TRIK Studio — это среда визуального и текстового программирования образовательных конструкторов роботов.
Общие сведения об учебном программировании роботов
Сегодняшнее состояние школьного образования в сфере информатики можно считать сбывшимися пророчествами Сеймура Пейперта. Еще в 1967-ом году он предложил в качестве исполнителя «черепашку Logo», которая до сих пор повсеместно применяется для обучения школьников азам программирования. Не столь известным является тот факт, что наряду с виртуальным исполнителем, Пейперт в своих экспериментах применял механического робота-черепашку, который управлялся при помощи компьютера. Это обстоятельство помогало сделать процесс обучения программированию более увлекательным.
Задача программирования робота, сформированного из конструктора, считается более сложной, чем управление виртуальной «черепашкой», поскольку программы должны быть реализованы в терминологии мощностей моторов и величин сигналов с датчиков вместо фактических перемещений и поворотов. Поэтому при реализации внедрения подобных конструкторов в учебные процессы большое внимание должно быть уделено средствам их программирования. Причем достаточно популярными считаются визуальные языки, так как они являются более наглядными, чем текстовые языки и более простые в изучении.
Процесс программирования в подобных средах выполняется, как правило, «перетаскиванием» графических примитивов при помощи компьютерной мышки, иногда это позволяет программировать роботов даже детям, еще не умеющим читать. Популярность визуальных языков в образовательной робототехнике подтверждается количеством сред программирования учебных роботов, использующих такие языки.
Сегодня научная сфера образовательной робототехники является очень перспективной, о чем свидетельствует, к примеру, тот факт, что в течение последнего десятилетия практически все ведущие университеты мира занимались разработкой собственных решений. На основании подробного обзора всех ранее созданных сред можно сделать вывод о том, что невзирая на обширный набор инструментов в данной области, ни один из них не способен удовлетворить требованиям большинства образовательных учреждений. Практически все такие среды способны реализовать лишь самый общий и необходимый функционал (редактор визуальных диаграмм и возможность исполнения их на роботе с отладкой на компьютере или в автономном режиме). Тем не менее в них нет более специализированных средств обучения программированию, таких как, возможность генерации читаемого кода по визуальной диаграмме, позволяющей облегчить переход с визуального языка на текстовый, возможность отладки программы на виртуальном симуляторе робота или встроенные средства проверки правильности исполнения задания, что позволило бы автоматизировать часть обязанностей, входящих в компетенцию преподавателя.
Программирование роботов в среде TRIK Studio
TRIK Studio является средой визуального и текстового программирования образовательных конструкторов роботов. TRIK Studio возникла как продолжение проекта кафедры системного программирования СПбГУ QReal:Robots. В официальной версии присутствует поддержка конструкторов Lego Mindstorms NXT, Lego Mindstorms EV3 и ТРИК. Любой из этих конструкторов можно запрограммировать на одном из двух визуальных языков, а именно, на более простом, построенном на модели потока управления, или более сложном языке программирования потоков данных. А также можно программировать на одном из нескольких текстовых языков.
Программа на визуальном языке, то есть, визуальная диаграмма, обладает следующими режимами работы:
- Режим отладки на симуляторе.
- Режим отладки на компьютере с отправкой пакетов роботу по одному из имеющихся каналов (USB, Bluetooth, Wi-Fi).
- Режим генерации кодов на текстовом языке с дальнейшим автономным выполнением их на роботе.
В режиме отладки на симуляторе диаграмма должна быть интерпретирована на двумерной имитационной модели робота. Пользователям предоставляется возможность изобразить двумерную модель мира из стенок, цветных компонентов и разметки регионов. Данная возможность, по замечаниям пользователей, представляется чрезвычайно удобной для первоначальной отладки программы перед каким-нибудь взаимодействием с роботом. Опыт применения показал, что в редакторе модели мира можно создавать очень много полей и полос препятствий, которые используются на соревнованиях по спортивной робототехнике. Наличие симулятора предоставляет возможность обучать пользователей программированию и кибернетике в образовательных учреждениях, не имеющих реальных роботов. Имеется также экспериментальная поддержка отладки при помощи трехмерного симулятора роботов V-Rep.
Процесс отладки на компьютере с отправкой команд роботу (в режиме интерпретации в терминах среды) удобен, поскольку позволяет отследить поведение программы на целевом устройстве в реальном масштабе времени. В режиме интерпретации возможно отследить величины переменных в соответствующем окне среды (аналогичном, к примеру, окну поддержки отладчика gdb в разных текстовых IDE), а, кроме того, строить в реальном масштабе времени графики величин сигналов с датчиков.
Режим генерации кода дает возможность перехода от визуального отображения программы к текстовому. Тестовый код может отображаться во встроенном редакторе qscintilla, который имеет возможности полноценного редактора кода (подсветка синтаксиса, автоматическое дополнение, подсветка скобок, отмена, повтор и так далее). В дистрибутиве среды имеются весь необходимый инструментарий для формирования и передачи программ на робота (набор кросскомпиляторов, WinSCP, Putty и так далее), поэтому процесс компиляции и взаимодействия с контроллером робота становится целиком прозрачным для пользователя. Необходимо отметить, что пользователи, выступающие в роли новичков, до определенного момента могут даже не догадываться о его существовании.
