Programmation pour robots : langages et outils essentiels

Dans ce dossier, nous faisons un passage en revue des principaux langages de programmation destinés aux robots et des outils que les développeurs de logiciels en robotique aiment le plus utilisés. Cela fait quelques décennies que les robots font partie de notre paysage. Et couplés au potentiel de l’intelligence artificielle (IA), ils gagnent progressivement en autonomie et deviennent plus intelligents.

La corrélation entre la robotique et les langages de programmation vient du fait que ce sont ces derniers qui rendent la robotique possible. Sans plus attendre, explorons les logiciels auxquels les aspirants ingénieurs robotiques peuvent recourir pour programmer leur robot intelligent.

Langages et outils de programmation pour robots : quelques éléments d’introduction

Un langage est une série de signes servant à la communication. Dans la pratique, un émetteur exprime une information en direction d’un récepteur avec des éléments communs à tous les deux, de sorte que le message soit transmis le plus fidèlement possible. Dans le cadre humain, on utilise la langue maternelle de l’un ou de l’autre interlocuteur. Éventuellement, une troisième langue connue par les deux parties peut fonctionner.

En robotique, de deux choses l’une. Une communication entre robots, ou bien différents composants électroniques implique un langage, c’est-à-dire un protocole de communication déterminé dans la majorité des cas par les capacités des puces électroniques mises en œuvre. Dans le cas où c’est l’humain qui doit commander une action au robot, cela se fait sous forme d’un programme informatique que l’on va transcrire et fixer sur la mémoire d’une puce électronique.

Choisir le bon langage pour la programmation du robot est essentiel pour simplifier le travail. Cependant, cela se fait sous plusieurs contreparties. À savoir, minimiser les erreurs de traduction avec un langage limité ou choisir des consignes comprises par les puces électroniques, mais à travers des transformations complexes. Cela dit, il existe des robots qui supportent le langage graphique.

Des langages spécifiques aux robots

En vue d’inventer de nouveaux langages spécifiquement dédiés à la robotique, des initiatives sérieuses ont été mises en œuvre. Il y a eu par exemple les langages scriptés qui ont rendu possible la reconfiguration rapide de la gestion des capteurs, des enchainements de mouvements, des réactions aux phénomènes internes et externes, des algorithmes de traitement du signal, qui sont au centre du programme robotique.

Urbiscript qui a été imaginé par la société Gostai et l’a rendu en open source est aussi l’un des langages de programmation de robots les plus connus et qu’utilise d’ailleurs Pobot pour quelques-uns de ses projets.

BASIC et Pascal

Vétuste certes et peut-être aussi un peu dépassés par les nouveaux langages de programmation, Pascal et Basic n’en sont pas moins d’excellentes portes d’entrée dans le monde de la robotique. Surtout si vous êtes un programmeur débutant. Ces langages ont l’avantage de permettre une initiation facile aux aspects techniques et aux principes de la programmation robotique. Dans les faits, s’appuyant sur le langage Basic, Pascal se trouve être à la base d’un certain nombre de langages robotiques industriels les plus récents.

Scratch

S’adressant plus particulièrement aux programmeurs en herbe de 8 à 16 ans, Scratch a surtout conquis les enseignants de technologie. Il est idéal pour les débutants absolus en codage. C’est aussi le langage de programmation de robot préféré des lycées et des clubs de robotique.

Il s’agit d’un langage visuel exploité par les passionnés de robotique de par le monde. Quand vous programmez dans Scratch, des blocs de codage sont glissés et liés dans l’objectif de conférer au robot des fonctionnalités spécifiques.

Java

Permettant de construire des robots interactifs contrôlés à distance avec ses fonctionnalités de pointe, Java est assurément un langage incontournable pour la programmation robotique. La croissance de l’internet des objets ou IoT ainsi que l’intégration graduelle de la robotique aux technologies Web l’ont propulsé dans le rang des outils de programmation les plus précieux et aussi parmi les meilleurs langages.

D’ailleurs, au même titre que son environnement d’exécution Raspberry Pi. Node.js. Dans la conception de projets de robotique, Javascript autorise la programmation côté serveur. Les robots communiquent de façon transparente avec les interfaces Web.

Microsoft C#  et .NET

Le langage propriétaire ou privé C#a été développé par Microsoft et c’est généralement le studio de développement de Microsoft Robotics s’en sert. Cependant, il est possible de créer des systèmes de réseaux neuronaux avec des bibliothèques de programmation de robot C# et .NET. Ces langages sont sous licence, mais C# peut servir à programmer des projets robotiques avec du moins quelques restrictions.  

C et C++

À quelques exceptions près, on recourt au langage C lorsqu’un dispositif robotique souffre de limites de mémoire. Et inversement, le langage C++ sert généralement à programmer des dispositifs n’ayant pas de limite de mémoire. Parmi les langages de programmation actuellement utilisés en robotique, C et C++ sont vus par beaucoup de développeurs comme étant des langages les plus développés.

Ils autorisent une interaction facile avec un matériel de qualité moindre. Mais en plus, leurs fonctions, ressources d’apprentissage et outils multiples en font des langages de programmation populaires.

Python

Largement connu également et populaire à travers le monde, Python est très utilisé, car il est facile d’utilisation. Doté de fonctionnalités pratiques et bénéficiant du soutien d’une vaste communauté de programmeurs, ce langage de programmation est devenu crucial dans le secteur de la robotique. Les développeurs apprécient ses fonctionnalités de codage qui leur permettent de gagner du temps. Considéré comme langage de programmation de haut niveau, Python est utilisé pour construire des dispositifs robotiques intégrant des systèmes embarqués.

MATLAB

D’une puissance remarquable, MATLAB permet à la fois d’intégrer la programmation, la visualisation et le calcul. La grande polyvalence de ce langage de programmation est parfaitement adaptée au domaine des robots. Développeurs de logiciel, roboticiens, ingénieurs, peuvent exploiter son riche environnement de programmation open source pour concevoir, tester et simuler des applications, lesquelles sont dissociables au fonctionnement efficace et flexible des robots.

Lisp

Au départ, Lisp a été conçu pour la notation mathématique appliquée aux logiciels informatiques. Il fait partie des plus anciens langages de programmation.

En dépit de cela, il est toujours utilisé pour coder une variété de composants essentiels du système d’exploitation d’un robot. Raison pour laquelle dans le domaine de l’intelligence artificielle, Lisp est aussi vu comme un langage de pointe.

Pour citer quelques-uns de ses points forts, il permet une gestion automatique du stockage des données, dynamise le typage. Par ailleurs, il présente des fonctions d’ordre élevé..

Arduino

Arduino est une plate-forme électronique open source qui réunit des logiciels et du matériel permettant de construire toutes sortes d’appareils numériques. Ce n’est pas à proprement parler un langage de programmation. Dans la robotique, il met à disposition une méthode multiplateforme à coût maîtrisé, permettant la programmation de robots.

Ce qui confère à ces derniers un comportement flexible dans toutes les conditions environnementales. Basé sur Wiring, Arduino ressemble au langage C. Pour connecter les capteurs, le système de contrôle du robot, les actionneurs, il fournit aussi divers outils et fonctionnalités à travers l’Arduino Robot Toolkit.

Quelques exemples de logiciels open source pour la robotique

Voici quelques exemples de logiciels et de plateformes open-source utilisables en robotique et qui peuvent aussi servir à la réalisation des projets requérant des interactions avec du matériel électronique amateur.

• Arduino (programmation de cartes électroniques)
• PureData (approche sans langage et graphique)
•  Processing (codage d’applications multimédia connectées)
• Kicad (conception de circuits imprimés et schémas) 

Les plateformes en open-source :

• Microsoft.NET microFramework (système embarqué)
•  Langage de script Urbi (robots mobiles)
•  NXJ (langage Java pour robots Lego NXT)
• Boîte à outils MRPT (programmation de robots mobiles)
• ROS (robots mobiles). Ce framework Robot Operating System est adopté à large échelle et procure une collection d’outils, de conventions et de bibliothèques. Offrant un vaste écosystème de packages préexistants, ROS a l’avantage de simplifier le processus de développement grâce à une architecture modulaire.

Quels Frameworks pour la programmation des robots ?

Les frameworks fournissent des outils et une structure facilitant le développement des applications.  En matière d’apprentissage par exemple, NuPic qui fonctionne sur Linux/Unix constitue une bibliothèque d’apprentissage automatique. Et Waffles, un toolkit ou boîte à outils de commande sert à l’apprentissage des robots.

Pour le contrôle des robots, on peut citer Brain, qui est un réseau neuronal, Orocos, Player ou encore Carmen. Ce sont des interfaces entre les logiciels et les robots. La bibliothèque de Robotnav permet le déplacement. Un exemple de frameworks connu dans la reconnaissance d’objets peut être LibCCV et pour la vision par ordinateur (réalité augmentée), FastCV.

En amont de la programmation, il faut une bonne compréhension du matériel du robot avec lequel vous travaillez. Entendez par cela les éléments constituant le robot comme les capteurs, les moteurs. Appréhender leur fonctionnement aide à écrire des programmes plus efficaces.

Après cela et le choix du langage débute la programmation. Le programme est déterminé par ce que l’on souhaite que le robot fasse.

L’apprentissage automatique et l’IA, principales tendances émergentes de la robotique, ont révolutionné diverses industries, dont celle-ci, justement. L’implémentation de ces technologies de pointe dans les systèmes robotisés permet dorénavant de créer des machines intelligentes. Capables de faire des tâches complexes avec une grande précision, elles peuvent aussi apprendre et s’adapter.