Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi – Fischertechnik (56)

Uskrs, pisanice i bojanje jaja sastavni su elementi kršćanske svetkovine koja se slavi u svim dijelovima Europe. Bojanje jaja narodni je običaj koji se od davnina provodi različitim metodama i postupcima primjenom različitih tehnika bojanja. Ovaj način zaštite i uljepšavanja jaja primjenjuje se i radi produljenja roka trajanja. Prodaja obojenih jaja u nekim dijelovima Europe odvija se tijekom cijele godine.

Pisanice različitih veličina stavljaju se na pokretne dijelove trake stroja za bojanje koja se vrti i nakon kratkog postupka iz njega izlaze pisanice u različitim bojama. U stroju se nalaze sapnice koje pojedinačno ili istovremeno izbacuju u mlazu različite boje. Sapnica je dio stroja kojemu je unutrašnji presjek smanjen radi preciznog usmjeravanja mlaza boje tijekom izbacivanja u okolni prostor. Raspršivanje čestica boje odvija se pod tlakom pri čemu je izlazni mlaz kontroliran i usmjeren na predmet koji bojimo (pisanica).

Princip bojanja isti je kao u autolakirnicama koje tijekom procesa bojanja upotrebljavaju boje za metal zamijenjenih metalnih dijelova automobila.

Slika 1._FT_SBP

Model stroja za bojanje pisanica izrađen je od elemenata i osnovnih građevnih blokova Fischertechnika koji su povezani spojnim elementima. Izrada konstrukcije s građevnim blokovima, električnim i mehaničkim elementima sa senzorima za upravljanje osigurava pouzdan rad tijekom bojanja pisanica. Modelom upravljamo pomoću algoritama i programskih procedura nakon čega slijedi izrada programa za automatizirano upravljanje i podešavanje elemenata konstrukcije.

Stroj za bojanje pisanica ‒ izrada modela

Električni elementi stroja za bojanje pisanica povezani su vodičima s ulaznim i izlaznim dijelovima međusklopa (sučelja). Prije prvog pokretanja automatiziranog modela provjeravamo rad električnih elemenata i dodirnih senzora. Nakon provjere izrađujemo program za upravljanje modelom koji je građen od elektromotora, dvije LED-lampice i četiri tipkala.

Postupak sastavljanja konstrukcije automatiziranog modela omogućuje popis elemenata Fischertechnika. Upute detaljno prikazuju radne postupke čime je olakšano sastavljanje automatiziranog modela stroja za bojanje pisanica.

Slika 2._FT_elementi1

Izradit ćemo model stroja za bojanje pisanica s elektromotorom (M1), dvije LED-lampice (O7 i O8), upravljačkim elektroničkim sklopom (sučeljem) i četiri tipkala (I1, I2, I3, I4).

Model pokreće istosmjerni elektromotor s prijenosnim mehanizmom, dvije LED-lampice i četiri tipkala. Upravljanje modelom pomoću dodirnih senzora (tipkala) omogućuje potpunu funkcionalnost stroja za bojanje i automatiziranu kontrolu tijekom postupka bojanja pisanica. Faze izrade konstrukcije modela:

• izrada funkcionalne konstrukcije modela stroja za bojanje

• postavljanje elektromotora s prijenosnim mehanizmom

• postavljanje svjetlosne signalizacije (LED-lampica)

• postavljanje upravljačkih elemenata (tipkala)

• povezivanje električnih elemenata vodičima, sučeljem i izvorom napajanja

• izrada algoritama i računalnog programa s potprogramima za upravljanje.

Napomena: Duljinu vodiča sa spojnicama određuje udaljenost električnih elemenata od međusklopa. Postavljanje međusklopa uz automatizirani model s izvorom napajanja (baterija U = 9 V) definira položaj ulaznih i izlaznih spojeva na međusklopu.

Slika 3._konstrukcijaA

Slika 4._konstrukcijaB

Na podlogu rasporedite šest velikih crnih građevnih blokova koji su međusobno udaljeni tako da olakšavaju izradu konstrukcije stroja za bojanje pisanica. Tri velika crna građevna bloka umetnite u peti red počevši od drugog stupca na podlogu. U isti red pored drugog stupca umetnite veliki crni građevni blok. Odredite razmak između drugog bloka i umetnite ga u peti red. Postupak umetanja ponovite s istim građevnim elementima te ih smjestite u drugi red na podlogu.

Iznad drugog i trećeg velikog građevnog bloka postavite spojni crveni blok s rupom kroz čiji je provrt umetnuta osovina duljine (d = 60 mm) čiji krajevi završavaju konusnim ulazom koji omogućava povezivanje s crnim valjkastim spojnim elementom. Na osovini je smješten mali kotač s oplatom i gumom koji se nalazi pored drugog nosivog stupa. Osigurač za osovinu s graničnikom omogućuje zadržavanje istog položaja i osigurava dovoljan razmak radi vrtnje kotača.

Napomena: Prvi i drugi veliki građevni blokovi međusobno su usporedno povezani ravnim dugačkim (d = 30 mm) spojnim elementom i s podlogom čime je osigurana dodatna stabilnost tijekom vrtnje osovine s kotačima i gumom.

Krajevi osovine dodatno su učvršćeni crnim valjkastim spojnim elementom. Mala osovina duljine (d = 30 mm) čiji krajevi završavaju konusnim ulazom povezana je s crnim valjkastim spojnim elementom na jednom kraju. U njen produžetak umetnut je drugi mali kotač s oplatom i gumom na jednom kraju i mali zupčanik stegnut maticom na drugom kraju osovine.

Napomena: Krajevi obiju osovina osigurani su crnim valjkastim spojnim elementom koji ograničava pomak osovine tijekom rotacije elektromotora.

Slika 5._konstrukcijaC

Slika 6._konstrukcijaD

Slika 7._konstrukcijaE

Umetnite u utor dvostranog spojnog crvenog bloka s rupom jedan mali dvostrani spojni crveni element. Isti spojni element postavite na vrh četvrtog velikog građevnog bloka smještenog u drugom redu na podlozi. Učvrstite na dvostrani spojni element građevni blok s četiri utora u čiji produžetak je umetnut dvostrani spojni crveni blok s rupom. Umetnite na njegovu slobodnu spojnicu građevni blok s četiri utora. Iznad četvrtog velikog građevnog bloka umetnite mali građevni blok s jednim spojnikom koji je učvršćen na dva mjesta.

Slika 8._konstrukcijaF

Slika 9._konstrukcijaG

Slika 10._konstrukcijaH

Slika 11._konstrukcijaI

Slika 12._konstrukcijaJ

Dva velika građevna bloka međusobno su povezana ravnim dugačkim spojnim elementom (d = 30 mm). Njihov usporedni položaj omoguću- je jednostavno povezivanje pomoću četiri kutna profila s prvim i drugim velikim građevnim blokom. Iznad dva velika građevna bloka umetnite dva mala građevna bloka s jednim spojnikom.

Nosači s osovinom za kotač umetnuti su u utore dva mala građevna bloka. Na osovine nosača umetnite kotače s gumama.

Napomena: Konstrukcija sastavljena od četiri kotača s gumama koje se slobodno vrte omogućuje rotaciju pisanice tijekom bojanja i ravnomjerno nanošenje boje.

Slika 13._konstrukcijaK

Slika 14._konstrukcijaL

Slika 15._konstrukcijaLJ

Slika 16._ konstrukcijaM

Postolje nosača prijenosnog mehanizma izgrađeno je od jednog kutnog bloka i dva građevna elementa s utorom i spojnikom koji su međusobno zakrenuti za 90°. Na podlogu je umetnut građevni blok s jednim spojnikom i utorom. Iznad građevnog bloka umetnut je mali građevni blok s jednim spojnikom.

Napomena: Konstrukcija sastavljena od tri spojna elementa olakšava podešavanje položaja prijenosnog mehanizma i njegovo povezivanje s elektromotorom.

Gradivni elementi nosača elektromotora olakšavaju njegovo postavljanje u položaj koji osigurava prijenos rotacijskog gibanja s elektromotora na osovinu. Dvostrana osovina (d = 40 mm) sa zupčanikom smještena je u utor prijenosnog mehanizma na kojem je niz malih zupčanika koji osiguravaju smanjenje brzine vrtnje tijekom rotacije elektromotora.

Napomena: Steznik s navojem smješten je unutar zupčanika Z 10 mm te mora biti jako stegnut čime je omogućena njegova rotacija i prijenos na susjedni zupčanik (kotači).

Slika 17._konstrukcijaN

Slika 18._konstrukcijaNJ

Slika 19._konstrukcijaO

Osovina prijenosnog mehanizma prolazi kroz građevni element s rupom i dvije spojnice te je smješten iznad velikog crnog građevnog bloka osiguravajući potrebnu visinu elektromotora. Smanjenje brzine rotacije elektromotora kontrolira prijenosni mehanizam od tri zupčana prijenosna elementa. Funkcionalnost prijenosnog mehanizma ostvaruje veza između dvostrane osovine sa zupčanikom i mehanizma prijenosa (getribe).

Getriba je umetnuta na elektromotor čime je omogućena rotacija rotora elektromotora tijekom protoka istosmjerne struje (baterija U = 9 V ili ispravljač izmjenične struje).

Napomena: Provjeru kvalitete nosača konstrukcije i usklađenost tijekom rada prijenosnog mehanizma s elektromotorom ostvarujemo spojnicama vodiča i s izvorom napajanja. Promjenom polariteta izvora napajanja, ostvaren je prijenos vrtnje na malu osovinu u oba smjera (cw i ccw).

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 20._konstrukcijaP

Slika 21._konstrukcijaR

Umetnite u utore nosača s osovinom za kotač dva elementa s kosinom (15°). Na elemente s kosinom umetnite dva postolja za LED-lampice. LED-lampice umetnite u postolje za lampicu zajedno sa zaštitnim kapicama (crvena, žuta).

Napomena: Postavite vodilice za vodiče u utore na podlozi tako da izmjerite ravnalom duljinu vodiča i udaljenost do međusklopa.

LED-lampice spojite vodičima sa spojnicama na sučelje. Postavite LED-lampice u poziciju za spajanje sa spojnicama i umetnite ih u vodiče. Pazite na 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 (O7) spojite direktno na uzemljenje. LED-lampica s uzemljenjem serijski je povezana s LED-lampicom (O8).

LED-lampice imaju jedan zajednički vodič (uzemljenje) radi smanjenja broja vodiča koji povezuju model s međusklopom. U utore s lijevog boka međusklopa umetnite četiri dodirna senzora koje koristimo za pokretanje i upravljanje modelom stroja za bojanje.

Slika 22._konstrukcijaS

Pisanica je dodatni element kojemu možete mijenjati boju nakon pozicioniranja ovisno o kombinaciji osnovnih boja. Desno od modela u zadnji red na podlogu umetnite mali jednostruki građevni element na koji pričvrstite izvor napajanja (baterija). Ispred izvora napajanja učvrstite međusklop (sučelje) koji je povezan s velikim crnim građevnim blokom koji je umetnut na podlogu. U utor bloka nužno je umetnuti mali crveni spojnik i podesiti visinu radi učvršćivanja međusklopa.

Izvor napajanja (baterija) spojen je na mali jednostruki građevni element. Pozicija međusklopa (sučelja) definirana je blizinom i pozicijom izvora napajanja. Međusklop postavite na dva mala crvena spojnika koji su učvršćeni na podlogu pazeći na njihov razmak i položaj. U utore međusklopa s lijeve strane smještena su četiri tipkala kojima upravljamo modelom. Položaj tipkala definiraju ulazi na međusklopu.

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

Slika 23._TXT

Spajanje FT-elemenata s TXT-sučeljem:

• elektromotor spojite na (M1) izlaz

• LED-lampice spojite na (O7, O8) izlaze (crveno) i uzemljenje (┴ , zeleno)

• tipkala spojite vodičima na digitalne ulaze (I1, I2, I3,I4)

• 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. Slika 24._FT_elementi2

Elektroničke elemente uvijek povezujemo 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 stroja za bojanje pisanica upravljaju senzori dodira (tipkala I1, I2, I3, I4) koji kontroliraju proces vrtnje elektromotora (kotača) te