Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi - Fischertechnik (44

NATJECANJA

Slike u prilogu

Odvijanje prometa u otežanim uvjetima zbog oštećenja dijelova prometnice uslijed elementarnih nepogoda nužan je za transport roba u cestovnom prometu. Obnova oštećenja na kolnicima koja uzrokuju usporavanje protoka putnika i roba smanjuje sigurnost i uzrokuje opasnost za sve sudionike u cestovnom prometu. Oštećenja nastala na kolnicima zahtijevaju pravovremenu reakciju i brz popravak radi poboljšanja sigurnosti na prometnicama. Privremena signalizacija postavlja se na mjestima izvođenja radova na prometnicama čime je osiguran siguran i nesmetan promet vozilima. Svjetlosna signalizacija je izvedena svjetlosnim znakovima koji označavaju mjesto izvođenja radova na prometnici. Udaljenost postavljanja svjetlosne signalizacije na dijelu oštećene prometnice u rekonstrukciji osnovni je preduvjet za sigurno nesmetano odvijanje prometa tijekom izvođenja radova. Mobilnost svjetlosne signalizacije omogućava njeno prenošenje na mjesto izvođenja radova na oštećenoj prometnici. Uključivanje mobilnog semafora i LED-svjetlosnih usmjernika prometa s kratko treperećom svjetlošću osigurava sigurno odvijanje prometa uz njegovu automatsku regulaciju, čime se povećava sigurnost svih sudionika u prometu. Zaštitna ograda s odbojnicima dodatno sprečava iskliznuća vozila s prometnice i njihovo zadržavanje na kolničkom traku. Dodatna sigurnost vozača i putnika osigurana je postavljanjem zaštitne odbojne ograde na opasnim dionicama ceste. Slika 1. Signalizacija R Model je izrađen uporabom osnovnih elemenata Fischertechnika i građevnih blokova različitih dimenzija i prikazuje automatsko upravljanje prometnom signalizacijom tijekom radova na rekonstukciji prometnice. Odabir građevnih blokova i električnih elemenata tijekom konstrukcije olakšava izradu funkcionalnog i automatiziranog modela, primjenjivog za učenje jednostavnih i složenih algoritama i programskih izazova. Izrada modela Signalizacije radova na prometnici

Konstrukcija modela Signalizacije radova na prometnici, povezivanje međusklopom vodičima, provjera ispravnosti električnih elemenata, dodirnih senzora, magnetskog i svjetlosnog senzora (izrada programskog rješenja za pokretanje šest lampica, dva tipkala, magnetskog senzora i fototranzistora). Izrada funkcionalne konstrukcije modela omogućena je izvođenjem faza spajanja konstrukcijskih elemenata tijekom radnih postupaka uz detaljan popis elemenata Fischertechnika. Slika 2. FT elementi Izradit ćemo konstrukciju modela privremene signalizacije za regulaciju prometa na oštećenoj prometnici. Promet je automatski upravljan prjenosnim semaforom uz svjetlosnu signalizaciju (tri lampice: O1–O3) kojom usmjeravamo vozila na cesti. Automatsko upravljanje osiguravaju: magnetski senzor (I8), svjetlosni senzor ‒ fototranzistor (I7) i dva tipkala (I1, I2). Faze izrade konstrukcije modela: 1. izrada funkcionalne konstrukcije modela Signalizacije na prometnici, 2. postavljanje mobilnog semafora (LED) 3. postavljanje svjetlosne signalizacije (LED), 4. postavljanje upravljačkih elemenata (tipkala), 5. povezivanje električnih elemenata vodičima, međusklopom i izvorom napajanja, 6. izrada algoritama i računalnog programa za upravljanje Signalizacijom.

Napomena: Duljinu vodiča sa spojnicama potrebno je izmjeriti i prilagoditi duljinu u odnosu na električne elemente i senzore koji su smješteni na udaljenosti od međusklopa. Pozicioniranje međusklopa u odnosu na konstrukciju modela i izvor napajanja (baterija U = 9 V) određena je udaljenošću ulazno/izlazih elemenata od međusklopa. Slika 3. konstrukcijaA Slika 4. konstrukcijaB Slika 5. konstrukcijaC Dvije podloge postavite i prislonite jednu pored druge po dužoj stranici. Na desnu podlogu

umetnite u gornji desni kut kratki žuti kutni profil koji ima ulogu nosivog stupa odbojne ograde. U isti stupac umetnite kratki žuti kutni profil koji je nosivi stup između poprečnih elemenata ograde (branika). Slika 6. konstrukcijaD Slika 7. konstrukcijaE Slika 8. konstrukcijaF Iznad nosivih stupova umetnite jednostruke kutne elemente te ih okrenite zrcalno nasuprot. U lijevi jednostruki kutni element postavite u krajnji položaj malu spojnicu. Ovime je osiguran preduvjet za postavljanje žutog kratkog kutnog profila (branika) koji je osnova konstrukcije ograde i ima ulogu zaustavljanja izlijetanja vozila s prometnice. Slika 9. konstrukcijaG Slika 10. konstrukcijaH Slika 11. konstrukcijaI U isti stupac na podlogu pored nosivog stupa pozicionirajte kratki žuti kutni profil koji osigurava nastavak izgradnje odbojne ograde na prometnici. Umetnite u drugi red istog stupca jedan kratki žuti kutni profil koji osigurava povezivanje između srednjeg i krajnjeg nosivog stupa. Ponovite postupak izrade konstrukcije na gore opisani način s istim građevnim elementima. Umetnite između nosivih stupova ograde veliki žuti dugački kutni profil te ga pozicionirajte u istom smjeru kao i mali žuti kutni profil.

Napomena: Odbojnici na zaštitnoj ogradi sprečavaju izlijetanje vozila s prometnice. Slika 12. konstrukcijaJ Slika 13. konstrukcijaK Slika 14. konstrukcijaL Horizontalna signalizacija na prometnici izrađena je od velikih ravnih spojnih elemenata žute boje. Umetnite u treći stupac desne podloge četiri velika ravna spojna elemenata i složite ih u usporedni niz. Ovime je označena desna strana kolnog traka kojim se kreću vozila. Umetnite u deveti stupac tri velika ravna spojna elemenata i složite ih u usporedni niz međusobno razmaknute za jedan red. Ovime je označena sredina prometnice na kojoj je dozvoljeno pretjecanje vozila. Umetnite u četvrti stupac lijeve podloge četiri velika ravna spojna elementa i složite ih u usporedni niz. Ovime je označena lijeva strana kolnog traka kojim se kreću vozila u suprotnom smjeru.

Napomena: Horizontalna signalizacija osigurava sigurno odvijanje prometa na prometnici. Slika 15. konstrukcijaLJ Slika 16. konstrukcijaM Slika 17. konstrukcijaN Slika 18. konstrukcijaNJ

Napomena: Postupak sastavljanja konstrukcije omogućuje popis elemenata Fischertechnika uz pravilan redoslijed izvođenja radnih postupaka tijekom faza sastavljanja uz obaveznu kontrolu kvalitete. Slika 19. FT elementi1 Nosač rasvjetnih elemenata (LED) mobilnog semafora izrađen je od dva velika crna građevna bloka smještena u peti red desnog postolja između desnog kolnika i središnje horizontalne isprekidane crte. Umetnite tri kratka žuta kutna profila iza mobilnog semafora unutar desnog kolnog traka na propisnoj udaljenosti ispred mjesta rekonstrukcije. Pravilna udaljenost između njih osigurava kontinuiranu vidljivost u svim vremenskim uvjetima tijekom radova na kolnom traku.

Napomena: Desna strana kolnog traka oštećena je i promet je preusmjeren iz desnog kolnog traka u lijevi. Na vrh iznad kratkih žutih kutnih profila i na prednju stranu nosivog stupa mobilnog semafora umetnite kućišta za lampice i njih LED-rasvjetu. Umetnite pokrovna kućišta za lampice radi potpune zaštite od atmosferskih utjecaja u različitim vremenskim uvjetima. Iznad nosivog stupa mobilnog semafora umetnite senzor koji detektira promjenu količine svjetlosti (fototranzistor).

Napomena: Sigurnost izvođača radova na prometnici desnog kolnog traka osigurava vertikalna signalizacija koja pravovremeno upozorava vozače na događaj ispred njih. Slika 20. konstrukcijaO Slika 21. konstrukcijaP Slika 22. konstrukcijaR Slika 23. konstrukcijaS Slika 24. konstrukcijaŠ Slika 25. konstrukcijaT Umetnite na lijevu podlogu veliki crni građevni blok koji ima funkciju učvršćivanja izvora napajanja (baterija U = 9 V). Smještaj izvora napajanja definiran je pozicijom međusklopa radi povezivanja s njim. Umetnite na podlogu u isti stupac veliki crni građevni element na udaljenost koja osigurava smještaj izvora napajanja

(baterije). Malu jednostruku spojnicu smjestite u prednji utor velikog crnog građevnog bloka i pričvrstite međusklop na nju. Umetanje malih spojnica s vanjske strane velikih crnih građevnih blokova i njihovo podešavanje nužan je preduvjet za učvršćivanje međusklopa koji je smješten na lijevoj podlozi.

Napomena: Pozicija međusklopa osigurava nesmetan pristup utorima. Ulazne i izlazne elekrične elemente pravilno povežite s međusklopom i provjerite njihov rad alatom u programu RoboPro. Slika 26. konstrukcijaU Slika 27. konstrukcijaV Slika 28. konstrukcijaZ Slika 29. konstrukcijaX Izradite konstrukcije zaštitne odbojne ograde na drugoj strani uz lijevi kolnički trak usporedno na podlozi s istim građevnim elementima. Postupak izrade konstrukcije isti je kao i sastavljanje desne strane zaštitne odbojne ograde.

Napomena: Udaljenost između zaštitnih ograda definirana je širinom prometnice, svjetlosnim signalizacijskim električnim elementima i veličinom podloge modela. Slika 30. konstrukcijaY Slika 31. konstrukcijaW Slika 32. konstrukcijaQ Tipkala umetnite na lijevu stranu međusklopa radi blizine ulaza (I1, I2) i jednostavnosti spajanja s vodičima. Magnetski senzor umetnite u vodilicu za vodiče potkovastog oblika i umetnite spojnice na izlaz (I8) međusklopa. Vodilicu za vodiče postavite u utor međusklopa s lijeve strane. U utore međusklopa umetnite dva dodirna senzora kojima upravljamo radom svjetlosne signalizacije na modelu. Slika 33. konstrukcijaXY Slika 34. konstrukcijaXW

Napomena: postavite izvor napajanja (bateriju) i međusklop na podlogu i spojite vodičima optimalne duljine. Ulazne i izlazne elekrične elemente povežite s međusklopom i testirajte rad programskim alatom u programu RoboPro. Lampice (LED) spojite na izlaze (O1‒O6) međusklopa pomoću vodiča sa spojnicama. Šest LED-lampica međusobno povežite u seriju sa zajedničkim vodičima sa spojnicama i umetnite u uzemljenje (zelena spojnica). Izlazni svjetleći električni elementi (LED) spojeni su na izlaze (O1–O3 i O6–O8) međusklopa.

Napomena: LED-lampice na modelu imaju jedan zajednički vodič koji je povezan s jednom lampicom na modelu serijski povezanom s ostalim lampicama. Spajanjem na zajedničko uzemljenje smanjujemo broj vodiča na međusklopu. Slika 35. TXT Shema spajanja elemenata s TXT‒međusklopom: 1. LED-lampice (O1–O3) signalizacije spojite na izlaze (crvena) i uzemljenje (┴ , zelena), 2. LED-lampice (O6–O8) semafora spojite na izlaze (crvena) i uzemljenje (┴ , zelena), 3. tipkala spojite na digitalne ulaze (I1, I2), 4. fototranzistor spojite na digitalni ulaz (I7), 5. magnetski senzor spojite na digitalni ulaz (I8) 6. spojite izvor napajanja (baterija U = 9 V) s TXT-međusklopom.

Napomena: Sve elektroničke elemente povezujemo prije spajanja izvora napajanja (baterija). Rad elektroničkih elemenata provjerava se prije izrade algoritma i programa: • povezivanje TXT-međusklopa s računalom, ulaznim i izlaznim elementima, • provjeravanje ispravnog rada električnih elemenata: tipkala, fototranzistor, magnetski senzor i šest LED-lampica, • provjeravanje komunikacije između TXT-međusklopa i programa RoboPro.

Napomena: Pri povezivanju međusklopa s električnim elementima modela pazite na boje spojnica vodiča, urednost spajanja vodiča i dužinu vodiča lampica, elektromotora i tipkala. Slika 36. FT elementi2 Modelom Signalizacije upravljaju magnetski, svjetlosni i senzori dodira (tipkala) koji uključuju i isključuju svjetlosnu signalizaciju i semafor.

Napomena: Završna kontrola spojeva vodiča nužna je prije pokretanja alata za test programa. Ovim postupkom provjeravamo ispravnost rada ulaznih i izlaznih električnih elemenata. Uredno postavljanje vodiča u vodilice osigurava dobru preglednost pri provjeri rada i uštedu vremena pri izradi duljina vodiča. Slika 37. Signalizacija R1

Zadatak_1: Napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava rad privremene signalizacije na prometnici u rekonstrukciji pokretanjem programa magnetskim senzorom (I8). Na početku, program neprekidno provjerava aktivaciju ulaznog signala magnetskog senzora (magnetska kodirana kartica). Očitanjem mag-

netskog senzora moguće je pokrenuti svjetlosnu signalizaciju za upravljanje prometom: semafor i svjetlosne usmjernike prometa. Pritiskom tipkala (I1) započinje neprekidan proces uključivanja i isključivanja LED (O1–O3) u periodu od t = 0,3 s. Istovremeno se pokreće dio programa koji upravlja radom semafora ovisno o dobu dana. Dnevni ritam rada semafora definiran je većom gustoćom prometa i većim brojem vozila na prometnici. Zeleno svjetlo (O6 = 1) propušta vozila jednu minutu, crveno je isključeno (O8 = 0) i istovremeno treperi žuto svjetlo (O7), koje se uključuje i isključuje u periodu od pola sekunde. Noćni ritam rada semafora zbog smanjenog protoka vozila je duplo kraći i traje trideset sekundi. Automatsko izvršavanje programa odvija se kontinuirano dok ne pritisnemo jedno od tipkala (I1 ili I2), nakon čega program zaustavi rad signalizacije. Slika 38. Signalizacija P Očitanjem magnetskog senzora (I8 = 1) izvršavaju se usporedno dva glavna programa. Programima upravljamo pomoću svjetlosnog (fototranzistor) i dodirnih senzora (tipkala). Očitanjem dovoljne količine svjetlosti, fototranzistor (I7 = 1) upravlja radom semafora po danu. Svjetlosna signalizacija za upravljanje prometom (semafor), prelazi u noćni način rada u trenutku kada se smanji količina svjetlosti fototranzistora (I7 =0). Semafor u dnevnom načinu rada uključi zeleno svjetlo u periodu (t = 60 s) i istovremeno uključuje i isključuje žuto svjetlo u periodu (t = 0,5 s). Noćni način rada semafora definiran je uključivanjem zelenog svjetla u periodu (t = 30 s) i istovremenim treperenjem žutog svjetla u periodu (t = 0,5 s). Semafor radi neprekidno dok ga ne zaustavimo pritiskom tipkala2 (I2 = 1). Slika 39. Lamp PP Program usporedno provjerava stanje tipkala1 koje pritiskom (I1 = 1) pokreće rad LED-signalizacije svjetlosnih usmjernika prometa. Pritiskom tipkala (I1), započinje neprekidan proces uključivanja i isključivanja LED (O1–O3) u periodu (t = 0,3 s). LED signalizacija usmjernika radi neprekidno dok ne zaustavimo program pritiskom tipkala1 (I1 = 1). Potprogram dan_semafor pokrene se ovisno o očitanju fototranzistora (I7 = 1). Potprogram vrijeme_0,3 izvršava period (t = 0,3 s) kojim uključujemo i isključujemo bijele LED-lampice (O1–O3). Potprogram noć_semafor pokrene se ovisno o očitanju fototranzistora (I7 = 0). Potprogram on_off_O7 uključuje i isključuje žuto svjetlo u periodu (t = 0,5 s) trideset puta dok ne izvrši konačan broj ponavljanja. Prolaskom kroz konačnu petlju izlazi iz nje nakon trideset ponavljanja. Potprogram LED_O123 osigurava promjenu perioda treptanja, uključivanja i isključivanja LED-lampica. Proces rada svjetlosne signalizacije je konstantan nakon uključivanja tipkala (I1). LED se naizmjenice uključuju i isključuju u periodu (t = 0,3 s).

Slika 40. Semafor PP

Izazov_1: Dodaj u postojeću konstrukciju drugi mobilni semafor i svjetlosne usmjernike koji su smješteni u suprotnom kolničkom traku. Poveži ih vodičima s međusklopom i izradi programsko rješenje koje osigurava siguran rad pri dvosmjernom odvijanju prometa na prometnici koja je u rekonstrukciji. Obrati pozornost na simetričan rad mobilnih semafora. Serijski poveži LED-svjetlosne usmjernike.

Napomena: Osnovni uvjet je sigurno obostrano nesmetano odvijanje prometa upravljano automatski u noćnim i dnevnim periodima. Petar Dobrić, prof.