Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi – Fischertechnik (53)

Miješalica je stroj pokretan elektromotornim pogonom koji omogućava rotaciju alata kojim miješamo smjese materijala različitog viskoziteta: boje, ljepila, žbuke itd. Primjenjuje se u građevinarstvu pri izvođenju graditeljskih radova: za izravnavanje površina zidova, spajanje opeke, izradu armaturno-betonskih elemenata nosive konstrukcije itd.

Slika 1._Miješalica

Model miješalice izrađen je od elemenata i osnovnih spojnih građevnih blokova Fischertechnika. Odabir građevnih blokova, električnih i mehaničkih elemenata sa senzorima kontrole osigurava funkcionalnost modela tijekom obavljanja radnih zadataka. Upravljanje modelom pomoću različitih algoritama i izrada programa osiguravaju potpunu kontrolu i upravljanje automatiziranim modelom.

Izrada modela Miješalice

Model Miješalice povezan je vodičima s ulaznim i izlaznim električnim elementima i s međusklopom (sučeljem). Prije pokretanja automatiziranog modela provjeravamo rad električnih elemenata i dodirnih senzora (izrada programskog rješenja za pokretanje elektromotora, tri LED­lampice i tri tipkala).

Izradu funkcionalne konstrukcije modela osigurava popis elemenata Fischertechnika. Detaljne upute uz razradu radnih postupaka olakšava sastavljanje automatiziranog modela miješalice.

Slika

2._FT_elementi1

Izradit ćemo model miješalice s elektromotorom (M1), tri LED-lampice (O1, O2, O3), upravljačkim elektroničkim sklopom (sučeljem) i tri tipkala (I1, I2, I3).

Model miješalice pokreće istosmjerni elektromotor povezan s prijenosnim mehanizmom, tri lampice i tri tipkala. Upravljanje modelom pomoću dodirnih senzora (tipkala I1, I2, I3) osigurava potpunu funkcionalnost i automatiziranu kontrolu upravljanja radom modela. Faze izrade konstrukcije modela:

• izrada funkcionalne konstrukcije modela miješalice

• postavljanje elektromotora s prijenosnim mehanizmom

• postavljanje svjetlosne signalizacije (LED-lampice)

• postavljanje upravljačkih elemenata (tipkala)

• povezivanje električnih elemenata s vodičima, sučeljem i izvorom napajanja

• izrada algoritama i računalnog programa s potprogramima za upravljanje.

Napomena: Duljinu vodiča sa spojnicama određuje položaj i udaljenost električnih elemenata od međusklopa. Postavljanje međusklopa uz automatizirani model s izvorom napajanja (baterija U = 9 V) određeno je ulazno-izlaznim spojevima međusklopa.

Slika 3._konstrukcijaA

Slika 4._konstrukcijaB

Slika 5._konstrukcijaC

Na sredini podloge umetnut je veliki crni građevni blok koji je nosač stupa i osigurava visinu stabilnih nosača konstrukcije. Na veliki crni građevni blok umetnite crveni građevni element s provrtom i dva spojnika. Iznad umetnite dva velika crna građevna bloka i na vrh jedan građevni crni mali blok s jednim spojnikom. Između nosivih stupova umetnite veliki crni građevni blok. Na lijevu stranu nosivog stupa umetnite dva crvena građevna elementa s provrtom i dva spojnika u položaj koji omogućava povezivanje rotirajućeg dijela konstrukcije.

Pored malog crnog građevnog bloka postavite spojni crveni blok s rupom okrenut u položaj duže stranice podloge. Kroz provrt malog crvenog spojnog bloka umetnite kratku osovinu duljine (d= 30 mm) čiji krajevi završavaju konusnim ulazom koji omogućava povezivanje s crnim valjkastim spojnim elementom.

Napomena : osovine s konusnim ulazom namjestite u položaj kojim se utori dodiruju međusobno radi kvalitete prijenosa gibanja tijekom rotacije elektromotora.

Slika 6._konstrukcijaD

Slika 7._konstrukcijaE

Slika 8._konstrukcijaF

Na vrh nosivog stupa u produžetku nosive konstrukcije umetnite dva velika crna građevna bloka i dva mala jednostrana spojna crvena elementa koji omogućuju povezivanje s nosačem stupa u čvrstu cjelinu. Iznad nadvoja stupa umetnite dva vanjska zgloba i provucite kroz njih dugu osovinu duljine (d = 75 mm) čiji krajevi završavaju konusnim ulazom koji omogućava povezivanje s crnim konusnim zupčanicima na oba kraja.

Napomena: Kompaktnost nosača konstrukcije osigurava veću kvalitetu i pouzdanost pri spajanju elemenata.

Slika 9._konstrukcijaG

Slika 10._konstrukcijaH

Na kraj nosača u mali jednostrani spojni crveni element umetnite crveni građevni element s provrtom i dva spojnika. Kroz provrt umetnite mali zupčanik s konusnim krajem te ga spojite s crnim valjkastim spojnim elementom. U drugi kraj valjkastog spojnog elementa umetnite dugu osovinu duljine (d = 60 mm) čiji kraj završava konusnim ulazom koji omogućava povezivanje s crnom ručicom za pokretanje s osovinom. Na podlogu učvrstite mali crveni jednostrani spojni element na koji je spojen element s osovinom. Na osovinu umetnite crveni kotačić 23 (posuda za miješanje).

Slika 11._konstrukcijaI

Slika 12._konstrukcijaJ

Slika 13._konstrukcijaK

Na podlogu umetnite uspravno po visini dva velika crna građevna bloka tako da su udaljeni dva stupca desno od nosivog stupa i dva reda iza nosivog stupa. Na njih pričvrstite elektromotor (M1) i podesite položaj radi kvalitete prijenosa. Umetnite prijenosni mehanizam sa zupčanicima na elektromotor. Kroz prijenosni mehanizam (getriba) prolazi zupčanik za getribu s vratilom. Na završetak zupčanika za getribu s vratilom umetnite spojnik (graničnik) u drugi kraj valjkastog spojnog elementa koji omogućava konstantnu rotaciju zupčanika prijenosnog mehanizma.

Napomena: Elektromotor umetnite u krajnji položaj na prijenosni mehanizam tako da rotor dodiruje zupčanike smještene unutar prijenosnog mehanizma. Povezivanje elektromotora s prijenosnim mehanizmom omogućuje funkcionalnost modela pri rotaciji alata miješalice.

Slika 14._konstrukcijaL

Slika 15._ konstrukcijaLJ

Na desnu stranu postolja u osmi red umetnite veliki crni građevni element koji osigurava nepomičnost izvora napajanja i olakšava jednostavnu zamjenu baterije kada je prazna.

Ispred baterije postavite sučelje na četiri dvostrana spojna elementa koji su umetnuti na postolje s jedne strane i učvršćeni sa sučeljem na drugoj strani. Raspored elemenata na postolju osigurava optimalno povezivanje električnih elemenata s vodičima na sučelje i jednostavno spajanje izvora napajanja sa sučeljem.

Napomena: Položaj sučelja definiran je različitim priključcima koji su smješteni na njemu. Oni omogućavaju povezivanje s računalom i komunikaciju između sučelja i računala s elektromotorom, LED-lampicama i dodirnim senzorima (tipkalima).

Napomena: postavite izvor napajanja (bateriju) i međusklop na podlogu, spojite ih uredno i pregledno vodičima optimalne dužine. Ulazne i izlazne električne elemente povežite s međusklopom i testirajte rad programskim alatom u programu RoboPro.

Slika 16._konstrukcijaM

Slika 17._konstrukcijaN

Slika 18._konstrukcijaNJ

Postavite lijevo na kraj nosive grede pokrovnu ploču s tri utora na spojnik crvenog građevnog elementa s provrtom. Na pokrovnu ploču umetnite dva postolja za LED-lampice. Postolje za LED-lampice umetnite desno na gornju plohu nosive grede koja spaja nosive stupove povezane s postoljem. LED-lampice umetnite u postolje za lampicu zajedno sa zaštitnim kapicama (crvena, zelena, narančasta). Popis gradivnih elemenata olakšava izradu konstrukcije električnog sklopa signalnih LED-lampica.

Napomena: Postavite vodilice za vodiče u utore nosive grede i na prednju stranu nosivog stupa konstrukcije te izmjerite ravnalom duljinu vodiča.

Tri LED-lampice spojite vodičima sa spojnicama na sučelje. Postavite LED-lampice u poziciju za spajanje sa spojnicama i umetnite ih u vodiče. Odredite pravilan redoslijed spajanja i izmjerite duljinu vodiča.

Izrežite vodiče na izmjerene duljine, skinite izolaciju na krajevima, umetnite ih u spojnice i stegnite čvrsto vijak pomoću odvijača.

Napomena: Vodiči smješteni unutar vodilica olakšavaju pregledno i pravilno spajanje LED-lampica, osiguravaju urednost i preglednost vodljivih elemenata spojenih na sučelje.

Napomena: LED-lampice spojite zajedničkim vodičem na uzemljenje sučelja tako da najbližu lampicu (O5) spojite direktno na uzemljenje. LED-lampica (O5) s uzemljenjem serijski je povezana s ostalim LED-lampicama (O3 i O4). Ovakvim načinom povezivanja LED-lampica na zajedničko uzemljenje smanjujemo broj vodiča na konstrukciji i sučelju.

LED-lampice imaju jedan zajednički vodič (uzemljenje) radi smanjenja broja vodiča koji povezuju model s međusklopom. U utore međusklopa umetnite tri dodirna senzora kojima upravljamo modelom miješalice.

Slika 19._TXT

Slika 20._FT_elementi2

Spajanje FT-elemenata s TXT-sučeljem:

• elektromotor spojite na (M1) izlaz

• LED-lampice spojite na (O3, O4, O5) izlaze (crveno) i uzemljenje (┴ , zeleno)

• tipkala spojite vodičima na digitalne ulaze (I1, I2, I3)

• izvor napajanja ‒ baterija (U = 9 V).

Napomena: Pri povezivanju međusklopa s električnim elementima modela pazite na boje spojnica vodiča, urednost spajanja vodiča i dužinu vodiča elektromotora, LED-lampica i tipkala. Elektroničke elemente povezujemo uvijek prije spajanja izvora napajanja (baterije) i izrade algoritma (programa):

• povezivanje TXT-sučelja s računalom, ulaznim i izlaznim elementima

• provjera komunikacije TXT-sučelja s računalom (USB, Bluetooth, Wi-Fi) s izvorom napajanja (baterijom U = 9 V)

• provjera rada spojenih elemenata: senzora udaljenosti, tipkala i LED-lampica s programom RoboPro.

Modelom miješalice upravljaju senzori dodira (tipkala I1, I2, I3) koji kontroliraju proces vrtnje alata za miješanje i uključivanje i isključivanje svjetlosne signalizacije (lampice O3, O4, O5).

Napomena: Provjerite spojeve vodiča prije pokretanja alata za test programa i testirajte ispravnost ulaznih i izlaznih električnih elemenata. Uredno postavljanje vodiča u vodilice osigurava dobru preglednost pri provjeri rada i uštedu pri izradi dužina vodiča između modela i sučelja.

Izrada algoritama i programskih rješenja

Slika 21._Mješalica1

Zadatak_1: Izradi algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava upravljanje, pokretanje elektromotora te uključivanje i isključivanje LED-lampice tipkalom (I1). Na početku, pokretanjem programa elektromotor stoji i LED-lampice ne svijetle. Program provjerava izlaze na koje su spojena tipkala (I1, I2) i očitano stanje na tipkalima (I1, I2). Pritiskom na tipkalo (I1) i otpuštanjem tipkala (I1) uključi se elektromotor (M1), koji se vrti u smjeru kazaljke na satu (cw) i uključi se zelena lampica (O4 = on). Elektromotor je povezan s prijenosnim mehanizmom koji prenosi vrtnju na zupčanike i pokreće miješalicu. Pritiskom tipkala (I2 = 1) elektromotor se zaustavi (M1 = stop) i sve LED-lampice se isključe.

Program kontinuirano provjerava stanje na tipkalu (I1) dok ga ne isključimo.

Slika 22._FT1_M

Slika 23._FT2_M

Slika 24._FT3_M

Slika 25._FT4_M

Zadatak_2: Izradi algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava upravljanje, pokretanje elektromotora te uključivanje i isključivanje LED-lampica tipkalom (I1). Na početku, pokretanjem programa elektromotor stoji i LED-lampice ne svijetle. Program provjerava izlaze na koje su spojena tipkala (I1, I2) i očitano stanje na tipkalima (I1, I2). Pritiskom na tipkalo (I1) i otpuštanjem tipkala (I1) uključi se elektromotor (M1) koji se vrti u smjeru kazaljke na satu (cw) i uključi se zelena LED-lampica (O4 = on). Elektromotor je povezan s prijenosnim mehanizmom koji prenosi vrtnju na zupčanike i pokreće miješalicu. Pritiskom tipkala (I2 = 1) elektromotor se zaustavi (M1 = stop), crvena LED-lampica (O5 = on) se uključi, ostale LED-lampice se isključe. Kada aktiviramo tipkalo (I2 = 1), program kontinuirano provjerava stanje na tipkalu (I1) dok ga ne isključimo.

Potprogram sve_off zaustavlja elektromotor i isključuje sve LED-lampice.

Tablica stanja: elektromotor, dva tipkala i dvije lampice

Zadatak_3: Izradi algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava upravljanje, pokretanje elektromotora te uključivanje i isključivanje LED-lampica tipkalom (I1). Na početku, pokretanjem programa elektromotor stoji i LED-lampice ne svijetle. Program provjerava izlaze na koje su spojena tipkala (I1, I2) i očitano stanje na tipkalima (I1, I2). Pritiskom na tipkalo (I1) i otpuštanjem tipkala (I1) uključi se elektromotor (M1) koji se vrti u smjeru kazaljke na satu (cw). Istovremeno se naizmjenice uključuju i isključuju žuta (O3) i zelena (O4) LED-lampica u periodu od pola sekunde. Elektromotor je povezan s prijenosnim mehanizmom koji prenosi vrtnju na zupčanike i pokreće miješalicu. Pritiskom tipkala (I2 = 1) elektromotor se zaustavi (M1 = stop), crvena LED-lampica (O5 = on) se uključi, ostale LED-lampice se isključe. Kada aktiviramo tipkalo (I2 = 1), program kontinuirano provjerava stanje na tipkalu (I1) dok ga ne isključimo.

Potprogram sve_off zaustavlja elektromotor i isključi sve LED-lampice.

Potprogrami M_cw_O3_on i M_cw_O4_on kontinuirano uključuju i isključuju LED-lampice dok je uključena miješalica.

Zadatak_4: Izradi algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava upravljanje, pokretanje elektromotora, te uključivanje i isključivanje LED-lampica tipkalom (I1). Na početku, pokretanjem programa elektromotor stoji i LED-lampice ne svijetle. Program provjerava izlaze na koje su spojena tipkala (I1, I2, I3) i očitano stanje na tipkalima (I1, I2, I3). Pritiskom na tipkalo (I1) i otpuštanjem tipkala (I1) uključi se elektromotor (M1) koji se vrti u smjeru kazaljke na satu (cw). Istovremeno se naizmjenice uključuju i isključuju žuta (O3) i zelena (O4) LED-lampica u periodu od pola sekunde. Elektromotor je povezan s prijenosnim mehanizmom koji prenosi vrtnju na zupčanike i pokreće miješalicu. Pritiskom tipkala (I2 = 1) elektromotor se zaustavi (M1 = stop), crvena LED-lampica (O5 = on) se uključi, ostale LED-lampice se isključe. Kada aktiviramo tipkalo (I2 = 1), program kontinuirano provjerava stanje na tipkalu (I1) dok ga ne isključimo. Pritiskom tipkala (I3 = 1) program završi rad i sve je isključeno.

Potprogram sve_off zaustavlja elektromotor i isključi sve LED-lampice.

Potprogrami M_cw_O3_on i M_cw_O4_on kontinuirano uključuju i isključuju LED-lampice dok je uključena miješalica.

Izazov_1: Izradi algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava upravljanje, pokretanje elektromotora te uključivanje i isključivanje LED-lampica tipkalom (I1). Na početku, pokretanjem programa elektromotor stoji i LED-lampice ne svijetle. Program provjerava izlaze na koje su spojena tipkala (I1, I2, I3) i očitano stanje na tipkalima (I1, I2, I3). Pritiskom na tipkalo (I1) i otpuštanjem tipkala (I1) uključi se elektromotor (M1) koji se vrti suprotno od smjera kazaljke na satu (ccw). Istovremeno se naizmjenice uključuju i isključuju žuta (O3) i zelena (O4) LED-lampica u periodu od dvije sekunde. Pritiskom tipkala (I2 = 1) elektromotor se zaustavi (M1 = stop), crvena LED-lampica (O5 = on) se uključi, ostale LEDlampice se isključe. Kada aktiviramo tipkalo (I2 = 1), program kontinuirano provjerava stanje na tipkalu (I1) dok ga ne isključimo. Pritiskom tipkala (I3 = 1) program završi rad i sve je isključeno.

Petar Dobrić, prof.