Robotiikkaa ja ohjelmointia

Nyt siis muutama sana käymästämme melko lyhyestä robotiikan osiosta. Sanasta robotti tulee ihan väkisin mieleen Terminator tai Tähtien Sota -elokuvasta tuttu C-3PO, kultaisen värinen robotti. Tulevaisuudessa robotit voivatkin olla tällaisia Terminatorin kaltaisia tappajia, mutta tällä hetkellä totuus on jotain aivan muuta. Kuten robotiikkaosion alussa totesimme, niin yleensä robotit ovat teollisuudesta tuttuja erilaisia kokoonpanovälineitä, automaattisia hitsauskoneita ja muita automaatiovälineitä. Robotit ovat siis ihmisen ohjelmoimia mekaanisesti tai automaattisesti toimivia laitteita. Alunperinhän sana robotti on tarkoittanut orjaa tai pakkotyötä, mikä sinänsä on ihan järkeenkäypä; robotti on ihmisen käskyvallan alla.

Robotteja käytetään esimerkiksi autoteollisuudessa, maataloudessa ja kirurgiassa. Autoteollisuudessa robotit hitsaavat, liikuttelevat komponentteja paikasta toiseen, poraavat, jyrsivät, pulttaavat osia paikoilleen jne. Maataloudessa robotti hoitaa esimerkiksi lehmien lypsämisen, ruokinnan ja kuivittelun. Tällaiset robotit ovat pitkälle automatisoituja, mutta silti ihminen vastaa työn jäljestä ja robottien ohjelmoinnista ja niiden toimimisesta.

Automaatiolla tarkoitetaan yleensä työsuorituksen itseohjautuvuutta ja itsetoimivuutta. Automaation taustalla nykypäivänä on aina tietokone ja jokin tietokoneohjelma. Tietokoneella annetaan laitteelle käskyjä, joiden mukaan laite toimii. Ennen tietokoneiden aikaa automaatio oli oikeastaan puhdasta mekaniikkaa. Esimerkiksi mylly toimi puhtaasti mekaanisen voiman avulla; se pyöri ja toisti samaa liikettä niin kauan kuin vettä virtasi rattaisiin.

Automaatioteknologialla on monia merkittäviä rooleja, sekä hyvässä että pahassa. Automaation selviä etuja ovat tehokkuus ja toistettavuus, tasalaatuisuus ja laadunhallinta yleensä sekä tätä kautta pienempi hukkaprosentti että pienempi jätemäärä. Haittapuolia automatisoitumisessa ovat tietysti työllisyystarpeen pieneneminen, koska automaatiotekniikan avulla voidaan toistaa työtä tauotta ja näin korvata monta ihmistä. Yrityksille tästä on tietysti hyötyä, koska ne säästävät työvoimakustannuksissa, vaikkakin laitteiden ja työlinjojen hanintakustannukset ovat vielä todella korkeat. Automaatioteknologialla voidaan siis korvata monen monta perusduunaria, joten ihmisten on pakko tulevaisuudessa kouluttautua korkeammin, jos mielii töihin päästä. Tai sitten on mietittävä ala todella tarkkaan.

Mindstorm

No mutta se niistä. Nyt kerron hieman siitä varsinaisesta Legoprojektista. Eli tarkoituksena oli Lego Mindstorm -setillä saada aikaiseksi robotti, joka auttaa ihmistä jossakin arkipäivän toiminnassa. Kuulostaa hassulta ja sitä se olikin. Setissä oli paljon osia, erilaisia tunnistimia ja antureita sekä yksi ns. keskusyksikkö, mihin voitiin tietokoneella ohjelmoida monia erilaisia toimintoja. Melko monipuolinen paketti siis.

Kaikkein haastavinta tässä projektissa oli se, että piti ensin keksiä se jokin arjen ongelma ja siihen ratkaisu. Tämän jälkeenhän se oli sitten ihan lasten leikkiä. Lähes kaksi tuntia kestäneen tuskailun jälkeen keksimme Jannen kanssa, että tehdään robotti, joka pudottaa herätyskellon pöydältä ilman erillistä komentoa. Ideahan oli loistava ja toteutus vielä parempi. Ensin kokosimme Legoista rungon ihan ohjeen mukaan, jonka jälkeen teimme robotille komian käden, jolla se sitten voi huitaista kellon alas pöydältä. Robotissamme oli siis kolme moottoria; kaksi pyörien liikkumiseen ja yksi käden toiminnalle. Sitten liitimme robottiin sekä äänentunnistimen, jonka avulla se pystyy havaitsemaan herätyskellon äänen että etäisyystunnistimen, jotta se tietää pysähtyä ja huitaista kelloa oikealla hetkellä. Peräpäässä robotillamme oli kosketustunnistin. Mielenkiintoista.

Ohjelmoimme robotin seuraavasti: äänitunnistin havaitsee äänen ja robotti lähtee liikkeelle. Robotti liikkuu eteenpäin niin kauan kunnes tulee viiden senttimetrin päähän herätyskellosta. Kun etäisyys on saavutettu, niin robotti pysähtyy ja huitaisee käsivarrellaan kellon alas pöydältä. Kun se on huitaisun suorittanut, palaa se paikalleen ja pysähtyy kunnes peräpään kosketustunnistin osuu seinään. Huikeata!

Ohjelmointi oli aluksi ärsyttävää ja hankalan tuntuista, mutta sitten kun sen hoksasi, niin sehän oli melko yksinkertaista. Uskon, että alakoulunkin oppilaat oppisivat hyvin nopeasti Mindstormin ohjelmoinnin ja toteutuksen. Ohjelmointi tapahtui helppojen kuvakkeiden ja melko selkeiden ohjeiden avulla. Kaipa kyse on jonkinasteisesta koodauksesta, koska tässäkin koneelle annetaan käskyjä, joita se sitten toteuttaa. Ajattelin, että jos joskus on ylimääräistä rahaa, niin ostan itselleni kyseisen Lego -sarjan. Oli se sen verran mielekäs kokemus.

Picaxe

Saimme tässä keväällä kokeilla ohjelmointia eli koodausta myös Picaxe nimisen ohjelman ja siihen liittyvän Picaxe projektilevyn kanssa. Kokeilu oli hyvin lyhyt ja suppea, mutta ehkäpä siitä jotakin jäi käteen. Ehkä. Jotakin. Meillä oli siis valmiiksi rakennettu Picaxe projektilevy, joka pitää sisällään muun muassa uudelleen ohjelmoitavan mikrokopiirin, ledejä, ja äänilähteen. Picaxe projektilevyn avulla voidaan siis harjoitella digitaalisen ohjelmoinnin perusteita ja logiikkaa (Input--Prosessi--Output). Mikropiirille voidaan Picaxe Editor -nimisen tietokoneohjelman avulla ohjelmoida erilaisia komentosarjoja, jotka voidaan sitten käytännössä toteuttaa projektilevyllä.

Digitaalinen perusohjelmointi perustuu siis Input-Prosessi-Output -logiikalle. Input pitää sisällään erilaiset kytkimet ja herätteet, jotka antavat laitteelle käskyn toimia. Prosessi on taas se nimenomainen asia, mikä laitteen halutaan toteuttavan. Output taasen on prosessin lopputulos, esimerkiksi valojen syttyminen tai moottorin käynnistyminen.

Ohjelmoinnin perusteita on hyvä harjoitella, koska ohjelmointi on aina järjestelmällistä toimintaa. Ohjelma nimittäin tekee aina tasan tarkkaan sen mitä se on ohjelmoitu tekemään, joten pikkutarkkuus on tässä lajissa valttia. Miksipä sitä ei siis harjoiteltaisi koulussa esimerkiksi Picaxen avulla.