Pro soutěž "Technika má zlaté dno 2019" jsem (elektronika) s kolegou (mechanika) připravil ze stavebnice Merkur 8 a Boffin funkční model třídičky ping pongových kuliček...
Cílem soutěže je sestavit v určitém čase funkční model třídičky kuliček. Slepit papírové krabičky pro míčky a využít i stavebnici Boffin.
- FREE (v příloze program FW1.0.0.hex pro Atmega 328P)
- DONATE (v příloze navíc desky spojů Eagle, Gerber, zdrojový program pro Arduino, 3D plastové díly...)
Aktuální verze FW: 1.0.0
Video - naučení míčků do linky
Video - třídění míčků
Merkur - foto ze stavby prototypu
Sestava násypky
Násypka souží jako zásobník míčků. Míčky z násypky odebírá vozík.
Díly použité pro násypku:
1024 – 1 ks
1051 – 22 ks
1052 – 22 ks
1058 – 3 ks
1074 – 3 ks
1150 – 1 ks
2035 – 2 ks
3035 – 1 ks
Matičky šroubujte z „vnější“ strany, aby nebránily volnému pohyb míčků. Po sestavení přezkoušejte volný pohyb míčku.
Dráha
Po dráze se pohybuje vozík. Dráha nese pohon – motor. Horní kolejnice dráhy s palci řídí uvolňování míčků z vozíku. Na dráze je upevněna násypka a doraz pro zachycení a uvolnění míčků. Sestava dráhy je složena z jednotlivých podsestav.
Horní kolejnice
Díly použité pro horní kolejnici:
1029 – 2 ks
1028 – 1 ks
2031 – 1 ks
1039 – 4 ks
1051 – 10 ks
1052 – 10 ks
Pojezdová kolej
Díly použité pro kolej:
1029 – 4 ks
1027 – 2 ks
2076 – 2 ks
2050 – 1 ks
1075 – 2 ks
1122 – 2 ks
1400 – 1 ks
1040 – 1 ks
1051 – 24 ks
1052 – 24 ks
Stojiny
Díly použité pro stojiny:
1027 – 4 ks
1024 – 1 ks
1073 – 2 ks
1021 – 2 ks
2020 – 2 ks
1078 – 2 ks
1002 – 1 ks
1101 – 1 ks
1101 – 1 ks
3031 – 6 ks
1051 – 35 ks
1052 – 32 ks
1055 – 1 ks
1054 - 1 ks
Lanko – 2 ks 
Sestava dráhy
Díly pro sestavu dráhy:
1051 – 6 ks
1052 – 6 ks
Pojezdová kolej
Horní kolej
Levá stojina
Pravá stojina
Montáž násypky
Násypku namontujte na dráhu. Doplňte záchytné táhlo míčku a seřiďte tak, aby míček nevypadával.
Díly použité pro montáž:
Násypka
Dráha
2060 - 1 ks
1041 – 1 ks
1051 – 3 ks
1052 – 3 ks
Záchytné táhlo zajišťuje míček v násypce. Táhlo drží v klidové poloze vratná pružina tvořená plastovými destičkami.
Násypku našroubujte na dráhu k pravé stojině. Překontrolujte volný pohyb vratné pružiny a sepnutí elektrického kontaktu tvořeného pevným stavitelným kontaktem (šroub 1055) a pohyblivým kontaktem (šroub 1052) na plastových deskách (2020). Po montáži záchytného táhla seřiďte vzájemnou polohu kontaktů, táhla a kola 1041. Míček musí být v násypce táhlem zachycen a při uvolnění míčku musí dojít k sepnutí kontaktu (viz kontrola vozíku). Zároveň nastavení kontaktu blokuje další posun hřídele – hřídel nesmí vyjet z otvoru v násypce.
Sestava vozíku
Vozík odebírá míčky z násypky a rozděluje je do zásobníků podle barev.
Díly použité pro vozík:
1024 – 2 ks
1027 – 2 ks
1031 – 1 ks
1036 – 1 ks
1040 – 4 ks
1041 – 2 ks
1050 – 1 ks
1051 – 19 ks
1052 – 15 ks
1053 – 3 ks
1055 – 1 ks
1061 – 2 ks
3061 – 1 ks
1102 – 1 ks
2058 – 1 ks
2020 – 1 ks
4031 - 1ks
1007 – 1ks
Závora a pružný palec.
Pohyb závory vymezují zarážky.
Testování vozíku
Vozík můžete otestovat až po sestavení dráhy s násypkou. Mechanické díly musíte seřídit tak, aby prováděli následující funkce:
Rozteč kol upravte podle kolejnic. Vozík se musí pohybovat volně.
Nastavte vzájemnou polohu pružného palce a zarážky.
Při pohybu vozíku „vlevo“ ve směru šipky se pružný palec „vyhne“ a „obejde“ zarážku. Závora se nezvedne.
Při pohybu „vpravo“ ve směru šipky se pružný palec zarazí o zarážku. Tím se začne otáčet a zvedne závoru. Po opuštění zarážky se závora vlastní vahou vrátí zpět.
Přijíždějící vozík odtlačí záchytné táhlo. Uvolněný míček spadne do vozíku a blokuje uvolnění dalšího míčku z násypky.
Zároveň záchytné táhlo zatlačí na vratnou pružinu (plastové desky) a sepne elektrický kontakt.
Po odjezdu vozíku vratná pružina zatlačí záchytné táhlo zpět a tím zabrání uvolnění dalšího míčku.
Vratná pružina (plastové desky) se vrátí do původní pozice a tak rozpojí elektrický kontakt.
Při pohybu ve směru šipky „obchází“ pružný palec zarážky. Závora se nezvedá, míček není uvolněn.
Při pohybu „zpět“ naráží pružný palec na zarážku a závora se zvedá. Tím se míček uvolní a vyklouzne z vozíku (do připraveného zásobníku). Úhel natočení mezi pružným palcem a závorou musí být takový, aby závora míček vypustila.
Pravé vedení
Kladky vedou motouz od vozíku k motoru. Kolo 2043 nasazené na hřídel nesmí blokovat pohyb vozíku (viz montáž fotodporu).
Použité díly:
1061 – 1 ks
1062 – 1 ks
1050 – 4 ks
1040 – 1 ks
1048 – 1 ks
(2043 – 1 ks)
Kolo nesmí blokovat pohyb vozíku.
Kladku nastavte na střed (proti šroubu na vozíku).
Kladka je volně posuvná, vystředí se automaticky.
Napínací vahadlo a levé vedení
Použité díly:
2061 – 1 ks
1060 – 1 ks
1050 – 3 ks
2050 – 4 ks
1015 – 2 ks
4031 – 3 ks
1051 – 6 ks
1052 – 6 ks
Vahadlo nese napínací kladku. Pozor na rozteč pásků (montáž). Kladky umístěné ve vahadle se musí otáčet volně.
Pohyb vahadla mění polohu napínací kladky a tím i napnutí motouzu. Po montáži přezkoušejte volný pohyb vahadla.
Vahadlo je upevněno otočně na hřídeli. Polohu vahadla i kladky na hřídelích vymezují stavěcí kroužky 1050 a 2050. Na vahadlo instalujte kladku.
Napínací zařízení a poruchový spínač
Použité díly:
1063 – 1 ks
2062 – 1 ks
3049 – 1 ks
1050 – 1 ks
1042 – 2 ks
1049 – 1 ks
1002 -1 ks
1003 – 1 ks
2020 – 2 ks
2031 – 1 ks
1051 – 7 ks
1052 – 7 ks
Vodiče – 2 ks
1094 – 1 ks
Elektrický kontakt pro indikaci levého dorazu. Druhý pól kontaktu tvoří kolo (umístěné na táhle).
Napínání motouzu zajišťuje pružina. Síla pružiny se přenáší na vahadlo pomocí táhla.
Posunem pojistného kroužku měníte napětí pružiny a tím i sílu napínající motouz přes vahadlo. Příliš volný motouz prokluzuje na kladce motoru, příliš přitažený se rychle opotřebuje.
Pokud dojde k zablokování vozíku při pohybu „vlevo“ vzroste síla působící na napínací vahadlo. Tím dojde k posunu táhla a kola. Kolo se dotkne kontaktu a tím se uzavře elektrický obvod. Při seřízení musíte nastavit mezeru mezi kolem a kontaktem tak, aby k sepnutí kontaktu docházelo pouze při zablokování vozíku (dosažení levého kraje dráhy). Obdobě při zablokování pohybu vozíku při chodu „vpravo“ se vahadlo uvolní a kolo se posune opačným směrem. Tento jev nebyl v dané konstrukci využit.
Montáž vozíku
Vozík je po dráze poháněn motorem pomocí motouzu. Vedení motouzu zajišťují kladky. Potřebné napnutí motouzu zajišťuje pružina s napínacím zařízením. Změny napnutí (pohyb napínacího zařízení) indikují změnu sil při posunech vozíku a jsou využity pro signalizaci problémů při posunu vozíku.
Upevnění motouzu na vozík
Použité díly:
1002 – 2 ks
1098 – 4 ks
1090 – 1 ks
1051 – 2 ks
Motouz provlečte páskem 1002 a zahněte zpět. Uzel není nutný, motouz bude sevřen podložkami.
Pásek s provázkem nasuňte na šroub v čele vozíku. Nasuňte podložku.
Sestavu přitáhněte matičkou. Motouz je sevřen mezi podložky, pásek usnadňuje montáž.
Vedení motouzu na pravé straně.
Vedení motouzu na levé straně. Před natažením motouzu povolte pružinu.
Vedení motouzu u motoru. Motouz jeden krát omotejte kolem kladky.
Při manipulaci zajistěte vozík proti uvolnění gumičkou 2309. Samotný motouz neudrží vozík na dráze.
Přitažením pružiny napněte motouz.
Schéma zapojení řídící desky
Deska spojů
Schéma zapojení desky X10
Deska spojů
Schéma zapojení desky X20
Deska spojů
Schéma zapojení desky X30
Deska spojů
Schéma zapojení desky X40
Deska spojů
Fotografie desek
Propojení všech modulů
Optická závora - fotorezistor
Fotorezistor tvoří přijímač optické závory. Loukotě kola 2043 fotorezistor zastiňují a tím mění hodnotu jeho odporu. Změny po zesílení vytváří elektrické pulsy přiváděné na řídící jednotku.
Použité díly:
RP (6SCRP) fotorezistor Boffin Elektroizolační páska samolepící černá
2043 – 1 ks
1004 – 4 ks
1032 – 2 ks
1051 – 6 ks
1052 – 2 ks
1054 – 4 ks
Pro spolehlivější zastínění fotorezistoru zaslepte otvory v loukotích kola černou samolepící páskou.
Na stojinu namontujte dvojité úhelníky 1032.
Pomocí pásků 1004 a šroubů 1054 upevněte fotorezistor ze stavebnice Boffin. Zatím nedotahujte šrouby.
Před fotorezistor nainstalujte kolo 2043. Seřiďte polohu fotorezistoru podle obrázku tak, aby loukotě kola při otáčení zastiňovaly vstupní otvor fotorezistoru. Pozor, kolo se musí otáčet volně, nesmí narážet na fotorezistor, ale zároveň nesmí být mezera mezi loukotí a fotorezistorem příliš velká. Po seřízení dotáhněte šrouby s citem, plastový kryt fotorezistoru by mohl popraskat.
Nezastíněný fotorezistor má malý elektrický odpor.
Zastíněný fotorezistor má velký elektrický odpor.
Překontrolujte, zda kolo 2043 nebrání vozíku v pohybu. Pokud by k tomu docházelo, upravte montáž.
Sestava základny
Základna nese konstrukci dráhy a fixuje polohu zásobníků pro odebírání míčků.
Díly použité pro základnu:
1077 – 2 ks
1073 – 2 ks
1015 – 7 ks
1025 – 8 ks
1023 – 1 ks
1031 – 2 ks
1082 – 4 ks
1051 – 60 ks
1052 – 56 ks
1055 – 4ks
1027 – 4 ks
1029 – 2 ks
Zásobník – krabičku narýsujte, vystřihněte a slepte (celkem 4 ks).
Sestava dráhy a základny
Díly použité pro sestavu:
1051 – 4 ks
1052 – 4 ks
Dráha (sestavená a násypkou a vozíkem) Základna
Před manipulací zajistěte vozík gumičkou (díl 2309). Bez zajištění by se mohl vozík uvolnit.
Přiložte dráhu k základně a zajistěte ji dvěma šrouby.
Postavte dráhu svisle a upevněte ji dalšími dvěma šrouby. Můžete odstranit zajištění vozíku.
Optická závora - žárovka
Žárovka tvoří vysílač optické závory. Světlo ze žárovky dopadá na fotorezistor.
Použité díly:
L2 (6SCL2) 6V – žárovka 6 V, Boffin
1036 – 1 ks
1006 – 2 ks
1004 – 2 ks
1051 – 8 ks
1052 – 4 ks
1054 – 4 ks
Žárovka 6 V
Fotorezistor a žárovku nastavte tak, aby byly souosé. Po montáži nesmí žárovka bránit volnému pohybu kola 2043.
Montáž čidla barvy
Použité díly:
Deska snímače
1051 – 5 ks
1031 – 2 ks
1052 – 5 ks
Pozn: Pokud čidlo nevyhodnocuje barvy správně, je možné,
že míček v násypce zaujímá různé polohy. V takovém případě
upravte výstupní otvor násypky montáží vhodného dílu.
Připojení koncových spínačů
Vodiče spínačů připojte pomocí šroubů na přechodovou svorkovnici.
Zesilovač závory Boffin
Použité díly Boffin:
6SCBG – 1 ks
1 (6SC01) – 2 ks
2 (6SCO2) – 9 ks
3 (6SC03) – 4 ks
4 (6SC04) – 1 ks
5 (6SC05) – 1 ks
6 (6SC06) – 1 ks
7 (6SC07) – 1 ks
C3 (6SCC3) – 1 ks
C5 (6SCC5) – 1 ks
D2 (6SCD2) – 1ks
J1 (6SCJ1) – 2 ks
J2 (6SCJ2) – 2 ks
Q1 (6SCQ1) – 1 ks
Q2 (6SCQ2) – 1 ks
R2 (6SCJR2) – 1 ks
R3 (6SCR3) – 1 ks
R4 (6SCJR4) – 1 ks
R5 (6SCJR5) – 1 ks
RV (6SCRV) – 1ks
S2 (6SCS2) – 1 ks
Po zapojení napájení nastavte nastavitelný odpor RV do takové polohy, aby při otáčení kola závory poblikávala dioda D2.
Všechny ploché kabely a vodiče musí být v tuto chvíli připojeny!
Zapnutí
Po zapnutí napájení (USB adaptér 5V zasuneme do zásuvky) se musí rozjet vozík směrem ke snímači barev. Pokud jede vozík opačným směrem (od snímače barev) máme otočené vodiče od motoru (+ a -) a je nutné je otočit jako na obrázku v manuálu výše.
Zastavení
Po zapnutí se vozík musí zastavit u snímače barev. Po sepnutí kontaktu se vozík rozjede na opačnou stranu (směrem od snímače barev) a zastaví se v prostřední části pojezdu. Na desce X40 se po správné inicializaci rozsvítí zelená dioda D2.
Test snímače polohy
Při otáčení kolečkem snímače pulsů musí zelená LED na desce Boffin blikat. Pokud LED při otáčení nebliká, zkontrolujeme:
Lze LED rozblikat posunutím tahového potenciometru na desce Boffin? Svítí žárovka? Je správně zapojena deska Boffin? Jsou správně připojeny vodiče k žárovce a fotorezistoru?
Naučení barev míčků do paměti řídící desky
Postup učení barev míčků. Zásobník míčků a násypka je bez vložených míčků!
a) držíme na desce X40 stisknuté tlačítko dokud se nerozsvítí obě LED (zelená a rudá), ihned tlačítko uvolníme. Vozík se bude kalibrovat a nejprve pojede směrem k násypce (k snímači barev), posléze pojede na střed dráhy.
b) vložíme do násypky míček pro naučení první barvy. Pokud blikají obě LED na desce X40 a pípá reproduktor na desce X40 stiskneme tlačítko na desce X40. Vozík si dojede pro kuličku a dojede na střed dráhy, kde zastaví.
c) vložíme do násypky míček pro naučení druhé barvy. Pokud blikají obě LED na desce X40 a pípá reproduktor na desce X40 stiskneme tlačítko na desce X40. Vozík si dojede pro kuličku a dojede na střed dráhy, kde zastaví. Cestou k násypce se zbaví prvního míčku.
d) vložíme do násypky míček pro naučení třetí barvy. Pokud blikají obě LED na desce X40 a pípá reproduktor na desce X40 stiskneme tlačítko na desce X40. Vozík si dojede pro kuličku a dojede na střed dráhy, kde zastaví. Cestou k násypce se zbaví druhého míčku.
e) vložíme do násypky míček pro naučení čtvrté barvy. Pokud blikají obě LED na desce X40 a pípá reproduktor na desce X40 stiskneme tlačítko na desce X40. Vozík si dojede pro kuličku a dojede na střed dráhy, kde zastaví. Cestou k násypce se zbaví třetího míčku.
f) řídící deska má tímto naučené všechny 4 barvy (jsou uložené v trvalé paměti). Ukončí se programování.
Provoz - Zelená LED svítí, pokud je linka připravena k provozu. Při provozu se nesmí aktivovat bezpečnostní spínač. Pokud snímač kuličku nerozpozná, tak se vozík zastaví na středu pojezdu a čeká na ruční vyprázdnění.
Chyba - Při aktivaci (sepnutí kontaktů) bezpečnostního spínače se vozík zastaví, rozsvítí se červená LED a reproduktor dlouze pípne. V případě, že se nejedná o závadu (vozík nemá na dráze překážku, ani nenastal jiný mechanický problém) seřídíme bezpečnostní spínač (jeho vzdálenost).
5x rychle pípne reproduktor v případě, že nepracuje správně snímač pulsů - vypršel čas (zároveň se rozsvítí rudá LED).