ROBOTSKA DELAVNICA NAVODILA ZA SESTAVLJANJE ROBOTA ROBOSLED

Transcript

1 NAVODILA ZA SESTAVLJANJE ROBOTA ROBOSLED Kratek opis robota: ROBOSLED je mobilni robot, ki samostojno sledi črni črti na beli podlagi. Napajan je z eno 9 V baterijo, poganjata ga dva predelana servomotorčka. Črno črto zaznava s pomočjo fotoupora. ROBOSLED ne vsebuje mikrokrmilnika, zato ga ni potrebno programirati. Pregled postopka za izdelavo robota ROBOSLEDA: 1. Prilagodimo elektroniko servomotorjev in motorjem omogočimo vrtenje za 360 o. 2. Tiskano vezje po potrebi obrežemo, izvrtamo potrebne luknje (0.8 mm, 1 mm) za pritrditev elektronskih elementov, pritrditev ploščice (3 mm) in nastavljanje potenciometrov ter prispajkamo potrebne elektronske elemente na tiskano vezje. 3. Na ohišje robota izžagamo in izvrtamo luknje za pritrditev motorjev, stikala za vklop/izklop robota in distančnikov za pritrditev tiskanega vezja. 4. Pritrdimo motorje in stikalo na ohišje robota, nato jih z žicami povežemo s tiskanim vezjem in tudi tiskano vezje pritrdimo. Na motorje pritrdimo kolesa. 5. Na ohišju izrežemo luknjo za svetlobni senzor in svetlečo diodo. 6. Pritrdimo še baterijo, vklopimo robota, nastavimo potenciometre robota in preizkusimo delovanje robota. (03) TELEFAX (02) pters@scv.si TRR: stran 1

2 PRILAGODITEV SERVOMOTORJEV Servomotorja moramo prilagoditi mehansko in elektronsko. A. Mehanska prilagoditev Mehansko prilagodimo servomotorja, da se bosta lahko neomejeno vrtela za cel krog (360 o ) in več. 1. Na zadnjem delu ohišja odvijemo vijake in odstranimo pokrov servomotorja (slika 1). 2. Na strani, kjer je bila pritrjena prirobnica motorja, snamemo pokrovček in pridemo do zobniškega prenosa servomotorja (slika 2). 3. Črnemu zobniku na sliki z nožem odstranimo trn, ki preprečuje neomejeno vrtenje (slika 3). Slika 2 Slika 3 Slika 4 4. Sestavimo zobnike, kot so bili pred našim posegom, in jih pokrijemo s pokrovčkom. V nadaljevanju pazite, da se vam ta del pokrovčka ne sname. Če imate težave, ga lahko prilepite na ohišje z lepilnim trakom. B. Elektronska prilagoditev 1. Servomotor obrnite tako, da boste videli tiskovino (slika 5). 2. Vzemite majhen ploščat izvijač in s pomočjo vzvoda (konico izvijača vtaknete v luknjico v vogalu ohišja glej predhodno sliko) previdno dvignite tiskovino iz ohišja servomotorja. Izvlečena tiskovina je prikazana na spodnji sliki (slika 6). 3. S tiskovine odspajkajte motor. Pri tem uporabite pumpico za cin. S spajkalnikom segrejte del, kjer je prispajkan motor in odsesajte cin. (03) TELEFAX (02) pters@scv.si TRR: stran 2

3 S ploščice odspajkate tudi priključke in jih prispajakte neposredno na motor. Uporabite rdečo in rjavo žico. Na motor prispajkate tudi kondenzator, ki odpravlja nezaželene motnje (slika 7). Slika 5 Slika 6 Slika 7 4. Predelano elektroniko servomotorja damo nazaj v ohišje, kot je bilo pred predelavo, in z vijaki privijemo pokrov. Priklopimo motorček na baterijo in preverimo, ali pravilno deluje in ali ne praska. Črna žica: minus na bateriji Rdeča žica: + 9 V SPAJKANJE ELEKTRONSKIH ELEMENTOV NA TISKANO VEZJE Električna shema vezja na tisku je prikazana na sliki (slika 8). Povečana shema je tudi v prilogi 3. Slika 8: Električna shema vezja (03) TELEFAX (02) pters@scv.si TRR: stran 3

4 Pri tem so vrednosti elementov: R1 = 220 Ω P1 = 1 kω precizni potenciometer D1 = visokosvetilna bela led dioda R2 = 10 kω R3 = MERILNO UHO R4 = foto-upor R5 = 10 kω R6 = merilno uho P2 = 50 kω precizni potenciometer R7 = 2.2 kω R8 = 2.2 kω IC1 = LM393 (primerjalno vezje) IC2 = L293D (ojačevalno vezje) Upore označujemo z barvno lestvico, ki jo prikazuje tabela 1. Barva 1. obroček 2. obroček 3. obroček 4. obroček mnogokratnik toleranca srebrna / / 10-2 ± 10 % zlata / / 10-1 ± 5 % črna / rjava ± 1 % rdeča ± 2 % oranžna / rumena / zelena ± 0,5 % modra ± 0,25 % vijolična ± 0,1 % siva ± 0,05 % bela ± 20 % Tabela 1: Označevanje uporov Montažna shema ROBOSLEDA (slika 9). Povečana shema se nahaja tudi v prilogi 2. Slika 9: Montažna shema (03) TELEFAX (02) pters@scv.si TRR: stran 4

5 POSTOPEK SPAJKANJA: 1. Pripravimo si delovno orodje za postopek spajkanja (priloga 1). Potrebujemo: spajkalnik, gobico za čiščenje spajkalne konice, cin, ploščata klešča, cinpumpico, pinceto. 2. spajkalnik vključimo na napetost in počakamo nekaj minut, da se konica segreje. 3. Spajkati pričnemo od najnižjega elementa proti najvišjemu. 4. Najprej zaspajkamo mostične povezave. V vezju imamo tri mostične povezave. 5. Nato zaspajkamo vse upore. Upore predhodno ukrivimo s ploščatimi kleščami. 6. Spajkamo torej upore R1, R2, R5, R7, R8. 7. Sledi spajkanje merilnih ušes. Za merilna ušesa uporabimo ostanke nogic od prej zaspajkanih uporov. Merilni ušesi sta R3, R6. 8. V tiskano vezje zaspajkamo podnožja integriranih vezij IC1 in IC2. 9. Zaspajkamo potenciometre P1 in P Svetlečo diodo in fotoupor zaspajkamo v D1 in R4, pri tem moramo paziti, da pravilno obrnemo oba elementa. 11. Na koncu prispajkamo priključke za motor M1 in M2. UMERJANJE ROBOTA Za umerjanje robota potrebujemo belo in črno podlago. Najprej robota fotoupor postavimo na belo podlago in na mostiču R3 izmerimo napetost. Postopek ponovimo in izmerimo napetost na črni podlagi. Sedaj merimo napetost na mostiču R6. S potenciometrom P2 poizkušajmo nastaviti napetost, kakršno ima fotoupor na beli podlagi. Ko smo nastavili vhodne napetostne nivoje, je potrebno samo pravilno priključiti motorje in robot bo sledil črti. DELOVANJE VEZJA ROBOSLEDA Vezje ROBOSLEDA priključimo na napajalno napetost 9 V. Za napajanje lahko uporabimo baterijo ali akumulator. Z napetostjo zagotovimo, da sveti dioda D1. Upor R1 skrbi za zaščito diode D1. S potenciometrom P1 lahko nastavljamo svetilnost bele led didode D1. Vhod v primerjalno vezje ustvarjata dva delilnika napetosti. Prvi delilnik tvorita upor R2 in fotoupor, drugega pa upor R5 in potenciometer P2. Naloga vezja IC1 primerjalno vezje - je, da primerja dve napetosti in če (03) TELEFAX (02) pters@scv.si TRR: stran 5

6 je napetost na vhodu 2 in 5 večja kot napetost na vhodu 3 in 6, je izhod 1 = + 5 V, izhod 7 = 0 V. V nasprotnem primeru je izhod 1 = 0 V, izhod 7 = + 5 V. Pri umerjanju moramo meriti napetost med R3 in maso in R6 in maso približno enako. Robot naj bo na beli podlagi. S spremembo podlage iz bele na črno se spremeni tudi upornost fotoupora in s tem tudi razmerje v delilniku napetosti. Spreminjamo lahko samo napetost v mostiču R5, P2 z vrtenjem potenciometra P2. V kolikor se spremenijo razmere na vhodih v primerjalno vezje, se spremenita tudi izhoda iz primerjalnega vezja. Z izhoda iz primerjalnega vezja peljemo signal na vhod ojačevalnega vezja. S pomočjo izhodov iz primerjalnega vezja vklopimo oz. izklopimo motorja M1 in M2. Na ojačevalnik pripeljemo napetost, s katero krmilimo motor in znaša 9 V. Slika 10: Električna shema ROBOSLEDA Če ROBOSLED potuje po beli podlagi, se svetloba diode D1 močneje odbije do fotoupora, zaradi česar ima fotoupor manjšo upornost. Če smo prav nastavili polariteto motorjev, mora v tem primeru robot zavijati proti črti. Ko robot pride do črte, jo zazna, zaradi česar se vključi drugi motor, saj se svetloba drugače odbija od črne podlage. Stanje v delilniku je sedaj drugačno, kot če je senzor na beli podlagi. (03) TELEFAX (02) pters@scv.si TRR: stran 6

7 PRILOGA 1 OSNOVE SPAJKANJA Spajkanje elektronskih elementov je eden izmed osnovnih postopkov povezovanja. Elemente lahko povezujemo neposredno ali jih prispajkamo v za to namenjeno ploščo, ki jo imenujemo tiskano vezje. Katerokoli od povezav uporabljamo, morajo biti vsi spoji med elementi kvalitetni. Od tega je odvisno delovanja vezja, ki smo ga sestavili. Potrebno orodje za spajkanje spajkalnik stojalo gobica za čiščenje spajkalnika tinol žica - cin pinceta pumpica Spajkalnik Slika 11: Spajkalnik, pripadajoči deli spajkalnika in njegova uporaba Spajkalnik je sestavljen iz štirih osnovnih delov (slika): 1. Konica spajkalnika mora biti vedno čista in segreta na temperaturo nekje nad 200 stopinj. Pri takšni temperaturi so zagotovljeni vsi pogoji za kvalitetno spajkanje (slika 12). Slika 12: Različne konice spajkalnika (03) TELEFAX (02) pters@scv.si TRR: stran 7

8 2. Grelec greje konico spajkalnika na želeno temperaturo (pri nastavljivih spajkalnikih) oz. temperaturo, ki je pogojena z močjo grelca. Spajkalniki so izdelani za različne moči, npr. od 6 do več 100 W. Enako velja za napajalne napetosti, ki se gibljejo od 12 do 220 V. Za elektroniko so v splošnem najbolj uporabni spajkalniki med 30 in 60 W. 3. Ročaj in ohišje spajkalnika. Ročaj je narejen iz kvalitetnih izolacijskih materialov in služi kot držalo spajkalnika ter zaščito roke pred visoko temperaturo. 4. Priključni kabel je namenjen napajanju grelca. Kvalitetni spajkalniki imajo trožilni priključni kabel, kar pomeni, da imajo tudi zaščitni vodnik, ki ščiti uporabnika pred morebitnim tokovnim udarom. Profesionalne izvedbe spajkalnikov imenujemo spajkalne postaje. Spajkalna postaja je posebne vrste spajkalnik, ki mu lahko uravnavamo temperaturo konice. Regulacija temperature konice se izvaja s posebnim elektronskim vezjem, ki je vgrajeno v posebno ohišje ali ročaj spajkalnika. Stojalo uporabljamo za odlog spajkalnika takrat, ko ga ne potrebujemo. Gobica za čiščenje spajkalnika. Za kvalitetno spajkanje je potrebno pred vsakim spojem očistiti konico. Za to uporabljamo posebno gobico, ki jo predhodno navlažimo. Pred spajkanjem konico obrišemo v gobico, tako da le-ta postane svetleča. Tinol žica (slika 13) je material, ki služi za galvansko spajanje elektronskih elementov. Narejena je iz dveh delov: plašče iz legure kositra in svinca ter iz jedra kolofonije. Pri visokih temperaturah se kolofonija topi in na kemičen način čisti spajkalno mesto. Točka taljenja tinol žice je odvisna od sestave legure in znaša nekje C. Oznaka Sn50Pb pomeni, da je tinol žica sestavljena iz 50 % kositra (Sn) in 50 % svinca (Pb). Najbolj primerna je uporaba 1 mm ali 0.5 mm debele tinol žice. 1 legura 2 kolofonija Slika 13: Presek tinol žice (03) TELEFAX (02) pters@scv.si TRR: stran 8

9 Pinceta služi za prijem elektronskih elementov, saj se zaradi spajkanja segrejejo na temperaturo neprimerno za držo v rokah. Obstajajo različne oblike pincet in pincete za različne namene. Pumpico uporabljamo za odvajanje odvečnega tinola. Postopek spajkanja Konico spajkalnika najprej segrejmo in po potrebi z gobico očistimo. Nato konico prislonimo na mesto za spajkanje tako, da segrejemo celotno mesto spajkanja. Po krajšem času, dveh, treh sekundah (odvisno od tega, kaj spajkamo in kako močan spajkalnik imamo), na spojno mesto prislonimo tinol žico. Najprej se topi kolofonija, ki kemijsko očisti spojno mesto in izpari. Nato se topi legura, ki se sprime z očiščeno površino spojnega mesta. Ko je spoj pravilno oblikovan, odmaknemo tinol žico in za njo še spajkalnik, ki drsi po preostali žici oz. nogi elektronskega elementa (slika14) Slika 14: Drža spajkalnika med spajkanjem Pomembna opozorila: Spajkalnik držimo kot svinčnik pod kotom Ko ga ne uporabljamo, mora stati v posebnem stojalu. Površina prispajkanega spoja mora biti gladka in sijajna, kar je osnovni pokazatelj kvalitetnega stika. Oksidirane spoje očistite na mehanski način. V nobenem primeru ne uporabljamo paste za spajkanje, kljub temu da so deklarirane kot brezkislinske; njihova uporaba vam bo kmalu uničila konico spajkalnika, spoji pa bodo s časom postali problematični. Pri spajkanju na tiskanini mora konica spajkalnika istočasno greti priključek elektronskega elementa in bakreno površino tiskanega vezja. Pazite! Spajkalniki prevelikih moči in predolgo gretje lahko poškodujejo tiskano vezje. (03) TELEFAX (02) pters@scv.si TRR: stran 9

10 PRILOGA 2 (03) TELEFAX (02) pters@scv.si TRR: stran 10