Stavíme m-BITBEAM modul napájení

Při stavbě různých „robotických“ konstrukcí ze stavebnice m-BITBEAM  můžeme narazit na problém související s napájením motorů a potřebou „vypínače“ robota. My jsme se s žáky dostali do tohoto stavu poté, co jsme začali připravovat soutěžního robota. V rámci stavebnice m-BITBEAM je pro napájení „silnějších“ motorů (upravených klasických servomotorů MG995 či MG996) totiž k dispozici pouze rozdvojka, která zdvojí napájení z boxíku s bateriemi. To nám samo o sobě prozatím vždy stačilo, ale v pravidlech soutěže je uvedeno, že robot musí být vybaven bezpečnostním vypínačem, který odpojí napájení motorů a tím pádem se robot přestane pohybovat. Vypínání prostým vytažením souosého konektoru z Arduina by dle pravidel neprošlo. Museli jsme tedy vyřešit začlenění požadovaného vypínače do stavebnice m-BITBEAM. Při této příležitosti se nabízela kombinace vypínače s možností napájení motorů a případného oddělení napájení Arduina nebo i jiné komponenty, která vyžaduje napájení větším napětím/proudem přímo z baterie.

1. Napájení v rámci m-BITBEAM

Napájení je u stavebnice m-BITBEAM řešeno pomocí pěti NiMH AA článků, což představuje při zátěži napětí kolem 6–6,5 V. Napěťové regulátory Arduino UNO a NANO (328P) poskytují napětí 5 V a 3,3 V. (Maximální zátěž při napájení různých modulů je ale v součtu pouze 1000 mA, což platí v případě napájení přes souosý konektor nebo piny VIN a GND.) Napájení motorů přímo z baterie tedy vede jednak k obejití problému s maximálním proudem, který může Arduino „destička“ motorům poskytnout, a díky vyššímu napětí budou vyšší i maximální otáčky motoru. Robot se ve výsledku bude pohybovat rychleji a bude „silnější“.

2. Požadavky na modul napájení

Velikosti i možnosti této rozvodné krabičky napájení s vypínačem (modulu napájení) jsme odvodili od našeho systému MoleBox. Co všechno musí napájecí modul obsahovat? Důležitou součástí je vypínač (zvolili jsme malý kolébkový vypínač, který se po drobné úpravě vejde do poměrně nízké krabičky). Dále budeme mít k dispozici konektory pro připojení čtyř servomotorů a čtyři konektory pro připojení signálu pro jejich řízení. Pro napájení Arduina a případně i nějaké další části si přidáme dva konektory. Nakonec krabičku doplníme ještě o LED indikující zapnuté napájení.

3. Stavba krabičky

Ke stavbě krabičky budeme potřebovat následující součástky:

• 1 ks - kolébkový přepínač (montážní otvor 13,6 × 9 mm) (link)
• 1 ks - univerzální plošný spoj (link)
• 20 ks - oboustranný kolík (rozteč 2,54 mm) (link)
• 1 ks - rezistor 1 kΩ (link)
• 1 ks - LED (průměr 5 mm) (link)
• 10 cm - kabel dvojlinka (průřez vodiče 2 × 0,5 mm²) (link)

V sekci 3D modely najdete potřebné STL soubory k tisku.

3.1 Postup stavby

Postup stavby je k dispozici formou fotonávodu. Popis a komentáře jednotlivých kroků najdete v popisu fotografií (zobrazí se po najetí na spodní okraj fotografie).

3.2 Varianta „hříbek“

Varianta krabičky dovoluje připojit bezpečnostní vypínač (klasický „hříbek“), který je v rámci některých soutěží vyžadován. Pokud potřebujeme tuto variantu, přidáme ještě konektor na propojku (jumper). Nejdříve přerušíme cestu VCC (+) na plošném spoji v místě podle (obr. 28) a následně připájíme konektor (obr. 29). Pokud bezpečnostní vypínač nepotřebujeme, použijeme propojku. Když bude bezpečnostní vypínač vyžadován, připojíme ho v místě jumperu. Při použití bezpečnostního vypínače je výhodou, že budou od napájení odpojeny pouze motory, a nikoli samotné Arduino. Tím pádem je i po chybě, kdy se robot začne chovat jinak, než má, možné s Arduinem komunikovat, problém lépe najít a „odladit“.

4. Závěr

Ukázali jsme si, jakým způsobem vyrobit napájecí modul v duchu stavebnice m-BITBEAM. Rychlá výroba modulu sice již vyžaduje nějaké ty zkušenosti s pájením, odizolováním vodičů, krimpováním konektorů apod., ale musíme mít modul skutečně „rychle“? K výrobě modulu v rámci výuky přece můžeme přistupovat i tak, že to sice moc rychle nepůjde, ale bude to pro naše žáky příležitost, jak se s jednotlivými činnostmi seznámit a postupně získat i potřebné dovednosti. A věřte tomu, že i mladší žáci (10 let) to nakonec zvládnou a bude je to bavit.

Autor: Tomáš Feltl, Gymnázium Polička & Časopis e-Mole.cz