стоит искать специализированные материалы.
Если вы захотите войти в профессию, начните с изучения востребованных вакансий на HeadHunter. Посмотрите, что сейчас актуально на рынке. Послушайте выступления руководителей робототехнических компаний: какой вектор развития они задают.
И после этого отправляйте резюме с описанием выполненных проектов по мехатронике, электронике или программированию. Желательно, чтобы в них была изюминка, а не простое повторение заданий курсов. Хотя успешное прохождение курсов тоже даёт хорошие шансы на вхождение в профессию.
К списку книг можно добавить «Теорию автоматического управления» — это хардкорнейшая книга. Буквально библия, без которой все попытки заняться робототехникой — это просто «поиграть».
Прочтение этой книги обязательно, если планируете стать настоящим инженером-робототехником. В ней описывается, как учитывать статику и динамику манипуляторов, как динамика влияет на переходные процессы при движении, как моделировать динамические процессы.
Так как робототехника находится на стыке трёх наук (механика, электроника и компьютерное управление), то и подходить стоит с той стороны, которая вызывает наибольший интерес:
— Заняться изготовлением механики, углубиться в принципы проектирования манипуляторов, кинематические цепочки, изучить сопротивление материалов, при этом добавить готовую электронику и взять открытые алгоритмы для управления.
— Погрузиться в электронику, в низкоуровневое управление приводами, в обработку данных с датчиков, преобразование управляющих сигналов с силовые, при этом взять готовые механизмы и использовать открытые алгоритмы для управления.
— Погрузиться в алгоритмы высокоуровневого управления, планирование траекторий движения, обхода препятствий, решение прямой и обратной задачи кинематики. Применить такую систему на готовые механизмы с готовой электроникой и низкоуровневой системой управления.
Изучить в итоге придётся всё в той или иной степени, но первый шаг лучше делать в той области робототехники, которая ближе, понятнее или доступнее.
То есть у меня было понимание, как проектировать механику, но физически мне её не на чем было делать; было примерное понимание того, как делать электронику, но найти все необходимые компоненты было сложно, поэтому приходилось делать всякие допущения; но был компьютер, и с программной частью проблем не возникало, поэтому я занимался в основном ею.