Образовательный визуальный потоковый язык для программирования роботов

Визуальные предметно-ориентированные языки зачастую имеют низкий порог вхождения: даже ученики школ и дошкольных учреждений могут программировать на таких языках, оперируя визуальными моделями. Этот факт нашел широкое применение в образовательной робототехнике, где большинство используемых сред разработки основано на визуальных языках. Данная работа описывает новый потоковый визуальный язык программирования роботов для распространенных встраеваемых робототехнических платформ. Очевидно, что сложные потоковые визуальные языки трудны для понимания. Целью нашей работы было создание инструмента, представляющего собой переходную «ступень» между легковесными образовательными средами программирования, которые обычно предоставляют языки, основанные на модели потока управления, и сложными индустриальными средами, которые, в основном, предоставляют языки, основанные на модели потоков данных. В статье приводится сравнение широко распространенных сред программирования роботов с описанной в работе средой. Также в работе представлен краткий обзор популярных поведенческих архитектур для построения сложных систем управления роботами, таких как архитектура категорий Р. Брукса и «Колония» Д. Коннеля, и приведены идеи их выражения в новом языке программирования. Язык был создан с помощью предметно-ориентированного подхода. Он предоставляет возможность совмещать в себе две модели исполнения: пользователь может программировать как в терминах потоков данных, так и в терминах потока управления. Мы считаем, что это важно в образовательных целях. Программы на нашем языке состоят из множества «блоков» - визуальных представлений процессов трансформации данных, и «связей», которые визуализируют потоки данных между ними. В качестве апробации среды созданы различные по сложности программы управления роботами.

потоковые языки, потоки данных, визуальное программирование, образовательная робототехника, предметно-ориентированное моделирование, поведенческие архитектуры

1. Banyasad, O. (2000). A Visual Programming Environment for Autonomous Robots.

2. Simpson, J., Jacobsen, C. L., & Jadud, M. C. (2006). Mobile robot control. Communi-cating Process Architectures, 225.

3. Simpson, J., & Jacobsen, C. L. (2008, September). Visual Process-Oriented Programming for Robotics. In CPA (pp. 365-380).

4. Posso, J. C., Sampson, A. T., Simpson, J., & Timmis, J. (2011). Process-Oriented Sub-sumption Architectures in Swarm Robotic Systems. In CPA (pp. 303-316).

5. Diprose, J. P., MacDonald, B. A., & Hosking, J. G. (2011, September). Ruru: A spatial and interactive visual programming language for novice robot programming. In Visual Languages and Human-Centric Computing (VL/HCC), 2011 IEEE Symposium on (pp. 25-32). IEEE.

6. Johnston, W. M., Hanna, J. R., & Millar, R. J. (2004). Advances in dataflow programming languages. ACM Computing Surveys (CSUR), 36(1), 1-34.

7. Кузенкова А.С., Дерипаска А.О., Таран К.С., Подкопаев А.В., Литвинов Ю.В., Брыксин Т.А. Средства быстрой разработки предметно-ориентированных решений в metaCASE-средстве QReal. Научно-технические ведомости СПбГПУ, 142

8. Kuzenkova A., Deripaska A., Bryksin T., Litvinov Y., Polyakov V. QReal DSM platform-An Environment for Creation of Specific Visual IDEs. InENASE (pp. 205-211) 2013.

9. Brooks, R. A. (1986). A robust layered control system for a mobile robot.Robotics and Automation, IEEE Journal of, 2(1), 14-23.

10. Proetzsch, Martin, Tobias Luksch, and Karsten Berns. "The behaviour-based control ar-chitecture iB2C for complex robotic systems." KI 2007: Advances in Artificial Intelligence. Springer Berlin Heidelberg, 2007. 494-497.

11. Erwin, B., Cyr, M., & Rogers, C. (2000). Lego engineer and robolab: Teaching engineering with labview from kindergarten to graduate school. International Journal of Engineering Education, 16(3), 181-192.

12. Gomez-de-Gabriel, J. M., Mandow, A., Fernandez-Lozano, J., & García-Cerezo, A. (2011). Using LEGO NXT mobile robots with LabVIEW for undergraduate courses on mechatronics. Education, IEEE Transactions on, 54(1), 41-47.

13. Kuzenkova, A., Deripaska, A., Bryksin, T., Litvinov, Y., & Polyakov, V. (2013). QReal DSM platform-An Environment for Creation of Specific Visual IDEs. In ENASE (pp. 205-211)

14. Kim, S. H., & Jeon, J. W. (2007, October). Programming LEGO Mindstorms NXT with visual programming. In Control, Automation and Systems, 2007. ICCAS'07. International Conference on (pp. 2468-2472). IEEE.

15. Connell, Jonathan H. A colony architecture for an artificial creature. No. AI-TR-1151. MASSACHUSETTS INST OF TECH CAMBRIDGE ARTIFICIAL INTELLIGENCE LAB, 1989.

16. Arkin, Ronald C. Motor schema based navigation for a mobile robot: An approach to programming by behavior. Robotics and Automation. Proceedings. 1987 IEEE Interna-tional Conference on. Vol. 4. IEEE, 1987.

17. Rosenblatt, Julio K. DAMN: A distributed architecture for mobile navigation. Journal of Experimental & Theoretical Artificial Intelligence 9.2-3 (1997): 339-360.

18. Simpson, Jonathan, and Carl G. Ritson. Toward Process Architectures for Behavioural Robotics. CPA. 2009.

19. Кознов, Дмитрий Владимирович. Основы визуального моделирования. М.: Изд-во Интернет университета информационных технологий, ИНТУИТ.ру, БИНОМ, Ла-боратория знаний. 2008.

20. Rohmer, Eric, Surya PN Singh, and Marc Freese. V-REP: A versatile and scalable robot simulation framework. Intelligent Robots and Systems (IROS), 2013 IEEE/RSJ Interna-tional Conference on. IEEE, 2013.

21. Kirsanov, Alexander, Iakov Kirilenko, and Kirill Melentyev. Robotics reactive program-ming with F#/Mono. Proceedings of the 10th Central and Eastern European Software Engineering Conference in Russia. ACM, 2014.

22. Quigley, Morgan, et al. ROS: an open-source Robot Operating System. ICRA workshop on open source software. Vol. 3. No. 3.2. 2009.

23. Gerkey, Brian, Richard T. Vaughan, and Andrew Howard. The player/stage project: Tools for multi-robot and distributed sensor systems. Proceedings of the 11th international conference on advanced robotics. Vol. 1. 2003.