Robotisaatiota ei tarvitse seurata sivusta. Robottien logiikkaan voi perehtyä rakentamalla niitä itse. Se onnistuu aloittelijaltakin ja vieläpä hyvin edullisesti. Näin rakennat robotin itse.
Teksti: Olli-Pekka Komonen
Robottien rakentelu on hauska harrastus, ja se opettaa taitoja, joista on hyötyä tulevaisuuden työelämässä. Robottien kanssa leikkiessä tulee opittua kuin varkain ohjelmointia ja esineiden internetin rakentamista. Mutta miten pääsisi alkuun?
1. Robotin rakentaminen alkaa aivoista
Kaiken perusta on rakennusalusta, mikrokontrolleriksi kutsuttu laite. Tunnetuin ja paras aloittamiseen on rakentelun vallankumouksen aloittanut, Italiassa kehitetty mikrokontrolleri Arduino. Se on sekä elektroniikka-alusta että ohjelmointiympäristö, käytännössä robotin aivot. Se on kuin minikokoinen tietokone, jossa on sisään-ja ulostuloliitännät.
Arduino ei ole ainoa vaihtoehto rakennusalustaksi. Yhden piirilevyn tietokone Raspberry Pi on myös suosittu laite, joka sopii monimutkaisempiinkin projekteihin. Raspberry Pi on helppo kytkeä internetiin, ja siihen saa kiinni myös kameroita ja muita usb-laitteita.
2. Rakenna robottiisi myös muita osia
Minitietokoneen lisäksi rakenteluun tarvitaan erilaisia komponentteja. Erilaisista vempeleiden verkkokaupoista löytyy valmiita settejä, joihin on Arduinon lisäksi kasattu muita rakenteluissa tarvittavia osia, kuten kaapeleita, ledejä, nappuloita, pikkunäppäimistöjä ja releitä. Niillä voi tehdä vaikka liiketunnistimen ja kaiuttimen avulla hälytyssummerin, joka ilmoittaa, jos kissa kiipeilee kielletyssä paikassa. Myös eritasoisia valmiita robottirakennussarjoja on tarjolla.
Komponentteina voi käyttää myös vaikka kotoa haalittuja vanhoja paristokäyttöisiä autoja tai vaikka legoja, joita voi hyödyntää rakentelussa. Harrastajan kannattaa hankkia myös juotoskolvi ja yleismittari. Kolvin avulla rakentelu muuttuu astetta ammattimaisemmaksi. Yleismittarin avulla on helppo opetella tarkistamaan eri osien toiminta, esimerkiksi kulkeeko johdossa sähköä vai ei.
Rakentelu on helppo aloittaa noudattamalla valmiita ohjeita, joita voi soveltaa opin karttuessa. Rakentaminen on paras rajata vain paristoilla toimiviin laitteisiin. Pienikin hutilointi 230 voltin sähkövirran kanssa voi johtaa vakaviin seurauksiin.
3. Käskyt annetaan koodaamalla
Arduinon liitäntöihin saa kiinni melkein minkä tahansa sähköisen laitteen tai kytkimen. Pienellä kortilla on pitkä rivi reikiä, joihin voi tökätä johtoja ja niihin laitteet ja kytkimet. Arduinon sisään tuleviin liitäntöihin voi laittaa vaikkapa ovikellon tapaisen kytkimen ja ulostuleviin liitäntöihin esimerkiksi pienen lampun.
Jotta robotti tietäisi, mitä kytkimellä ja ovikellolla tehdään, sitä on ohjeistettava koodaamalla. Koodilla annetaan robotille käsky, mitä tehdä ja mitä tekemisestä seuraa. Robotin ohjelmakoodin syöttämiseen tarvitaan tietokone ja Arduinon sivuilta löytyvä ilmainen ohjelmointiympäristö.
Ohjelmointiympäristön ei pidä antaa pelottaa. Kyseessä on hyvin yksinkertainen ohjelma, johon koodirivit kirjoitetaan. Sen jälkeen ne lähetetään itse Arduinoon usb-kaapelia pitkin. Arduinon ohjelmointikieli perustuu suoraan C/C++ -kieleen. Käytännössä minkä tahansa ohjelmointikielen osaaminen on eduksi, mutta perusteet oppii nopeasti, vaikkei aiempaa ohjelmointikokemusta olisi ollenkaan.
Koodinpätkät ovat lyhyitä komentosarjoja. Esimerkiksi valon sytyttävä ohjelmakoodin pätkä on vain muutaman rivin mittainen. Yksinkertaistettuna siinä kerrotaan ensin Arduinolle, että painonappi on reiässä numero 1 ja valo reiässä numero 2. Kun napin painaminen huomataan reiässä 1, lähetetään sähköä reikään 2, ja valo syttyy.
4. Lisäosien avulla rakennat robottiin vaikka kauko-ohjattavat valot
Valmiita koodeja löytyy netistä ja Arduinon omilta sivuilta. Yksinkertaisimmilla koodeilla Arduinon oma led-valo saadaan vain vilkkumaan.
Arduinon koodeissa on kommentteja, joista näkee, mitä ohjelma milläkin rivillä tekee. Lisää ohjeita niin koodien kuin rakentelun osalta löytyy esimerkiksi Instructables.com-palvelusta.
Arduinoon voi ostaa edullisesti erilaisia komponentteja. Parilla eurolla saa infrapunasäteitä ymmärtävän osan. Tämän avulla Arduino saadaan ymmärtämään television kaukosäädintä. Ulostulopuolelle voi asentaa vaikkapa kolmet eriväriset jouluvalot, ja kirjoittaa lyhyen koodipätkän, joka sytyttää valitusti milloin punaiset siniset tai violetit lamput. Kauko-ohjattavat valot syntyvät aloittelijaltakin yhdessä illassa.
Sisääntuloon voi kytkeä myös vaikkapa kukkaruukkuun asetetun kosteusmittarin ja ulostulon voi määritellä käynnistämään vanhasta leluautosta lainattu moottorin, joka kääntää kastelukannua, kun tietty kosteusprosentti alittuu. Ja kas, meillä on itse tehty robotti!
Arduinosta voi rakentaa myös liikkuvan robotin, kun siihen kytkee ultraääniä lähettävän ja vastaanottavan tutkan. Ulostuloon voidaan asentaa sähkömoottorit, ja kohta kasassa onkin lattialla kulkeva, ja esteitä väistelevä robotti!
Arduinon ympärille voi rakentaa robotin lisäksi lähes mitä tahansa. Netistä löytää ohjeita, joiden avulla voi rakentaa vaikkapa automaattisen kissojenruokintalaitteen, klassisen Pong-videopelin, portaat pianon koskettimiksi muuttavan laitteen tai syntetisaattorin.
Robotin rakentaminen on hauskaa ja se opettaa valmiuksia ja taitoja, joista on hyötyä myöhemmin työelämässä. Osaamisen karttuessa tulee samalla opittua kuin varkain ohjelmointia ja esineiden internetin rakentamista.
Lue myös:
Kaikki artikkelit