СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2015

РОБОТОТЕХНИКА 15 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2015 Электрическая часть Соединительные провода, различные датчики, блоки управления, источни- ки питания и прочее – всё это элек- трическая часть. Упомянутый выше гусеничный робот нуждается в источ- нике энергии для приведения в дви- жение гусениц. Эта энергия поступает в виде электричества, передающегося по проводам от батареи. Даже маши- нам с двигателями внутреннего сгора- ния требуется электрический ток: для запуска двигателя. Поэтому большин- ство таких машин оснащено аккуму- ляторными батареями. Электрическая часть включает в себя и блоки управле- ния двигателями, которые часто явля- ются электромоторами. Для опреде- ления температуры, звука, местопо- ложения и уровня заряда батареи для восприятия роботом окружающей сре- ды и своего состояния используются электрические сигналы. Также робо- там требуется некоторое количество электрической энергии, подаваемой на моторы и/или датчики для того, что- бы включаться и выполнять основные операции. Электрическая часть роботов может включать в себя источники питания, актуаторы (исполнительные элемен- ты), различные датчики, управляющую электронику и прочее. Программная часть Пожалуй, самой важной частью любого робота является его программ- ная составляющая. Используя про- грамму, робот решает, когда и как что- либо делать. Вновь обратимся к приме- ру с гусеничным роботом. Мы хотим, чтобы он передвигался, но даже если он имеет правильную механическую конструкцию и получает достаточное количество энергии от аккумулятор- ных батарей, он не движется. Почему? Что на самом деле заставляет робота двигаться? Это его программа. Даже если у вас есть пульт дистанционного управления (ДУ), и вы нажали кноп- ку, заставляя его двигаться вперёд, то по-прежнему будет нужна программа, относящая нажатую кнопку на пуль- те ДУ к действию движения вперёд. Программы являются ядром робота, он может иметь великолепную меха- нико-электрическую конструкцию, но, если его программа создана некоррек- тно, то выполняемая им работа будет сделана недостаточно хорошо, а то и не сделана вовсе. Есть три различ- ных типа программ для роботов: ДУ, ИИ и гибридная. Аббревиатура «ДУ» расшифровывается как «Дистанцион- ное управление», робот с этим типом программы имеет уже существующий набор команд, которые будут выпол- нены в случае, если он получит сигнал от источника управления. Большую часть времени источником управле- ния является человек с пультом дис- танционного управления. Возможно, рассматривать устройства, управляе- мые напрямую командами человека, более целесообразно в области авто- матизации, а не робототехники. «ИИ» расшифровывается как «Искусствен- ный интеллект». Роботы с программой такого рода взаимодействуют с окру- жающей средой самостоятельно, без источника управления. Роботы с ИИ генерируют решения для объектов/ задач, с которыми они сталкиваются, используя ПО для решения, понима- ния, обучения и/или создания. Гибрид- ные программы включают в себя как функции ИИ, так и ДУ. Например, робот, который может работать авто- номно, сталкивается с проблемой, генерирует два решения, как систе- ма ИИ, а затем полностью полагается на оператора, чтобы решить, что сде- лать, выступая уже в роли дистанци- онно управляемой системы. В СТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ Понятие «робототехника» в наши дни тесно связано с понятием «встраивае- мая система». Роботы включают в себя целый набор различных встраиваемых систем, используемых для восприятия, реализации перемещений и управ- ления. Встраиваемая система представляет собой комбинацию компьютерного аппаратного и программного обеспе- чения и может быть дополнена меха- нической или электронной частью для выполнения заданной функции [3]. Хорошим примером является микро- волновая печь. Хотя она есть во многих домах, немногие осознают, что непо- средственное участие в приготовлении обеда или ужина принимают компью- терный процессор и программное обе- спечение. Разработка встраиваемой системы для выполнения заданной функции существенно отличается от разра- ботки программного обеспечения на персональном компьютере. Послед- ний также включает аппаратное, про- граммное обеспечение и механиче- ские компоненты (например, жёсткий диск). Однако персональный компью- тер не разрабатывается для выполне- ния конкретной функции. Правильнее будет сказать, что он является универ- сальным устройством для выполнения множества различных операций. Часто для того, чтобы более точно отразить это различие, используется термин «компьютер общего назначения». Про- изводитель компьютера не знает, как потребитель будет его использовать. Кто-то может использовать его в каче- стве файлового сервера, кто-то – для компьютерных игр, а некоторые будут производить на нём научные вычис- ления. Зачастую встраиваемая система является частью некоторой боль- шой системы. Например, современ- ные автомобили и грузовики содер- жат множество встраиваемых систем. Одна встраиваемая система распозна- ёт и ликвидирует блокировку колёс при торможении, другая отслежива- ет и управляет газораспределением, третья отображает информацию на панели управления. В большинстве случаев автомобильные встраиваемые системы обмениваются данными через информационную сеть. Важно отметить, что интерфей- сы компьютеров общего назначения созвучны встраиваемым системам. Например, обычный персональный компьютер имеет клавиатуру и мышь, являющиеся, в свою очередь, встраи- ваемыми системами. Каждое из этих периферийных устройств содержит процессор и программное обеспече- ние для выполнения специфической функции. Другим примером служит сетевая карта Ethernet, которая необ- ходима для приёма и передачи циф- ровых данных при проводном соеди- нении. И это всё, для чего она предна- значена. Наличие процессора и программ- ного обеспечения во встраиваемой системе может быть незаметным для пользователя устройства. Как в случае с микроволновой печью, MP3-плеером или будильником. В некоторых случаях можно даже построить функциональ- но эквивалентное устройство, которое не будет содержать процессора и про- граммного обеспечения. Это легко реализовать, заменив, например, ком- бинацию процессора и программно- го обеспечения специализированной интегральной схемой, предназначен- ной для выполнения той же самой функции. Однако комбинация про-