u STEM-nastavi - Fischertechnik (45

Slika 26.14. Vidljiv je djelić grafa koji je dobiven dok je svirala jedna popularna, vrlo živahna latino-pjesma

Slika 26.15. Ovim ćete programom na računalu vidjeti podatke koji dolaze s digitalnog izlaza osjetila zvuka

Slika 26.16. Ovim će se kodom na displeju BBC micro:bita crtati “bljesak” svaki put kad zvuk prijeđe ugođeni prag LED-ica displeja BBC micro:bita koje će se paliti i gasiti u ritmu muzike. Za ove ste vježbe trebali: - BBC micro:bit - USB-kabel - baterije za BBC micro:bit - rubni priključak za BBC micro:bit - spojne žice u raznim bojama - eksperimentalnu pločicu na ubadanje - modul VMA311 ili osjetilo DHT11 - bateriju od 4,5 V - modul VMA309 - plosnati odvijač 2 mm.

Marino Čikeš, prof.

"STEM" U NASTAVI

Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi - Fischertechnik (45)

Slike u prilogu

Kontrolu protoka vozila i naplatu usluge parkiranja na uređenim parkiralištima osiguravaju automatizirane prepreke na ulazima i izlazima parkirnog prostora. Urbanistički izazovi velikih gradova – megapolisa, iziskuju pravovremeno predviđanje budućeg rasta broja vozila uzrokovanog ekonomskim rastom kao i povećanjem broja stanovnika. Prostorni i urbanistički planovi veliki su izazovi za arhitekte i ostale sudionike koji su zaduženi za razvoj gradova i povećanje smještajnih kapaciteta za vozila. Učinkovita naplata parkiranja osigurana je kontrolom ulaska vozila na ograđeni parkirni prostor pomoću automatiziranih prepreka (rampa) kojima upravljamo očitanjem senzora na ulazu i izlazu parkirnog prostora. Prihvat vozila na velikim parkirnim prostorima odvija se neprekidno tijekom cijele godine s potpuno automatiziranim sustavom naplate parkiranja bez prisustva zaposlenika parkirališta. Autonomna vozila očitavaju okolinu pomoću senzora smještenih na periferiji karoserije s prednje i stražnje strane. Prikupljanje informacija iz okoline (npr. očitanje prepreke) i njihovu obradu omogućava računalo koje komunicira u

stvarnom vremenu s automatiziranom rampom pomoću algoritama (programa). Rampa sadržava senzore koji očitavaju i detektiraju promjenu te svjetlosnom signalizacijom upozoravaju vozače na vremenski interval kretanja vozila pri ulasku i izlasku na parkiralištu. Slika 1._Rampe Model je izrađen uporabom osnovnih elemenata i građevnih blokova Fischertechnika različitih dimenzija i prikazuje automatsko upravljanje rampama na parkinom prostoru. Sastavljanje elemenata konstrukcije funkcionalnog robotskog modela olakšava promatranje i analizu rada rampe pri izradi jednostavnih i složenih algoritama (programa).

Izrada modela Rampe

Konstrukcija modela Rampe, povezivanje međusklopom, vodičima, provjera ispravnosti električnih elemenata, magnetskog i dodirnih senzora (izrada programskog rješenja za pokretanje dva elektromotora, četiri lampice, dva tipkala i dva magnetska senzora). Izrada funkcionalne konstrukcije modela omogućena je preciznim izvođenjem faza spajanja konstrukcijskih elemenata tijekom radnih postupaka uz detaljan popis elemenata Fischertechnika. Slika 2._FT_elementi Kontrolu rada automatiziranih prepreka i njihovo upravljanje omogućavaju senzori. Model rampe opremljen je magnetskim senzorima (I1, I3) i tipkalima (I2, I4) koji upravljaju programski elektromotorima (M1, M2) na ulazu i izlazu parkirališta uz svjetlosnu signalizaciju (LED O5–O8). Pažljivim odabirom zadanih elemenata Fischertechnika osiguravamo brzu izgradnju funkcionalnog modela. Početak gradnje robotskog modela zahtijeva planiranje rasporeda konstrukcijskih elemenata tijekom izrade modela tehničke tvorevine. Izradit ćemo konstrukciju modela rampe na parkiralištu. Prolazak vozila pored rampe automatski je upravljan senzorima uz svjetlosnu signalizaciju (četiri LED-ice) kojom propuštamo vozila na ulazu i izlazu parkirališta. Automatsko upravljanje rampama osiguravaju magnetski senzori i tipkala. Faze izrade konstrukcije modela Rampe: • izrada konstrukcije modela • postavljanje svjetlosne signalizacije (LED) • postavljanje upravljačkih elemenata (tipkala, magnetski senzori) • povezivanje električnih elemenata vodičima, međusklopom i izvorom napajanja • izrada algoritama i računalnog programa za upravljanje. Napomena: Duljinu vodiča sa spojnicama potrebno je izmjeriti i prilagoditi u odnosu na električne elemente i senzore koji su smješteni na udaljenosti od međusklopa. Pozicija 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 jednu pored druge po dužoj stranici. Na početak i kraj u sredini obiju podloga umetnite četiri građevna elementa s utorom i spojnikom. Spojite dvije pokrovne pločice s dva spojnika u čvrsti spoj koji osigurava kompaktnost dviju podloga u jednu cjelinu. Slika 6._konstrukcijaD Slika 7._konstrukcijaE Na sredinu podloge u šesti i dvanaesti red umetnite dva građevna elementa s utorom i spojnikom. Umetnite četiri građevna elementa s dva spojnika jedan pored drugog tako da su pozicionirani iznad građevnog elementa s utorom i spojnikom u sredini između dviju podloga. Na nosače građevnih elemenata postavite elektromotore. Getribu s prijenosnim mehanizmom pozicionirajte u žlijeb elektromotora i umetnite zupčanik za getribu u krajnji položaj tako da zupčanici prenose gibanje prilikom vrtnje elektromotora. Slika 8._konstrukcijaF Slika 9._konstrukcijaG Slika 10._konstrukcijaH Veliki građevni blok osigurava smanjenje vibracija pri vrtnji elektromotora. Postavljanje nosača u ravnini getribe iznad građevnog elementa s utorom i spojnikom pričvršćenim na podlogu omogućuje stabilnost elektromotora s getribom. Na drugi kraj zupčanika za getribu umetnite spojnik koji omogućuje spajanje osovine s graničnicima. Građevni blok s jednim spojnikom pozicionirajte u isti red iza elektromotora (M1, M2). Slika 11._konstrukcijaI

Slika 12._konstrukcijaJ Element prijenosa je pužni vijak umetnut na osovinu s dva graničnika koja je smještena u nastavku spojnice na getribi. Pužni vijak je učvršćen za osovinu pomoću stezne matice stegnute navojem na pužnom vijku. Osovina prolazi kroz otvore vanjskog zgloba koji je pričvršćen na građevni blok s jednim spojnikom iza elektromotora. Na drugom kraju osovina s graničnicima učvršćena je spojnikom koji osigurava stabilnost pri rotaciji. Slika 13._konstrukcijaK Slika 14._konstrukcijaL Slika 15._konstrukcijaLJ Napomena: Usporavanje brzine vrtnje pogonskog dijela ostvarujemo redukcijom broja okretaja pogonskog zupčanika s brojem okretaja gonjenog zupčanika. Reduktor je strojni element koji mehaničkim prijenosom smanjuje brzinu vrtnje pogonskoga vratila uz stalnu brzinu vrtnje elektromotora. Smješten je između elektromotora i pogonskog dijela stroja ili vozila. Tijekom rotacije elektromotora brzina vrtnje (broj okretaja) se smanjuje, a zakretni se moment povećava. Slika 16._konstrukcijaM Slika 17._konstrukcijaN Slika 18._konstrukcijaNJ Dva velika građevna bloka pozicionirajte jedan nasuprot drugom između pužnog vijka. Oni su nosivi elementi na koje postavite građevne blokove s jednim spojnikom. Iznad njih umetnite građevni blok s rupom i dvije spojke. Provucite kroz središte obiju rupa osovinu s dva graničnika i na nju čvrsto stegnite zupčanik vijkom leptir-matice okrenutim prema unutra. Postupak ponovite s istim elementima na pužnom vijku drugog elektromotora. Slika 19._FT_elementi1 Napomena: Postupak sastavljanja konstrukcije omogućuje popis elemenata Fischertechnika uz pravilan tijek izvođenja radnih postupaka tijekom faza sastavljanja i provjeru kontrole kvalitete. Slika 20._konstrukcijaO Slika 21._konstrukcijaP Slika 22._konstrukcijaR Slika 23._konstrukcijaS Slika 24._konstrukcijaŠ Slika 25._konstrukcijaT Provucite osovinu kroz građevni blok s rupom i dvije spojke koja je smještena između zupčanika i stupa koji omogućuje rotaciju osovine s dva graničnika. Umetnite na građevni blok s rupom i dvije spojke dva kutna profila s četiri i dva spojna otvora. U utor građevnog bloka s rupom umetnite mali građevni blok s jednim spojnikom te postavite na njega kutni element (30°). Podesite i okrenite zupčanik, umetnite vratilo u rupu tijela zupčanika te ga provucite kroz utor kutnog elementa. Na krajeve vratila postavite krajnike s oprugom. Postupak ponovite s istim elementima na drugom sklopu mehanizma rampe. Napomena: Krak rampe radi na principu poluge. Potrebno je osigurati povezivanje zupčanika i kraka rampe pomoću spojnih elemenata s osovinom i osiguračima. Slika 26._konstrukcijaU Slika 27._konstrukcijaV Slika 28._konstrukcijaZ Slika 29._konstrukcijaX Veliki građevni blok postavite na stup iznad građevnog bloka s rupom i dvije spojke u unutrašnjem dijelu konstrukcije. Okomito postavite i okrenite veliki građevni blok i pozicionirajte ga u usporedni položaj s krakovima rampe. Umetnite na veliki građevni blok LED-svjetla s postoljem i okrenite ih prema ulazu i izlazu prometnice. Postavite na postolje zelene i narančaste kapice za svjetlo. Slika 30._konstrukcijaY Slika 31._konstrukcijaW Slika 32._FT_elementi2 Podešavanje pozicije tipkala na stupu omogućava kontrolu krajnjeg položaja tijekom podizanja kraka rampe. Tipkalo umetnite kroz građevni blok s rupom usporedno s krakom rampe i namjestite krajnji položaj podignute rampe. Slika 33._konstrukcijaQ Slika 34._konstrukcijaXY Slika 35._konstrukcijaXW Nosače međusklopa postavite iznad nosača svjetlosne signalizacije pomoću građevnih blokova s jednim spojnikom i na njih postavite međusklop. Magnetske senzore umetnite u vodilicu za vodiče potkovastog oblika na stup s vanjske strane prometnice. Vodilice za vodiče postavite u utore međusklopa s obje strane i na gradivne elemente konstrukcije. Izvor napajanja (bateriju) umetnite na međusklop 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 (O5–O8) međusklopa pomoću vodiča sa spojnicama. LED-lampice međusobno povežite u seriju sa zajedničkim vodičima sa spojnicama i umetnite u uzemljenje (zelena spojnica). 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 36._TXT Shema spajanja elemenata sa TXT-međusklopom: • elektromotore spojite na izlaze (M1, M2) • LED-lampice (O5–O8) signalizacije spojite na izlaze (crvena) i uzemljenje (┴ , zelena) • magnetske senzore spojite na digitalne ulaze (I1, I3) • tipkala spojite na digitalne ulaze (I2, I4) • izvor napajanja (baterija U = 9 V) spojite s TXT-međusklopom. Napomena: Električne elemente vodičima povezujemo prije spajanja izvora napajanja (baterija). Elektroničke elemente provjeravamo prije izrade algoritma i programa: • povezivanje TXT-međusklopa s računalom, ulazim i izlaznim elementima • provjera ispravnosti električnih elemenata: tipkala, magnetskih senzora, elektromotora i LED-lampica • provjera 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. Slika 37._FT_elementi3 Modelom upravljajamo magnetskim senzorima i senzorima dodira (tipkala) koji podižu i spuštaju rampu te upravljaju svjetlosnom signalizacijom. Napomena: Završna kontrola spojeva vodiča obavezna je prije pokretanja alata za test programa čime provjeravamo ispravnost ulaznih i izlaznih električnih elemenata. Uredno postavljanje vodiča u vodilice osigurava preglednost pri provjeri rada i uštedu vremena pri izradi duljina vodiča. Slika 38._Rampe1 Zadatak_1: Napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji upravlja automatiziranim sustavom dviju rampi na ulazu i izlazu parkirališta. Program neprekidno provjerava ulazni signal magnetskih senzora (I1, I3). Kada magnetski senzori nisu očitani motori (M1, M2 = stop) miruju, signalna LED-ica (O6) treperi u periodu od pola sekunde, zelena LED-ica (O5) je isključena i rampa je spuštena. Kada magnetski senzori očitaju magnetsku karticu, rampa1 i/ili rampa2 otvaraju se pokretanjem motora (M1, M2 = cw) koji dižu rampu do krajnjeg položaja pritisnutog tipkala (I2, I4). Dodirom tipkala (I2, I4) motori se zaustave (M1, M2 = stop), signalna narančasta LED-ica (O6) isključi se i zelena LED-ica (O5) se uključi, te neprekido provjerava očitanja magnetskih senzora. Uklanjanjem magnetske kartice motori (M1, M2 = ccw) spuštaju rampu, zelena LED-ica se isključi, narančasta LED-ica treperi u intervalu od pola sekunde i nakon tri sekunde zaustavljaju spuštanje rampe. Program se neprekidno izvršava i provjerava dolazak sljedećeg vozila i očitanje magnetskog senzora. Napomena: Nužan korak prije izrade programskog rješenja i pokretanja provjere rada je podešavanje minimalnog broja procesa koje program izvršava istovremeno. Kartica Properties omogućava povećanje broja (10) izvođenja paralelnih procesa istovremeno. Slika 39._Rampe_P Glavni program izrađen je od četiri dijela koji se istovremeno pokreću i upravljaju pomoću ulaznih senzora izlaznim električnim elementima modela rampe1 i rampe2. Pokretanjem programa program neprekidno provjerava očitanja magnetskih senzora na ulazu (I1=1) i izlazu (I3=1) parkirališta. Kada magnetski senzor očita signal izvršava se potprogram Ramp1_open na ulazu ili Ramp2_open na izlazu parkirališta. Istovremenim usporednim pokretanjem programa za upravljanje svjetlosnom signalizacijom, vozači dobivaju informaciju na ulazu i izlazu parkirališta. Slika 40._Rampe_PP Potprogrami Ramp1_open i Ramp2_open otvaraju rampe pokretanjem elektomotora (M1, M2 = cw) koji se zaustave očitanjem tipkala1