18. Компьютер как исполнитель

Как распознать робота

Добро пожаловать на курс «Робототехника». В первом модуле вы узнаете:

• как могут выглядеть роботы;
• что такое робот и как его распознать;
• какие дополнительные элементы может иметь робот;
• что может заставить робота двигаться;
• где встречаются роботы дома и в городе;
• что умеют роботы и в каких областях им уже нашлось применение.

Оглавление

Выполни

1. Сравни исполнителя-человека и исполнитель-компьютер с помощью таблицы.

1. Составь короткий рассказ по результатам анализа этой таблицы.
2. Оформи таблицу и рассказ в текстовом редакторе.
3. Сохрани файл под именем «Исполнители» в папке «Моё портфолио».

Конструкция андроида

Человекоподобный робот состоит из нескольких основных частей:

• Голова — верхняя часть конструкции;
• Торс — основной каркас робота;
• Руки-манипуляторы с силовыми механизмами;
• Ноги-шагоход из двух нижних конечностей, если шасси, то гусеничного привода.

(Наглядная конструкция робота)

Вопреки распространенному мнению, что в голове андроида, как у живого человека, находится “мозг”, т.е. компьютер или центральный процессор, чаще всего в верхней части механизма располагаются другие элементы системы: видеокамеры, датчики, гироскоп. Это обусловлено сравнительно небольшими размерами “головы”, внутреннее пространство которой не способно вместить большой объем электроники.

Торс — наиболее защищенная часть робота. Во внутреннем пространстве каркаса размещают электронику, управляющую системой, автономный источник питания (аккумулятор).

(Классическая рука-манипулятор)

Захват/перемещение груза, выполнение других операций, включая действия с инструментом — задачи для верхних конечностей — манипуляторов. Кистевые окончания могут иметь форму и функцию кистей человека.

Роботы-андроиды передвигаются шагами на двух “ногах”. Шасси копирует антропологические особенности строения человеческого тела: ноги состоят из нескольких составных частей, соединенных суставами-шарнирами. Отдельные модели роботов способны бегать, т.е. перемещаться таким образом, что обе ноги в момент движения не касаются поверхности.

Для чего нужны роботы?

Робот нужен для того, чтобы заменить человека в тяжелых производственных или опасных условиях. Робот работает по заложенной в него программе, на основе получения информации от внешних устройств – сенсоров или по другому датчиков. Фактически любой робот копирует живые организмы и органы чувств людей, животных. То есть использует принципы такой прикладной науки как бионика.

Роботы могут работать автономно или управляться оператором, то есть человеком, который отдает команды. В промышленности обычно используются стационарные роботы, которые совсем не похожи на людей. Это различного вида

• станки
• производственные линии
• манипуляторы и прочее.

Роботы, похожие на людей, называются андроидами. Сейчас их больше используют как бытовые игрушки или как помощника по дому с очень ограниченным функционалом.

Роботов разделяют по категориям на много групп. Каждая классификация неполная и можно придумать много других.

Первый робот-музыкант

Спустя несколько сотен лет после Леонардо да Винчи, попытки создать искусственного человека предпринимал французский механик Жак де Вокансон. Если верить историческим документам, в 1738 году ему удалось создать робота, строение которого полностью копирует анатомию человека. Он не мог ходить, зато отлично играл на флейте. Благодаря конструкции из множества пружин и устройств для вдувания воздуха в различные части механизма, робот-флейтист мог играть на духовом инструменте при помощи своих губ и движущихся пальцев. Демонстрация робота прошла в Париже и была описана в научном труде «Le mécanisme du fluteur automate».

Схема медной утки Жака де Вокансона

Помимо человекоподобного робота, Жак де Вокансон создал роботизированных уток из меди. По своей сути они были механическими игрушками, которые умели двигать крыльями, клевать корм и, как бы странно это не звучало, «испражняться». Сегодня такие технологии выглядели бы крайне странно. К тому же, подобные игрушки уже можно свободно купить в любом детском магазине. Там найдутся как ходячие фигурки, так и сложные роботы с дистанционным управлением. Но сотни лет назад медные утки наверняка казались чем-то волшебным.

Самое главное: Алгоритмы и исполнители

Исполнитель — некоторый объект (человек, животное, техническое устройство), способный выполнять определённый набор команд.

Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково. Для каждого формального исполнителя можно указать: круг решаемых задач, среду, систему команд и режим работы.

Алгоритм — предназначенное для конкретного исполнителя описание последовательности действий, приводящих от исходных данных к требуемому результату, которое обладает свойствами дискретности, понятности, определённости, результативности и массовости.

Способность исполнителя действовать формально обеспечивает возможность автоматизации деятельности человека.

Введение

Постоянно общаясь с разными людьми, я как человек, некоторым образом по образованию и по роду профессиональной деятельности имеющий отношение к робототехнике, неоднократно сталкивался с различными трактовками понятия «робот». Собрания специалистов в области робототехники иногда сопровождались беспощадными дискуссиями на эту тему. Дискуссии бывали столь же бесплодными в попытке прийти к единому, всеми признаваемому определению, сколь и малоосмысленными, с точки зрения неспециалиста. Какой смысл в словесной эквилибристике, думает обычный человек, если она никак не помогает в решении практических задач?

И действительно, какой смысл?

Независимо от того, какое наиточнейшее определение изобретут сами робототехники, люди все равно будут считать роботом любую рукотворную (искусственно созданную) сущность (механическое устройство или компьютерную программу), которая движется, выполняет работу, производит вычисления — в общем, функционирует — без непосредственного присутствия человека. При этом дистанционное управление люди вполне допускают.

Ситуацию запутывают и сами робототехники, то вводя новые термины для различения роботов от не-роботов (например, «робототехническая система», или «робототехническое устройство», которое, как бы, не совсем робот, «недоробот» из-за недостаточной автономности), то называя роботами устройства, которые, согласно их же определениям, роботами не являются [2].

Программный код

Программных кодов, как и языков программирования, на которых их пишут, масса.

В первую очередь, языки программирования отличаются аппаратурой, на которую установятся готовые программы. Стиральная машина и микроволновая печь не прихотливы, в сравнении с Оперативной Системой компьютера или смартфона. Машинные языки программирования не многословны, во всех смыслах. Содержат минимальный набор команд, относительно короткие алгоритмы и не высокое количество циклов повтора. Сложные системы с разветвленными алгоритмами богаты набором используемых команд и методов построения «предложений».

Во-вторую очередь, программирование различается по объекту, который управляет программой. Управлять программой может машина или человек. Если это человек, язык обязан содержать в себе ряд функций для доступа пользователя к настройкам управления: кнопочки, списки, закладки и т.д. Машина справляется без них.

Можно совмещать объектно-ориентированное (управляет человек) и не объектно-ориентированное программирование. «Мостом» выступает компьютер: доступный и понятный интерфейс позволяет пользователю без труда совершать старт машинного алгоритма по «кнопкам» на ПК, после чего компьютер передает сигнал машине, запускает в ней алгоритм, не доступный пользователю, и работа успешно выполняется.

Яркий пример удаленной работы, при которой человек с компьютера частично управляет огромным механизмом – защитный «колпак» над Чернобыльской АС. Контроль над объектом осуществляется при помощи программного обеспечение, отслеживание осуществляется за счет специальных датчиков, камер и т. д. при визуальном содействии человека. Прямого доступа к объекту человек не имеет, но регулировать состояние, просматривать отчетность и частично управлять рядом элементов оператор может.