LẬP TRÌNH ROBOT BẰNG PYTHON HAY C++ | NGÔN NGỮ NÀO PHÙ HỢP?

, ,

Cùng Học Viện Agile tìm hiểu về robot và trả lời câu hỏi nên lập trình robot bằng Python hay C++ để tối ưu hóa hiệu năng và tiết kiệm chi phí sản xuất phần cứng.

HIỆU NĂNG – YẾU TỐ ĐẦU TIÊN CẦN QUAN TÂM KHI LẬP TRÌNH ROBOT

Trong lập trình robot, hiệu năng là yếu tố quan trọng nhất. Hiệu năng ở robot được tính bằng thời gian robot thực hiện các tác vụ trên phần cứng. Chúng ta lấy ví dụ một robot lau nhà với các bánh xe để di chuyển khắp căn phòng. Chương trình chạy ở robot này phải đủ nhanh để các hoạt động như lấy dữ liệu từ môi trường bên ngoài, phân tích dữ liệu, truyền thông tin về tác vụ cần làm như rẽ trái, rẽ phải… được thực hiện mượt mà, nhanh gọn. 

Vòng lặp điều khiển ở Robot có tần số lên đến 100Hz

Vòng lặp điều khiển ở robot gồm 3 phần:

  1. Đọc dữ liệu 
  2. Cập nhật dữ liệu đến bộ điều khiển bên trong để đưa ra tác vụ mới
  3. Thực hiện tác vụ

Vòng lặp điều khiển nói trên được thực hiện liên tục, lặp đi lặp lại. Để robot hoạt động trơn tru, vòng lặp có thể chạy ở tần số 100Hz, đồng nghĩa với việc có hơn 100 lệnh mỗi giây được tạo ra. Bởi nguyên nhân này, ngôn ngữ được chọn để lập trình Robot phải đáp ứng được các yếu tố về hiệu năng và hiệu suất.

Ngoài yếu tố về hiệu năng, việc tối ưu hóa hoạt động của phần cứng và phần mềm cũng là điều cần được cân nhắc khi chọn ngôn ngữ lập trình robot, đặc biệt với các robot sẽ đưa vào sản xuất đại trà. Phần cứng của một robot với giá $50 sẽ có sự khác biệt rất lớn về hiệu năng khi so sánh với một chiếc máy tính $1,000 với đủ cả CPU, cores/RAM. Theo thống kê trung bình, các lập trình viên chương trình cho robot cần phải tạo ra một chương trình chạy ổn định và đạt tốc độ 2 milliseconds cho mỗi tác vụ trên phần cứng với mức chi phí tối thiểu. 

CHỌN NGÔN NGỮ NÀO ĐỂ LẬP TRÌNH ROBOT?

C++ và Python là hai ngôn ngữ phổ biến trong lập trình Robot. Các công ty tuyển dụng lập trình viên Robot thường yêu cầu người ứng tuyển phải thành thạo C++ hoặc Python, trong đó các công việc yêu cầu C++ chiếm đa số. Trong khi Python có ưu thế về sự đơn giản, dễ sử dụng, C++ đem lại hiệu suất cao, tốn ít tài nguyên phần cứng. 

C++ và Python – hai ngôn ngữ phổ biến nhất trong lập trình Robot

C++ | NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH ROBOT ĐƯỢC SỬ DỤNG NHIỀU NHẤT

C++ là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, cho phép người lập trình quản lý vùng nhớ. Một vùng nhớ được sử dụng lặp lại nhiều lần, nhờ đó cải thiện hiệu suất chương trình. Hầu hết những chương trình đòi hỏi tài nguyên hạn chế đều được ưu tiên viết bằng C++. Nhờ hiệu suất cao, tốn ít tài nguyên nên C++ thường được sử dụng để phát triển các chương trình robot, game… 

Ngôn ngữ này vẫn có nhược điểm như khá phức tạp, khó hiểu, dễ gây bỡ ngỡ cho người mới bắt đầu. Một nhược điểm nữa của C++  tràn vùng nhớ nếu không quản lý tốt và tái sử dụng kém hiệu quả.

Lập trình Robot bằng C++ đem lại hiệu suất cao, tốn ít tài nguyên

PYTHON | NGÔN NGỮ THÔNG DỊCH ĐƠN GIẢN, DỄ SỬ DỤNG

Python được sử dụng để lập trình robot khi các tác vụ không yêu cầu khắt khe về thời gian và tiêu tốn ít tài nguyên phần cứng. Ưu điểm vượt trội của Python là đơn giản, cho phép rút ngắn thời gian lập trình. Ngoài ra, Python là một ngôn ngữ thông dịch (interpreted language) trong khi C++ là ngôn ngữ biên dịch (compiled language). Sử dụng Python sẽ giúp giảm thời gian biên dịch, việc phát triển ứng dụng trở nên nhanh chóng, giải quyết khó khăn khi phải lập trình đa nền tảng bởi Python cung cấp công cụ để bắt các bugs dễ hơn. 

Lập trình Robot bằng Python – ngôn ngữ thông dịch, dễ sử dụng và fix bugs

KẾT HỢP C++ VÀ PYTHON TRONG LẬP TRÌNH ROBOT

Một số robot được lập trình bằng cả Python và C++. Ở thuật toán hoạch định chuyển động với phần cứng có giới hạn, C++ sẽ là lựa chọn tối ưu. Nhưng khi core of library đã được hoàn thành, bạn có thể sử dụng kết hợp Python Binding để code dễ dàng, đơn giản hơn. Python cũng có thể được sử dụng khi test một phần của chương trình, tạo bản chạy thử (prototype) , ví dụ như test chuyển động vật lý của robot.

Ngoài những đặc điểm nói trên, việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình còn phụ thuộc vào kinh nghiệm, khả năng của lập trình viên và thời gian dự án yêu cầu. Nếu bạn chuyên về lập trình C++ và có thể sử dụng C++ thành thạo, tốc độ nhanh như Python, bạn chỉ cần dùng C++. Trong trường hợp bạn có khả năng dùng cả C++ và Python nhưng không thành thạo, sử dụng C++ để lập trình những tác vụ quan trọng nhất, cần hiệu suất cao và Python cho những phần còn lại sẽ là giải pháp tối ưu.

Mong rằng bài viết đã đem đến thông tin bổ ích cho những bạn đang quan tâm đến lập trình. Để việc lập trình mang lại hiệu quả, lập trình viên có thể tìm hiểu thêm về Agile – tư duy phát triển phần mềm linh hoạt, giúp đưa sản phẩm đến tay người dùng càng nhanh càng tốt. Một dự án lập trình Robot nếu được phát triển theo mô hình Agile sẽ mang lại hiệu quả, thống nhất, nhanh chóng, giúp các bộ phận liên quan tương tác chặt chẽ với nhau hơn. Để tìm hiểu về mô hình này, hãy tham khảo tại đây nhé.