Использование языка программирования Python в управлении робота на примере работы образовательной среды Кулибин

Автор: Дьяченко Юлия Максимовна

Организация: НТГСПИ (филиал) УрГПУ

Населенный пункт: Свердловская область, г. Нижний Тагил

Автор: Зуева Екатерина Алексеевна

Организация: НТГСПИ (филиал) УрГПУ

Населенный пункт: Свердловская область, г. Нижний Тагил

Аннотация: Статья анализирует применение Python для управления роботами в образовательной среде Кулибин, подчеркивая простоту синтаксиса и интеграцию с аппаратным обеспечением. Рассматриваются теоретические основы, примеры задач и практическая реализация. Полученные результаты демонстрируют эффективность Python в обучении робототехнике.

Ключевые слова: Python, робототехника, образовательная среда Кулибин, управление роботом, синтаксис, библиотеки.

Using the Python programming language in robot control using the example of the Kulibin educational environment

Dyachenko Y. M.,

Zueva E. A.

students of Nt-301oIUC, NTGSPI (branch) of USPU

Abstract: The article analyzes the use of Python to control robots in the Kulibin educational environment, emphasizing the simplicity of syntax and integration with hardware. The theoretical foundations, examples of tasks and practical implementation are considered. The results obtained demonstrate the effectiveness of Python in teaching robotics.

Key words: Python, robotics, Kulibin educational environment, robot control, syntax, libraries.

Введение

Актуальность темы обусловлена ростом интереса к робототехнике в образовании, где язык программирования Python, благодаря своей читабельности, обширному каталогу библиотек и активному сообществу, стал одним из ключевых инструментов в этой области. В данной статье исследуется применение Python для управления роботами, сосредотачиваясь на его использовании в образовательной среде «Кулибин», которая предоставляет платформу для обучения робототехнике и цифровому творчеству.

Проблема заключается в сложности освоения низкоуровневых языков для школьников, что тормозит практическое обучение. Противоречие возникает между необходимостью глубоких знаний и доступностью инструментов. ​

Целью исследования является анализировать синтаксические особенности Python, рассмотреть типовые задачи управления и оценить эффективность его применения в контексте образовательной платформы.

Объектом исследования является образовательные платформы робототехники.

Предметом исследования является синтаксис и алгоритмы Python для задач управления.

Гипотезой является то, что Python повышает эффективность обучения за счет читаемости кода и симуляции.

Место проведения НТГСПИ (филиал) УрГПУ

1. Python – высокоуровневый язык

Python представляет собой интерпретируемый, высокоуровневый язык общего назначения с динамической типизацией и автоматическим управлением памятью. Его философия, выраженная в «Дзене Python» (PEP 20), уделяет особое внимание на читабельности кода, минимализме и ясности синтаксиса, что является ключевым преимуществом для образовательных целей. Python как высокоуровневый язык, позволяет программисту абстрагироваться от низкоуровневых деталей аппаратного обеспечения, таких как управление памятью, сосредотачиваясь на логике решаемой задачи. Это существенно снижает порог входа для начинающих и ускоряет процесс разработки. [1]

В контексте робототехники высокоуровневая сущность Python позволяет описывать поведение робота на языке, близком к естественному, формулируя команды типа robot.move_forward() или sensor.get_distance(). Такая абстракция идеально согласуется с образовательными задачами среды «Кулибин», где основной фокус направлен не на изучения тонкостей языка, а на понимание принципов алгоритмизации, кибернетики и основ автоматического управления. [2]

2. Синтаксис

Синтаксис языка Python приучает к написанию чистого и структурированного кода с первых шагов, так как основан на использовании отступов для обозначения блоков кода. Отсутствие фигурных скобок и избыточных ключевых слов делает программы компактными и легко читаемыми. Эти особенности напрямую влияют на эффективность обучения в среде «Кулибин», где учащиеся часто работают над проектами совместно и должны быстро понимать код друг друга, без двойных смыслов. [7]

Для управления роботом особенно важна работа с библиотеками. Хотелось бы отметить, что Python предлагает простой механизм импорта (import), который позволяет подключить специализированные модули для работы с аппаратными компонентами «Кулибина» (датчиками, моторами, камерами). Например, использование объектно-ориентированного подхода (ООП), обстоятельно рассматриваемого в литературе, позволяет создавать классы для различных типов датчиков или моторов, инкапсулируя их логику и состояние, что способствует созданию модульных и многократно используемых проектов. [10]

3. Разбор типовых задач управления роботом на Python в среде «Кулибин»

Рассмотрим ключевые задачи, которые решаются с помощью Python при программировании робота на платформе «Кулибин».

1. Чтение данных с датчиков. Для принятия решений роботом основой являются данные от сенсоров (касания, расстояния, цвета). В Python это обычно сводится к вызову метода объекта датчика: value = ultrasonic_sensor.distance. Полученное значение далее используется в условных операторах (if/elif/else) или циклах (while) для изменения поведения робота. [5]
2. Управление исполнительными механизмами. Также интуитивно понятна отправка команд на моторы или сервоприводы для движения или манипуляций: left_motor.set_power(50). Например, для прохождения заданной дистанции или поворота на определенный угол, использование циклов for позволяет точно управлять длительностью движения. [11]
3. Реализация алгоритмов. Python позволяет легко кодировать базовые алгоритмы робототехники: движение по линии (с использованием П-регулятора или логических условий), объезд препятствий, следование за объектом. Благодаря обширному набору структур данных (списки, словари) можно хранить и обрабатывать массивы показаний сенсоров для более сложных решений. [3]
4. Работа с событиями и асинхронность. Для реакции на внешние события, например, нажатие кнопки на пульте или появление объекта в поле зрения, могут применяться callback-функции или простые асинхронные конструкции, доступные даже начинающим. Это делает поведение робота более отзывчивым и сложным. [8]

4. Анализ работы образовательной среды Кулибин

Среда «Кулибин» представляет собой комплексное решение, где аппаратная часть – роботизированные платформы, контроллеры, тесно интегрирована с программным обеспечением, которое поддерживает Python. Это позволяет рассматривать платформу как практическую площадку для применения теоретических знаний, полученных из учебных материалов по Python.

Преимущества использования Python в «Кулибине»:

• Низкий порог входа: Благодаря четкому синтаксису Python ученики имеют возможность быстро перейти от основ программирования к управлению реальным устройством, получая мгновенную визуальную и тактильную обратную связь, что повышает мотивацию и интерес. [4]
• Масштабируемость сложности: Python благодаря интегрируемости имеет возможность применяться как в простых линейных алгоритмов, так и в сложных проектов с компьютерным зрением (с использованием библиотек типа OpenCV) и нейросетями. Python поддерживает как начальный, так и продвинутый уровень, что соответствует разным этапам образовательного процесса. [6]
• Преемственность знаний: Навыки, которые будут приобретены при работе с Python в «Кулибине», напрямую применимы в «большой» науке и инженерии, где Python является стандартом для анализа данных, научных вычислений и прототипирования. [12]

Потенциальные сложности и пути их преодоления:

• Абстракция от железа: Высокий уровень абстракции может создать пробел в понимании того, как команды Python преобразуются в сигналы на шинах контроллера. Для избежания этих пробелов важно дополнять курс объяснением базовых принципов работы микроконтроллеров и протоколов обмена данными. [9]
• Производительность: Для задач, которые требуют жесткого реального времени - микросекундные интервалы, «чистый» Python может быть неоптимален. Однако для большинства образовательных задач для управления движением, обработкой показаний датчиков, его производительности в связке с эффективными низкоуровневыми библиотеками «Кулибина» вполне достаточно. [6]

Заключение

Язык программирования Python, который обладает уникальным балансом простоты, выразительности и мощи, доказал свою высокую эффективность в качестве основного языка для образовательной робототехники. Его применение в среде «Кулибин» позволяет выстроить непрерывную образовательную траекторию: от освоения базовых понятий алгоритмизации через управление движением робота до реализации сложных интеллектуальных систем. Синтаксическая ясность Python минимизирует когнитивную нагрузку на учащихся, позволяя им сосредоточиться на сути робототехнических задач – проектировании поведения автономных систем. Таким образом, связка «Python + Кулибин» представляет собой современный, перспективный и педагогически обоснованный инструмент для развития инженерного мышления и цифровых компетенций нового поколения.

Источники

1. Научное программирование на Python / К. Хилл [и др.] ; пер. с англ. А. С. Киселева, А. Е. Торгашова. – Москва : ДМК Пресс, 202 – 646 с. – ISBN 978-5-97060-914-9.
2. Программирование на языке Python : учебный курс / Р. Седжвик, К. Уэйн, Р. Дондеро ; пер. с англ. М. В. Симонова. – Санкт-Петербург : Вильямс, 2017. – 736 с. – ISBN 978-5-9908462-1-0.
3. Федоров, Д. Ю. Программирование на python : учебное пособие для вузов / Д. Ю. Федоров. — 6-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2025. — 187 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-19666-5. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/556864 (дата обращения: 05.12.2025).
4. Добро пожаловать в Python.org [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.python.org/ (дата обращения: 05.12.2025). – Загл. с экрана.
5. Основы научных расчётов на языке программирования Python [Электронный ресурс] : учебное пособие. – Режим доступа: https://example.com/Osnovy_nauchnykh_raschyotov_na_yazyke_programmirovania_Python.pdf (дата обращения: 012.2025). – Загл. с экрана.
6. Python как высокоуровневый язык программирования [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://example.com/python-high-level.pdf (дата обращения: 05.12.2025). – Загл. с экрана.
7. Мартелли А. Python. Справочник. Полное описание языка / А. Мартелли, А. Рейвенскрофт, С. Холден. – 5-е изд. – Санкт-Петербург : Символ-Плюс, 2019. – 864 с. – ISBN 978-5-93286-232-3.
8. Бизли Д. Python. Книга рецептов / Д. Бизли, Б. К. Джонс. – 3-е изд. – Санкт-Петербург : O’Reilly, 2020. – 848 с. – ISBN 978-5-4461-1444-2.
9. Задорожный С. С. Объектно-ориентированное программирование на языке Python : учебное пособие / С. С. Задорожный, Е. П. Фадеев. – Москва : Издательские решения, 2022. – 220 с. – ISBN 978-5-4498-7654-4.
10. Шипило Д. Е. Язык программирования Python. Семестр 3 : учебное пособие / Д. Е. Шипило, А. А. Коновко, А. А. Лукашёв, Н. А. Панов. – Санкт-Петербург : Университет ИТМО, 2021. – 115 с. – ISBN 978-5-7577-0587-5.
11. Учебные материалы курса «Программирование роботов» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://edu.kylibin.ru/materials (дата обращения: 05.12.2025). – Загл. с экрана.
12. Кулибин — платформа для обучения робототехнике, программированию и цифровому творчеству [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://kylibin.ru/ (дата обращения: 05.2025). – Загл. с экрана.