Robolab - programování robotů ze stavebnic LEGO

Roboti v továrenských halách už řadu let vykonávají práci za člověka mnohem
lépe, kvalitněji a rychleji. Poslední dobou se objevují malí mobilní roboti,

kteří mají vlastní zdroj energie, sami se pohybují a reagují na okolní měnící

se prostředí. Začínají se vyrábět jako automatické sekačky na trávu, myčky

podlah na velké plochy hal. Dokonce se už prodávají umělí psí mazlíčci roboti,

kteří při pohlazení vrtí ocáskem, chodí a štěkají jako živý pes. Nad tím se

mnozí lidé zamýšlejí a kladou si otázku hodnoty života, či otázku o nahrazování

zvířat a lidí roboty. Slovo robot vyvolává pořád v mnohých lidech rozpačité

pocity.



Robolab

Skládá se z RCX kostky, doplňkové soupravy, infračervené věže (dále jen IR věž)

a Robolab Softwaru na CD-ROMu.

Základem celé soupravy je RCX kostka. Jedná se o malý počítač který je uvnitř

velké LEGO kostky. Je vybaven třemi vstupními porty pro senzory označenými

čísly 1, 2, 3 a třemi výstupními porty pro motorky a světla označenými písmeny

A, B, C. Kostka má v sobě pískátko, které dokáže vyluzovat tóny.

Infračervený (IR) panel na čelní stěně přijímá a vysílá data, tím komunikuje s

jinou RCX kostkou nebo s IR věží napojenou na počítač. Kostka je napájena 6

tužkovými baterkami nebo adaptérem z elektrické sítě. Nové baterie by měly

vydržet asi 6 hodin plného provozu. Pro častější provoz je dobré si rozmyslet,

zda nepoužít tužkové akumulátory. Po zapnutí má kostka předprogramováno několik

demoprogramů, které testují funkčnost portů.

Doplňkových souprav existuje několik, liší se cenou, možnostmi a rozmanitostí

robotů, jež se z nich dají vyrobit. Doplňková souprava obecně obsahuje materiál

na stavbu modelů vozítek, vstupní a výstupní zařízení, která lze připojit na

porty RCX kostky. Modely se dají použít k práci, hře, učení. K dispozici jsou

tato vstupní zařízení:

- dotykový senzor kostička, zepředu obsahuje kuličku, která se dá zamáčknout



- světelný senzor rozlišující hodnoty 1 až 100 podle množství dopadajícího

světla, navíc si na cestu svítí červenou vysoce svítivou diodou

- tepelný senzor měřící teplotu od –20 do +50 ?C



- polohový senzor rozlišuje 16 pozic při otáčení osy kol



Výstupní zařízení jsou tato:



- elektromotorky mohou se pohybovat 2 směry 5 různými rychlostmi



- světelná kostka žárovka



IR věž ke komunikaci počítač RCX kostka je napájena 9voltovou baterkou, jež

vydrží asi 30 vysílacích hodin. Připojuje se k sériovému portu počítače.



Pomocí Robolab Softwaru lze ve vizuálním jazyce naprogramovat chování kostky na

různé podněty. Software je založen na prostředí LabView firmy National

Instruments, které např. použilo NASA v misi Mars Pathfinder k programování

sond a robotů. K produktu jsou dodávány manuály k použití softwaru a metodika

výuky částečně v češtině, jinak vše zatím anglicky.

Robot



První krok je postavit robota ze stavebnice. Měl jsem k dispozici starší

doplňkovou sadu Zábavný park (Amusement Park), z něhož jsem použil první model

ze čtyř různých Bumper Car vozítko s nárazníky, viz obrázek. Stavbu podle

návodu zvládne opravdu i dítě. Na portech RCX kostky jsou zapojeny motorky a

dotykové senzory. Pokud vozítko narazí na překážku, nárazník stlačí dotykový

senzor. Sám jsem k tomuto vozítku navíc připojil světelný senzor, kterým se

robot díval před sebe.

Druhý krok je vymyslet program řešící nějaký úkol robota a naprogramovat ho v

prostředí Robolab Software instalovaném na PC. Programování v Robolabu je

rozděleno na 2 úrovně Pilot a Inventor a každá z nich na 4 podúrovně, které

sledují jak metodiku výuky, tak stupeň vyspělosti v programování. Ukázky v

tomto článku jsou v Inventor Level 4, jenž má nejmenší počet omezení a využívá

všechny dostupné funkce. Program je posloupnost příkazů v podobě ikon spojených

vláknem od zeleného k červenému semaforu, což je vidět na obrázku. Každá ikona

odpovídá tomu, co má robot dělat. Např. první s písmenem A znamená, že se

motorek na portu A zapne a bude se otáčet ve směru šipky rychlostí 1.

Třetí krok je program nahrát do RCX kostky. Ta musí být zapnuta a v dohledu IR

věže. Při prvním použití se do kostky musí ještě nahrát tzv. firmware, to trvá

několik minut, a teprve pak lze nahrávat programy naprogramované v Robolabu.

Čtvrtý a poslední krok je program spustit na RCX kostce zeleným tlačítkem Run.

RCX kostka může obsahovat až 5 různých programů. Každý z nich může mít až 10

různých vláken, která mohou běžet současně multitasking. Dohromady se do RCX

kostky vejde 1 500 příkazů.

Chytří roboti



Robolab Software verze 1.x umožňuje naprogramovat pouze reaktivní chování,

robot jenom reaguje na podněty podle programu, nepoužívá žádné plánování

nevytváří si mapy svého prozkoumaného okolí, aby se v něm mohl lépe a rychleji

orientovat. Na to ani RCX kostka neposkytuje dostatek datových struktur.

Oproti verzi Robolab Software 1.x přináší jisté vylepšení Robolab Software 2.0.

Umožní naprogramovat zpětnou komunikaci z RCX kostky do IR věže. RCX kostka

pošle naměřené hodnoty počítači, ten je zpracuje a analyzuje, a třeba pošle

zpět RCX kostce výsledek. Bohužel jsem neměl příležitost Robolab Software 2.0

otestovat, protože se teprve v těchto chvílích začíná distribuovat. Určitě se

zde otevírá možnost programovat plánování a už o něco chytřejší chování robota.

Jak ale zdůrazňují představitelé firmy LEGO: „Nechceme vyrábět inteligentní

hračky, nýbrž hračky, které činí inteligentním svého uživatele.“ Při

programování skutečných robotů se využívá spousta poznatků z různých vědních

oborů. Robot si „osahá“ své okolí pomocí svých senzorů, jež mu vracejí hodnoty

naměřených fyzikálních veličin. Robot se jako každý jiný předmět řídí při

pohybu i v klidu různými fyzikálními zákony. Proto Robolab může sloužit nejen k

výuce programování, ale i fyziky nebo techniky.

Univerzální robot?



Když se prodávaly první domácí osmibitové počítače, existovalo mnoho výrobců.

Mnoho různých systémů nebylo vzájemně kompatibilních. Co bylo vyrobeno pro

jeden počítač, nedalo se použít pro druhý. Za to vše člověk docela draze

zaplatil. Dnes jsou skoro všechna PC kompatibilní, procesory používají stejné

nebo podobné instrukce, můžeme si vybrat periferní zařízení od různých výrobců,

a až na výjimky bez obav o funkčnost na našem konkrétním PC.

Podobný vývoj, k jakému došlo u PC, by se mohl odehrát i v oblasti robotiky.

Jádro každého robota by mohlo být univerzální s vstupními a výstupními porty

pro připojení obecných zařízení, a teprve podle druhu nasazení se k jádru

robota dodají nářadí, potřebná čidla, software, servis. S touto myšlenkou se

Robolab vyrábí a dodává jako učební pomůcka. Zatím nejsou roboti nijak levní a

jejich chování je málo inteligentní. Budoucnost bude určitě složitá. Ale už

dnes si s nimi mohou hrát na základních a středních školách děti a studenti, a

tím se skoro nevědomky učit spoustě nových věcí.



LEGO-DACTA Robolab



http://www.lego.com/dacta/

Distributor pro ČR: Eduxe, s. r. o.

Cena: celé soupravy pro 16 dětí (4 skupiny po 4) se pohybuje kolem 33 000 Kč,

což obsahuje 4 RCX kostky, 1 doplňkovou soupravu, 4 nebo 2 IR věže a software.