Robot nasıl çalışır?
Karşına hangi robot çıkarsa çıksın (yarışma robotu, robot süpürge, fabrika kolu) içinde hep aynı dört blok vardır. Robotu anlamak, bu dört bloğu ve aralarındaki okları anlamaktır. Bu ders bittiğinde eline aldığın herhangi bir robota bakıp "işte bu onun beyni, işte gücü" diyebileceksin.
Başlarken: görünmez yolculuk (10 dk)
Telefonundan bir komutla süren robotu düşün. Parmağınla çubuğu ittiğin an ile tekerleğin döndüğü an arasında, gözünle göremediğin bir yolculuk var. O yolculukta bir sürü şey olması gerekiyor: birinin komutu duyması, birinin karar vermesi, birinin motoru itecek gücü bulması.
Kağıdını al ve bir dakika düşün: çubuğu ittiğin andan tekerlek döndüğü ana kadar arada neler oluyor olabilir? Aklına gelen adımları alt alta yaz. Kaç adım buldun? Bu listeyi sakla; dersin sonunda kendi listenle robotun gerçek yolculuğunu karşılaştıracaksın.
Sınıfça tartış: Komut telefondan çıkıyor ama tekerlek robotun dibinde. Aradaki mesafeyi bilgi nasıl kat ediyor sizce? Bir yerlerde "kablo" mu var, yoksa başka bir şey mi?
Dört bloğu parçalarla keşfet (20 dk)
Şimdi anlatımı bırakıp parçalara geçiyoruz. Kitini (ya da sınıftaki örnek parçaları) önüne al ve masaya dört ayrı bölge ayır.
Aşağıdaki dört işi oku. Her iş için "bunu robotta hangi parça yapıyor olabilir?" diye tahmin et, o parçayı bul ve ilgili bölgeye koy. Henüz doğru olup olmadığını söylemiyoruz; önce sen karar ver.
| Bu işi kim yapıyor? | Aradığın parça | Tahminin |
|---|---|---|
| Robota enerji veren, deposu dolu duran parça | ? | |
| Komutu okuyup karar veren, üstünde minik çipler olan kart | ? | |
| Kararı alıp koca motoru itecek güce çeviren ara parça | ? | |
| Sonunda dönerek robotu hareket ettiren parça | ? |
Parçaları dizerken şunu dene: pil paketini eline al, ne kadar ağır olduğunu hisset. Ağırlığın çoğu buradan gelir, çünkü tüm robotun enerjisi bu pakette durur. ESP32 kartına bak, üzerindeki minik bacakları gör; her bacak bir kabloya bağlanıp bir işi yönetiyor. Sürücü kartıyla motoru yan yana koy; hangisinin daha kalın kablolar taşıdığına dikkat et. Kalın kablo çok akım, ince kablo az akım taşır; bu ipucu sana hangi parçanın "kaslı", hangisinin "beyinsi" olduğunu söyler.
Şimdi parçaları sırala: sence bilgi hangi parçadan hangi parçaya doğru akar? Parçaları o sıraya diz ve aralarına parmağınla oklar çiz. Sıralaman doğru olmak zorunda değil; birazdan kontrol edeceğiz.
Bir parçayı elinle bulamadıysan ya da hangi işe ait olduğuna karar veremediysen, işte orada bir boşluk var demektir. O boşluğu birazdan kavram köprüsünde dolduracağız. Şimdi bir de en zor soruyu düşün: Neden dört parça var? Kart doğrudan motora bağlansa olmaz mıydı? Tahminini kağıdına yaz.
Kavram köprüsü: dört blok ve neden dört (7 dk)
Az önce dizdiğin parçaların robotikteki adı blok. Blok, robotun tek bir işi üstlenen bölümü demek. İşte dört bloğun her biri ve senin robotundaki karşılığı:
Şema 1: Robotun dört temel bloğu ve bilgi/enerji akışı.
Güç: Robotun enerji deposu. Bizim robotlarda bu, üç hücreli bir lityum pil paketi. Motorlar bu pilden doğrudan beslenir. Beyin ise pilin tam gerilimini kaldıramaz, onun için gerilim bir regülatörle (gerilimi düşüren küçük kart) azaltılır. Ayrıntısı Ders 4'te.
Beyin: Kararları veren kart, yani ESP32. ESP32 küçük bir bilgisayardır. Kodun burada çalışır, kumandadan gelen komutları burada okur, motorlara ne yapacaklarını buradan söylersin.
Sürücü: Beynin sesi cılızdır. ESP32'nin bir bacağı ancak minik bir LED yakacak kadar akım verebilir; koca bir motoru asla döndüremez. Motor sürücü (beynin işaretini pilin gücüne çeviren ara kart), beynin cılız işaretini alır ve pilin gücüyle motora aktarır. Bizim kullandığımız sürücü BTS7960.
Hareket: Motorlar ve tekerlekler. Motor elektriği dönme hareketine çevirir; redüktör (dönüşü yavaşlatıp güçlendiren dişli grubu) bu dönüşü kuvvetlendirir; tekerlek robotu yerde yürütür.
Peki neden araya sürücü giriyor? İşte "kart doğrudan motora bağlansa olmaz mıydı?" sorusunun cevabı: bir su borusu düşün. Beyin, borunun vanasını çevirecek kadar güçlü ama borudan geçen suyun kendisi değil. Sürücü o vanadır: beyinden gelen küçük işaretle, pilden gelen büyük gücü motora açıp kapatır. Beyin doğrudan motora bağlansaydı, motorun çektiği akım beynin bacağını anında bozardı. Motorun büyük gücüyle beynin küçük işaretini birbirinden ayıran şey, işte bu sürücü.
Farklı bir cihazda dört bloğu bul (15 dk)
Dört blok yalnızca bizim robotta yok; çalışan her robotta var. Şimdi bunu kanıtlayalım.
Sıra bir robot süpürge ya da uzaktan kumandalı bir oyuncak arabayı düşünmekte (elinde varsa parçasına bak, yoksa fotoğrafından). Bu cihaz için dört bloğu tek tek eşleştir:
| Blok | Robot süpürgede karşılığı | Oyuncak arabada karşılığı |
|---|---|---|
| Güç | Şarj edilen batarya | ? |
| Beyin | İçindeki kontrol kartı | ? |
| Sürücü | Motorları süren devre | ? |
| Hareket | Tekerlekler ve fırça motoru | ? |
Boş kutuları sen doldur. Oyuncak arabada güç nerede (çoğunda kalem pil), beyin hangi parça (kumandadan gelen sinyali dinleyen küçük kart), hareketi kim yapıyor? Bir grup arkadaşınla kutuları karşılaştır; farklı cevaplar çıktıysa hangisinin doğru olduğunu birlikte tartışın.
Dikkat edeceğin bir şey var: bu cihazlarda dört blok bazen tek bir kartın üstünde toplanmış olur. Ucuz bir oyuncak arabada beyin ve sürücü aynı küçük kartta yan yana durabilir. Blok "ayrı bir kart" demek değil; "ayrı bir iş" demek. İki iş aynı kartta olsa bile, sen ikisini iki ayrı blok olarak düşünürsün. Bizim robotumuzda bloklar ayrı kartlarda durduğu için her birini eline alıp inceleyebiliyorsun; işte bu yüzden öğrenmek için iyi bir robot.
Zor soru: Robot süpürgenin beyni bir de "önümde duvar var mı?" diye bakıyor. Senin yarışma robotunda bu iş için hangi blok büyümeli? (İpucu: karar veren bloğu düşün.)
Komutun yolculuğu ve ders sonu kontrolü (8 dk)
Şimdi en baştaki soruya dön. Çubuğu ittiğinde olanlar sırasıyla şöyle:
- Kumanda, çubuğun konumunu telefona söyler.
- Telefon bu değeri WiFi üzerinden robota (ESP32'ye) gönderir.
- ESP32'deki kodun o değeri okur ve "motora şu kadar güç" kararını verir.
- ESP32, kararı küçük bir elektrik işareti olarak sürücüye iletir.
- Sürücü, pilin gücünü bu işarete göre motora aktarır.
- Motor döner, redüktör güçlendirir, tekerlek robotu yürütür.
Kağıdındaki kendi listene bak. Kaç adım yazmıştın? Eksik olan adımlar hangi bloktaydı? Çoğu kişi sürücüyü atlar; artık sen atlamayacaksın.
Parçalara dokunarak anlat: Dört parçanı tekrar önüne diz. Şimdi sırayla her birine dokunarak komutun yolculuğunu yüksek sesle anlat: "Karar burada veriliyor, güç buradan geliyor, ikisi burada buluşuyor, dönüş burada oluyor." Takıldığın parça, henüz tam oturmamış blok demektir; ona geri dön.
Kendini kontrol et:
- Dört bloğu ve her birinin bizim robottaki karşılığını sayabiliyor musun?
- "Neden araya sürücü giriyor?" sorusuna vana benzetmesiyle cevap verebiliyor musun?
- Komutun yolculuğunu altı adımda, parçalara dokunarak anlatabiliyor musun?
- Bir robot süpürgede dört bloğu gösterebiliyor musun?
Erken bitirene: kendi cihazını çöz
İşin erken bittiyse, şu iki meydan okumadan birini seç:
- Evindeki bir cihazı seç (asansör, otomatik kapı, drone) ve dört bloğunu kağıda çiz. Hangi blok en büyük, hangisi neredeyse görünmez? Bir bloğu bulamıyorsan, belki o cihaz "robot" değildir; neden?
- Bloğu boz. Dört bloktan birini cihazdan çıkarırsan ne olur? Her blok için tek cümleyle yaz: "Bu blok olmasaydı robot ..." Hangi bloğun eksikliği robotu tamamen durdurur, hangisi sadece topallatır?