Haaveena oma peltipalvelija? Johdatus yksinkertaisen robotin tekemiseen kotioloissa

Robotit ovat scifin peruskauraa, mutta niiden rakentaminen onnistuu nykyisin myös kotioloissa. Eikä harrastus ole edes kallis. Dome.fi luo nyt katsauksen robotiikan perusteisiin ja tutkii, mistä on pienet robotit tehty.

Nykymääritelmän mukaan robotti on fyysisessä ympäristössä toimiva, tietokoneohjattu kappale, joka suorittaa tiettyä tehtävää. Yksinkertaistettuna se koostuu sensoreista, koneistoa ympäröivästä kuoresta sekä ohjelmistosta, koodista. Perustana on piirilevy, johon kaikki tarvittavat komponentit ovat kytköksissä.

Sensorit eli anturit ovat oleellinen osa robottia. Ne havaitsevat ympäristön muutoksia ja lukemattomat erilaiset variaatiot mahdollistavat esimerkiksi etäisyyksien mittaamisen, äänen tunnistuksen ja lämpötilan kartoittamisen. Lisäksi mukaan voidaan liittää kaiuttimia, ledejä, näyttöjä, johtoja ja kytkentälevyjä.

Suuren kokonsa vuoksi Arduino UNO on hyvä valinta ensimmäiseksi piirilevyksi

Helpoimmin robotiikan maailmaan pääsee sisälle ostamalla jonkin valmispaketin, joka sisältää tarvittavat osat ja ohjeet robotin kokoamiseen. Valikoimaa on runsaasti aina minikokoisista autoista ja tuulimyllyistä elektroniseen lemmikkiin. Hinnat vaihtelevat kymmenestä runsaaseen sataan euroon.

Pienten harjoitusten tekeminen on suositeltavaa ja nostaa itsevarmuutta tarttua myös monimutkaisempiin töihin. Yksi kannattavimmista vaihtoehdoista omien suunnitelmien toteuttamiseen on hankkia Arduinon valmistama starter-kit. Tämä sadan euron aloituspaketti sisältää piirilevyn lisäksi rutkasti laadukkaita komponentteja, sensoreita sekä kattavan kirjasen niihin liittyvistä projekteista ohjeineen.

Vaikka tiettyä koodin luku-ja kirjoitustaitoa tullaankin tarvitsemaan, voidaan silti huomata, ettei ainakaan aluksi tarvitse sovitella mestariohjelmoijan viittaa harteilleen, jotta oman robotin voisi toteuttaa kunnialla. Koodia ei tarvitse kavahtaa ja sitä voi harjoittaa tutkimalla valmiiksi kirjoitettuja, rivi riviltä kommentoituja lähdekoodeja. Kehittymisen kannalta on tärkeää tietää miten ja miksi jokin toimii juuri tietyllä tavalla.

Esimerkiksi jääkaappihälyttiminen koodi voisi selkokielelle käännettynä olla: ”Kun havaitset liikettä metrin säteellä niin soita 30 sekuntia kestävä korkea ääni. Sitten lopetat kunnes taas havaitset liikettä.”

Aloita rohkeasti

Kun suunnitelmat ovat piirtyneet ajatuksista paperille, niin on aika lähteä toimeen.

Robotille kannattaa ensin rakentaa ranka, johon koneisto kiinnitetään. Materiaaliksi käy oikeastaan mikä vain mitä sensorit pystyvät kannattelemaan. Tukirakenteiden lisääminen on suositeltavaa. Robotin rankana voi toimia niin vanha pehmolelu, legopalikat kuin muovipaloista ja kuumaliimasta kyhätty rakennelmakin.

Sensoreiden kohdalla asia saattaa olla monimutkaisempi. Ensinnäkin on mietittävä robotin käyttötarkoitusta. Varashälytin, automaattinen ovenavausjärjestelmä, olutpullonavaaja ja keskustelukaveri vaativat kaikki erilaisen lähestymistavan niin tarvikkeineen, osineen, koodeineen kuin vaatimustason kartoituksineen. Aloittaessa mielikuvituksen ja luovuuden virtausta ei missään tapauksessa tarvitse kuitenkaan alkaa patoamaan vaan kaikki ideat kannattaa kirjata ylös.

Toteutukseen siirryttäessä saattaa huomata, että suunnitelman näennäisesti hankalat mietelmät saattaa pystyä toteuttamaan yksinkertaimmin kuin oli kuvitellut.

Tärkeintä on pyrkiä jakamaan robotin toiminnot eri osiin ja sitä kautta lähteä pohtimaan kokoonpanoa. Sanotaan vaikka, että haluat rakentaa pöllöä muistuttavan puutarhavahdin, joka karjaisee ilmaan korvia huumaavan rääkäisyn havaittuaan tunkeilijan. Näiden tietojen perusteella pystytään päättelemään, että höyhenien lisäksi tarvitaan myös sään kestävää materiaalia, ääntä ja liikettä tuottavat sensorit sekä tietenkin jotakin, joka laukaisee hälytyksen. Kaikki tämä tulee raudan lisäksi näkymään myös koodissa.

Huomion arvoista on se, että robotti ei tee yhtä ainoaa elettäkään palvellakseen tarkoitustaan, jollei sille ole sitä kerrottu.

Arduino UNO yhdistettynä kytkentälevyyn. Musta sensori analysoi lämpötilan, jonka perusteella sytytetään yksi kolmesta LEDistä.

Halpaan ei kannata tyytyä

Aloittelijan ei välttämättä kannata ryhtyä tilaamaan houkuttelevan edullisia sensoripaketteja Kiinasta vaan paras vaihtoehto on hankkia ne luotettavalta valmistajalta. Pahimmassa tapauksessa parin viikon päästä postilaatikkoon kolisee kirjekuorellinen lajittelemattomia osasia, nappeja ja apparaatteja, joiden funktioiden selvittämiseen voi kulua päiväkausia.

Kun laadusta ja toimivuudestakaan ei ole takuita niin virittely ja identifikointi saattaa kääntyä nopeasti päälaelleen ja johtaa ennenpitkään vain turhautuneeseen robotintekijään. Tässä tapauksessa laadusta kannattaa siis maksaa. Edistynyt tekijä voi puolestaan uusiokäyttää vanhan elektroniikan osia – peliohjaimen joystick saa uuden tarkoituksen esimerkiksi erilaisten härveleiden kauko-ohjaimena.

Teknologian alati kiihtyvä kehitys aiheuttaa sen, että myös käsityksemme robotiikasta muuttuu. Kun aiheeseen liitetään lisäksi paljon mystiikkaa niin mielikuva siitä, että kyseessä olisi ainakin alkemian tasolle rinnastettava tieteenala, on valmis. Asiaa lähemmin tarkasteltaessa pystytään kuitenkin huomaamaan se, että robotiikkaan vaikuttavat juuri ne samat luonnonlait, jotka pätevät kaikessa muussakin.

Alkuun pääsee helposti ja perusteiden kautta jokaisella on mahdollisuus kehittyä eteväksi robotintekijäksi.