Výukový model výtahu ovládaný mikropočítačem Arduino

Střední průmyslová škola Zlín
Žáci na základě teoretických vědomostí z předmětu Robotika, Mikroprocesorová technika či Automatizace o principu fungování dopravníku typu výtah.
Hard
Medium-term
15+ yrs
Verified by Prusa Team
Suitable printers: Prusa MK3/S/S+
2
46
0
779
updated November 16, 2021

Summary

PDF
Žáci na základě teoretických vědomostí z předmětu Robotika, Mikroprocesorová technika či Automatizace o principu fungování dopravníku typu výtah.

The focus of the target group

Vyšší ročníky SŠ zaměření elektrotechnika, strojírenství případně technické lyceum. Pokud bude model výtahu ovládán mechanicky (bez elektroniky a Arduina), lze realizovat i v nižších ročnících.

Necessary knowledge and skills

  • Pokročilé schopnosti práce v programu Fusion360 nebo Inventor (samostatné skicování včetně vazeb a kótování).
  • Základy navrhování desek plošných spojů pomocí programu EAGLE. Pájení, osazování a oživování desek plošných spojů (DPS).
  • Základy programování mikropočítače Arduino.

Project objectives

  • Využití dovedností žáků, jež získali v různých předmětech při studiu na škole a propojení znalostí k realizaci modelové situace.
  • Naučit žáky vytvořit model reálného objektu a pracovat s 3D tiskárnou, tzn. vytisknout jednotlivé části na 3D tiskárně, po předchozím převedení objektů modelu do souboru vhodného pro tiskárnu, slicování, uložení Gcode, nastavení parametrů tisku (teplota, podpěry, výplň apod). 
  • Zlepšení znalostí v elektronice při výrobě desek plošných spojů (použití programu Eagle) a způsobu ovládání krokového motoru a servomotoru a magnetických čidel.
  • Procvičení montáže elektroniky, zapojení elektroniky, programování pomocí mikropočítače Arduino.
  • Uplatnění znalostí z programů Invertoru nebo Fusion360.
  • Získání funkčního modelu výtahu, který žákům i mladším spolužákům umožní snáze pochopit princip činnosti.

Required equipment

Možnost výroby desek plošných spojů. IT učebna, software dle seznamu, nástroje elektrodílny, součástky dle soupisu, 3D tiskárna.

Vše rozepsáno v souboru soupis_dílů_materiálu_SW.xlsx.

Potřebné soubory a dokumenty (seznam příloh)

 NázevPočet kusů
1.soubory .stl16
2.soubory .gcode16
3.prezentace1
4.elektrické schéma zapojení spínačů1
5.návrh plošného spoje (DPS1)1
6.zdrojový kód programu1
7.elektrické schéma zapojení Hallovy magnetické sondy1
8.  soupis dílů, materiálu a SW1
9.  výkresy - soubory .dwg16
10.  výkresy - soubory .pdf16

 

Motivace, jednotlivé díly a doporučení jsou uvedeny v prezentaci Výtah_součásti_SPŠ_Zlín.pptx, postřehy zapsány v poznámkách prezentace. Fotodokumentace postupu uvedena v prezentaci Výtah_sestavení_SPŠ_Zlín.pptx.

Náš realizační tým tvořil jeden žák oboru strojírenství, který navrhl jednotlivé součásti modelu a vytvořil .stl soubory. Druhý člen týmu, žák oboru elektrotechnika, navrhl a vyrobil desku plošného spoje, třetí člen, žák oboru elektrotechnika, se postaral o elektrické zapojení elektrosoučástek a vytvoření obslužného programu a čtvrtý člen, žák oboru technické lyceum se postaral o technické výkresy k jednotlivým součástem výtahu.

3D modelingArduino

Project time schedule

Vhodné realizovat na týdenní praxi např. v době maturit.

  • Příprava – 3 hodiny
  • Modelování – cca 40 hodin
  • Seznámení s principem 3D tisku – 1 hodina
  • Úpravy před tiskem - 3 hodiny
  • Tisk na 3D tiskárně – 50 hodin
  • Úpravy vytištěných dílů před sestavením – 1 hodina
  • Návrh a realizace desek plošných spojů – 10 hodin
  • Montáž a elektroinstalace – 5 hodin
  • Programování – 3 hodiny

Časy jsou uvedeny pro 1 studenta, pokud bude práce rozdělena do skupiny, časy se zkrátí dle počtu zapojených studentů. 

Je možno vynechat část modelování a rovnou slicovat jednotlivé díly z přiložených .stl souborů.

Díly tištěny bez límce, s výplní 15%, podpěry použity u 2 dílů (viz prezentace).

Workflow

1) Návrh jednotlivých mechanických dílů v CAD programu Autodesk Inventor nebo Fusion360 podle výkresů jednotlivých součástí. Možno volit mezi formátem .dwg a .pdf, soubory mohou být nasdíleny nebo vytisknuty, každý žák pracuje na jiném dílu výtahu nebo mohou tvořit ve dvojicích, pokud je celá třída. Tato část projektu může být vynechána, jestliže se použijí přiložené soubory .stl nebo .gcode, sloužící jako podklad pro 3D tisk.

2) Návrh elektrického propojení mikropočítače Arduino a stavebnice výtahu (je možno v několika úrovních): 

  • V jednodušším případě propojení na úrovni vodičů, které vedou od jednotlivých motorků a čidel ke vstupům a výstupům Arduina. 
  • Při vyšší úrovni je možno navrhnout k Arduinu desku plošného spoje (DPS) tzv. “štít” a na základnu navrhnout DPS, do které se všechny potřebné vodiče od motorků a čidel (včetně napájení) propojí. Návody na práci v programu EAGLE jsou uvedeny v souboru soupis_dílů_materiálu_SW.xlsx.
  • Při nejvyšší úrovni je možno navrhnout další DPS s mikrospínači, pomocí kterých je možno zvýšit variabilitu programování. 
  • Tento model je dále možno rozšiřovat dle potřeby o další prvky - například enkodér, LCD či OLED displej atd. 

Drážky v mechanickém dílu “Základna” a v dílu “lišta” jsou určeny pro uložení vodičů.

3) Navržení podpěr pro tisk, umístění objektů na tiskovou podložku a slicování .stl souborů a vytvoření G-codů.

4) Vytištění mechanických dílů na 3D tiskárně - typ Průša

5) Výroba desek plošných spojů (DPS) pro možnost propojení výukového modelu výtahu a mikropočítače ARDUINO.

6) Montáž jednotlivých vytištěných mechanických částí výukového modelu výtahu (slepení jednotlivých částí pomocí vteřinového lepidla) - viz foto – postup momtáže.

7) Montáž krokového motorku a servomotorů k vytištěným mechanickým dílům.

8) Montáž 4 kusů Hallových sond: přilepení mechanického dílu “lišta” ke sloupku.  těchto sensorů na vodící sloupek a přilepení malého magnetu na plošinu.

9) Připojení všech vodičů (od motorků, od magnetických sensorů a od mikrospínačů) do propojovací DPS.

10) Testování propojení jednotlivých částí (motorků a sensorů)

11) Programování funkčnosti jednotlivých částí zařízení a programování chodu celého výukového modelu výtahu.

Authors

Vedoucí projektu: Ing. Stanislav Hanulík a Ing. Josef Kovář Dokumentace a 3D tisk: Ing. Martina Krejčiříková Realizátoři: žáci 4.ročníku oboru Strojírenství a Elektro

Model origin

The author hasn't provided the model origin yet.

License