Березняк И. С.

Национальный исследовательский ядерный университет «Московский

инженерно-физический институт», Российская Федерация

Обучение методам и средствам робототехники в виртуальной среде при помощи специализированных языковых средств

Современные мобильные робототехнические комплексы (МРК) являются системами, управляющимися сложным программным обеспечением, проектирование и реализация которого является актуальной научной и технической задачей. Разработчикам управляющего программного обеспечения (УПО) МРК приходится решать задачи, связанные с разработкой различных компонентов и интеграцией их в единую связную систему. В частности, средств связи, фильтрации и обработки исходных данных, получаемых от сенсоров МРК, средств управления исполнительной аппаратурой МРК, средств высокоуровневого планирования и принятия решений, а также средств для инженерии знаний и, возможно, некоторых специализированных средств. Студентам и аспирантам, обучающимся методам проектирования УПО МРК и его компонентов, важно на практике изучить устройство и работу некоторого реального УПО МРК, а также экспериментально убедиться в эффективности или несостоятельности некоторых подходов и методов робототехники. Существующие средства, которые возможно использовать при обучении, требуют проведения обучающимся существенного объема работ, связанного с программированием на языках как высокого, так и низкого уровня, а также изучением спецификаций различных программных пакетов и аппаратных средств. Данный вид деятельности, несмотря на общий положительный образовательный эффект, зачастую может привести к тому, что обучающийся окажется отвлечен от изучаемого предмета, занимаясь, в сущности, типичной для любого инженера-системотехника работой.

С целью повышения концентрации внимания учащихся непосредственно на методах и средствах проектирования УПО МРК проводится разработка виртуальной учебной среды «РОНИФИ» (РОбототехника НИЯУ МИФИ). Разрабатываемая учебная среда представляет собой интегрированную программную среду, состоящую из средств имитационного моделирования МРК, набора низкоуровневых библиотек, встроенных средств инструментирования и интерпретатор предметно-ориентированного языка (именуемого языком действий). Предлагаемая учебная среда имеет оконный интерфейс, вид которого представлен на рис. 1. В левой части основного окна учебной среды находится вид системы имитационного моделирования МРК. Система имитационного моделирования МРК построена на основе свободного программного обеспечения «Stage»[1]. Правая часть основного окна содержит текстовый редактор, реализуемый средствами открытой библиотеки «Scintilla»[2], а также средства инструментирования и системный журнал.

Рис. 1. Вид основного окна разрабатываемого виртуальной учебной среды

Ученик при помощи встроенного текстового редактора вводит модель поведения МРК на языке действий. Язык действий разрабатывается авторским коллективом в рамках исследовательской работы по созданию интеллектуальных МРК[3-5]. В простейшем случае, модель поведения на языке действий описывается в виде формул, связывающих исполнительные устройства МРК и его датчики (в данном случае, виртуальные). В рамках модели поведения, составляемой обучающимся, возможно обращаться к низкоуровневым библиотекам таким, как OpenCV, FFTW и другим.

Таким образом, разрабатываемая виртуальная учебная среда позволяет изучать действие различных типовых для робототехники методов и алгоритмов и исследовать их свойства.

Работа выполняется при поддержке РФФИ (проект 10-07-00375-а).

Литература:

1) Проект «Player/Stage» URL: http://playerstage.sourceforge.net/ (дата обращения: 12.10.2012).

2) Нейлом Ходжсон, Библиотека «Scintilla». URL: http://www.scintilla.org/ (дата обращения: 12.10.2012)

3) Березняк И. С., Дюмин А. А. Разработка механизма обеспечения полуавтономного управления робототехническим устройством // Научная сессия МИФИ-2009. XII Московская международная телекоммуникационная конференция студентов и молодых ученых «Молодежь и наука». Тезисы докладов / под ред. В. Н. Гребенев, С. В. Синицын, Г. В. Рыбина [и др.]. Т. 2. М.: МИФИ, 2009. С. 159–161.

4) Bereznyak I. S., Chepin E. V., Dyumin A. A. The scripting software to provide semiautomatic control for mobile robotic system // Proceedings of the 11th international workshop on computer science and information technologies CSIT’2009. Ufa State Aviation Technical University: 2009.

5) Bereznyak I. S., Chepin E. V. Naturally Inspired Reactive Behavior Model Notation for the Mobile Robotics // Proceedings of the International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT’2010). Т. 2. 2010. С. 11–15.