Elementarna robotika: Strujni krugovi, Robotičke konstrukcije

Hrvatska zajednica tehničke kulture

Elementarna robotika:

Strujni krugovi,

Robotičke konstrukcije

Petar Dobrić. prof.

Hotel Matija Gubec,

Stubičke toplice 11. - 13. listopada 2019.

2


Strujni krugovi Strujni krug je sastavljen od električnih ili elektroničkih elemenata koji su povezani u

funkcionalnu cjelinu kojim prolazi električna energija (struja). Strujni krug se sastoji od izvora

električne energije(baterija U=3V), prekidača i trošila(LED) koji su povezani vodičima(žicama).

Slika1. Strujni krug_Izmjenični prekidač_shema

Električni uređaji upotrebljavaju električnu energiju i nazivamo ih električna trošila. Električna

energija prolazi kroz trošila i pretvara se u druge oblike energija: svjetlost, toplinu i mehanički

rad. Upravljanje i radom strujnog kruga omogučuje izmjenični prekidač.

Slika2. Izmjenični_prekidači Slika3. Svjetleča_dioda(LED)

3


Osnovni dijelovi strujnog kruga: izvor električne energije, trošilo, vodiči i izmjenični prekidač

koji ima tri ulaza. Jedan ulaz je zajednički, a druga dva se koriste za:

1. spajanje izmjeničnog prekidača pri odabiru dva izvora napajnja

2. prebacivanje iz jednog u drugi strujni krug.

Slika4. Strujni krug_ON_OFF_shema

Elektronički uređaji složeni su od elektroničkih logičkih sklopova koji rade na principu binarne

logike. Moguća su dva stanja: logička „1“ i logička „0“. Rad logičkih sklopova: NE(NOT), I(AND)

i ILI(OR) prikazujemo električnim shemama strujnih krugova i objašnjavamo tablicama istine.

Slika5_Strujni_krug_NOT_shema

Tablica istine objašnjava poveznicu između ulaznih i izlaznih vrijednosti. Oznaka „0“ označava

stanje kada prekidač nije pritisnut i oznaka „1“ označava stanje kada je prekidač pritisnut.

Napomena: pritiskom izmjeničnog prekidača dolazi do kratkog spoja koji uzrokuje zagrijavanje

vodiča i baterije, te struja ne prolazi kroz LED već kroz izmjenični prekidač.

Zabranjeno je držati takvo stanje duže od 5 sekundi zbog nepovratnog gubljenja kapaciteta baterije

i uništavanja iste.

4


Tablica istine logički sklop „NE“

Zadatak_1. Prema zadanoj shemi povežite elektroničke elemente na eksperimentalnoj pločici u

strujni krug koji prikazuje rad logičkog sklopa „NE“. Elemente koje treba upotrijebiti su izmjenični

prekidač, LED i baterija (U=3V) povezana vodičima.

Slika6_Strujni_krug_NOT_sastavni_crtež

Paralelni spoj prekidača prikazuje logički sklop „ILI“ koji omogučava da LED ne svijetli ako su oba

stanja na ulazu „0“. To znači da prekidači nisu pritisnuti i zadržavaju stanje „0“. Strujni krug je

otvoren i struja ne teče. U ostala tri slučaja LED svijetli jer je strujni krug zatvoren.

Slika7__Strujni_krug_OR_sheme_ON_OFF

P D

0 1

1 0

5


Slika8__Strujni_krug_OR_sheme_ON_ON

Dva izmjenična prekidača P1 i P2 spojena su paralelno i LED ne svijetli u slučaju da

prekidači nisu pritisnuti i strujni krug nije zatvoren. Tablice istine pokazuje četiri moguća

stanja na izlazu. LED ne svijetli jedino kada su oba prekidača u stanju „0“. U svim ostalim

slučajevima LED svijetli.

Tablica istine logički sklop „ILI“

P1 P2 D

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Zadatak_2. Prema zadanoj shemi povežite elektroničke elemente na eksperimentalnoj pločici u

strujni krug koji prikazuje rad logičkog sklopa „ILI“. Elemente koje treba upotrijebiti su izmjenični

prekidači(2 kom), LED i bateriju (U=3V) sa vodičima.

Slika9_Strujni_krug_OR_sastavni_crtež

6


Serijski spoj dva prekidača prikazuje logički sklop „I“ koji omogučava da LED svijetli ako su oba

stanja na ulazu „1“. To znači da su prekidači pritisnuti i zadržavaju stanje „1“ , strujni krug je

zatvoren i struja teče kroz LED. U druga tri slučaja LED ne svijetli jer je strujni krug otvoren.

Slika10_Strujni_krug_AND_sheme1

Slika11_Strujni_krug_AND_sheme2

Izmjenični prekidači (P1 i P2) su povezani u seriju i svjetleča dioda (LED) svijetli samo u slučaju

kada su oba prekidača pritisnuta i strujni krug je zatvoren.

Tablice istine pokazuje četiri moguća stanja na izlazu. LED svijetli jedino kada su oba prekidača

u stanju „1“. U svim ostalim slučajevima LED ne svijetli.

Tablica istine logički sklop „I“

P1 P2 LED

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

7


Zadatak_3. Prema zadanoj shemi povežite elektroničke elemente na eksperimentalnoj pločici

u strujni krug koji prikazuje rad logičkog sklopa „I“. Elektronički elementi su izmjenični

prekidači(2 kom), LED i bateriju (U=3V) sa vodičima.

Slika12_Strujni_krug_AND_sastavni_crtež

Upravljanje strujnim krugovima koji su sastavljeni od elektroničkih elemenata olakšava

razumijevanje i princip rada digitalnih logičkih sklopova.

Redosljed spajanja elemenata strujnog kruga definiran je logičnim slijedom i osigurava

pouzdan rad modela i elektroničkih elmenata uređaja:

1) vodičima povezujemo izvor električne energije sa serijski povezanim

elementima,

2) nakon čega povezujemo paralelno spojene elektroničke elemente,

3) i na kraju povezujemo strujni krug na izvor električnog napona (bateriju U=3V).

Napomena: Izvor napajanja(bateriju) potrebno je odspojiti po završetku rada iz strujnog kruga

zajedno s vodičima i spojenim elektroničkim elementima.

Zadatak_4. Prema zadanoj shemi povežite elektroničke elemente na eksperimentalnoj pločici

u strujni krug koji prikazuje rad izmjeničnog prekidača(P) i dvije LED(D1 i D2). Elemente koje

treba upotrijebiti su izmjenični prekidač, LED(2 kom), i bateriju (U=3V) sa vodičima.

8


Slika13_Izmjenični_prekidač_2LED_sheme

Tablica istine izmjenični prekidač

Elektronički sklop je građen od izmjeničnog prekidača, vodiča, izvora napajanja i dvije LED.

Kada prebacimo prekidač(P=1) u prvom strujnom krugu svijetli crvena(D2) i kada ga prebacimo

u početni položaj zatvara se prvi strujni krug i svijetli žuta(D1).

Slika14_Izmjenični_prekidač_2LED_sastavni_crtež

P D1 D2

0 1 0

1 0 1

9


Zadatak_5. Prema zadanoj shemi povežite elektroničke elemente u seriju na eksperimentalnoj

pločici u strujni krug. Elemente koje treba upotrijebiti su izmjenični prekidač, LED(2 kom) i

baterija (U=3V) sa vodičima.

Slika15_Izmjenični_prekidač_2LED_serijski_shema

Slika16_Izmjenični_prekidač_2LED_serijski_sastavni_crtež

Napiši tablicu istine nakon spajanja i uključivanja elektroničkog sklopa i objasni riječima rad

elektroničkog sklopa.

Tablica istine_Izmjenični_prekidač_2LED_serijski

P D1 D2

10


Zadatak_6. Prema zadanoj shemi na eksperimentalnoj pločici povežite zadane elektroničke

elemente u paralelni spoj. Elemente koje treba upotrijebiti su izmjenični prekidač, LED(2 kom)

i baterija (U=3V) sa vodičima.

Slika17_Izmjenični_prekidač_2LED_paralelnii_shema

Slika18_Izmjenični_prekidač_2LED_paralelni_sastavni_crtež

Pokreni i isprobaj kako radi i napiši tablicu istine nakon spajanja i uključivanja elektroničkog

sklopa i objasni rad elektroničkog sklopa.

Tablica istine_iIzmjenični_prekidač_2LED_paralelni

P D1 D2

11


Smjer vrtnje elektromotora ovisi o polaritetu izvora električnog napona i upravljanje je

određeno položajem izmjeničnih prekidača u H - spoju.

Slika19_Strujni_krug_H_spoj_shema_OFF

Slika20_Strujni_krug_H_spoj_shema_ON

12


Tablica istine_H_spoj

Robotička konstrukcija

Postupak izrade konstrukcije modela robotskog vozila zahtjeva poznavanje gradivnih, spojnih

i električnih elemenata i njihovu funkciju. Infracrveni (IR) senzor osvjetljava podlogu kojo se

kreće robot. Količina reflektirane svjetlosti omogućuje određivanje pozicije podloge (bijelo ili

crno) i precizno upravlja radom modela robotskog vozila vrtnjom elektromotora (EM).

Robotsko vozilo detektira podlogu

Konstruiraj modela robotskog vozila koji se kreće prema naprijed i infracrvenim (IR) senzorom

konstantno provjerava boju podloge (bijela). Očitanjem manjka reflektirane svjetlosti od

podloge u IR senzor (crna) robotsko vozilo se zaustavi.

Slika21_ RV_ elementi

PREKIDAČI ELEKTROMOTOR

P1 P2 M

0 0 STOP

1 0 CCW

1 1 STOP

0 1 CW

13


Popis zadanih kontrukcijskih dijelova olakšava odabir i povezivanje elemenata konstrukcije,

njihovo spajanje sa prijenosnim mehanizmom i elektromotorom sa gradivnim i spojnim

elementima u funkcionalnu tehničku tvorevinu (robotsko vozilo).

Slika22_RV_Elektromotori

Elektromotori (EM1 i EM2) omogućuju autonomno pokretanje i potpunu kontrolu pri

upravljanju robotskim vozilom.

Položaj pogonskog mehanizma kod elektromotora u odnosu na mehanizam prijenosa

omogučava konstantan prijenos gibanja pri vrtnji elektromotora.

Slika23_RV_prijenosi

14


Prijenos kružnog gibanja iz elektromotora na prijenosni mehanizam zupčanika potrebno je

ostvariti čvrstom vezom. Vrtnje elektromotora nije moguća dok ga ne spojimo na međusklop

ili izvor napajanja(bateriju).

Slika24_RV_konstrukcija1

Postavljanje izvora napajanja(baterije) na postolje modela robota je zahtjevno radi velike

mase i obujma baterije. Raspored mase baterije osiguravamo postavljanjem iste na srednji

kotač koji je smješten na stražnjoj strani robotskog vozila. U sredini nosača umetnut je spojni

blok kojim učvrščujemo položaj baterije i osiguravamo jednostavnu zamjenu kada se isprazni.


15


Postavljanje TXT sučelja na konstrukciju robotskog vozila uvjetovano je velikom masu i

obujmom istog. Ravnomjeran raspored mase TXT sučelja u odnosu na ostatak konstrukcije je

nužan uvijet za dobar i funkcionalan rad modela robota.


Slika27_IR_senzori

16


Slika28_RV

Slika29_RV_TXT_elementi

17


Povezivanje konstrukcijskih elmenata (2 elektromotora, infracrveni senzor i lampica) s TXT

sučeljem, vodičima i izvorom napajanja.

Slika30_TXT_spajanje

Spajanje elemenata sa TXT sučeljem: elektromotori (M1 – lijevi, M2 – desni) i lampica (O5).

Infracrveni senzor ima četiri vodiča. Umetnemo plavi u žuto/plavi i spojimo sdigitalnim

ulazom (I8). Zeleni vodič spajamo u uzemljenje ( ┴ ) i crveni u istosmjerni izlaz ( + )

koji osigurava dodatno napajanje ( U=9V ) za rad senzora.

Napomena: Obavezno paziti na poštivanje boja vodiča spojnica, urednost i dužinu vodiča.

Slika31_IR_Test

18


IR (infracrveni) senzor očitava količinu IR svjetlosti koja se reflektira od površine

podloge. Ako senzor detektira bijelu površinu, količina reflektirane IR svjetlosti je

velika (1). Kada senzor očita crnu crtu količina reflektirane IR svjetlosti je mala (0).

Zadatak_7: Izradi program koji omogučava robotskom vozilu autonomnu vožnju

prema naprijed dok IR (infracrveni) senzor ne detektira crnu crtu. Robotsko vozilo

stane i lampica (O5) se uključi i isključi u vremenskom intervalu od 1s.

Slika3_Crta_Program

Tablica istine ulaznih/izlaznih elemenata

Staza kojom se robotsko vozilo giba je duljine 150 cm i širine 50 cm. Crne crte

razmaknute su 30 cm jedna od druge i dijele stazu na 5 jednakih dijelova.

Zadatci za vježbu:

Zadatak_8: Izradi program koji omogučava robotskom vozilu autonomno kretanje

stazom. Robotsko vozilo se kreće naprijed dok ne detektira drugu crtu. U trenutku

detekcije druge crte vozilo prolazi cijelom svojom duljinom preko crte i zaustavlja se.

Zadatak_9: Izradi program koji omogučava robotskom vozilu autonomno kretanje

stazom. Robotsko vozilo se kreće naprijed dok ne detektira treću crtu. U trenutku

detekcije treće crte vozilo prolazi cijelom svojom duljinom preko crte i okreće se za

180 stupnjeva. Nakon zaustavljanja lampica se uključi i isključuje u intervalu od 1

sekunde onoliko puta koliko je crta detektirano.

IR_senzor MOTORI LAMPICA

I8 M1(lijevi) M2(desni) O5

1(bijelo) cw(naprijed) cw(naprijed) 0

0(crno) stop stop 1

Documents

Elementarna robotika: Strujni krugovi, Robotičke konstrukcije