Projekt RoboTrain začal vznikat v lednu 2019 jako odpověď na vyhlášení soutěže Moderní škola 4.0. Úlohou celého projektu je umožnit žákům středních škol technického zaměření poznat a vyzkoušet si principy čtvrté průmyslové revoluce (Industry 4.0), což je označení pro trend digitalizace a automatizace výroby.
Protože Gymnázium a Střední odborná škola v Podbořanech už byla vybavena stacionárními roboty Kartman, Portman, Major a také dopravními pásy Transporter z dílny Hobbyrobotu, rozhodli jsme se doplnit sestavu o mobilní část a vytvořit model automatizovaného skladu, jehož všechny části budou bezdrátově komunikovat mezi sebou i s nadřazeným řídícím systémem.
V tomto okamžiku jsme si uvědomili, že koncepce Průmyslu 4.0 se protíná s internetem věcí (IoT), takže jsme pro ovládání zvolili protokol MQTT a pro tvorbu řídících programů použili prostředí Node Red. Ale to je zas jiná pohádka…
Aby model opravdu sloužil při výuce bezchybě, zvolili jsme robotický přepravník jezdící po kolejích, u něhož mnohem menší pravděpodobnost, že se cestou mezi určenými body ztratí, než u běžného robotického vozíku.
Koleje, výhybky a motorizovaný podvozek byly použity hotové z nabídky firmy ETS. Zde je nutno podotknout, že jsme rozhodně neudělali chybu. Jak kvalita provedení, tak i technická podpora ze strany výrobce je na vysoké úrovni.
Rozměrový náčrtek podvozku
Mašinka
Jak již bylo řečeno, mechanickým základem je dvounápravový tramvajový podvozek, karoserie a kompletní řídící systém je ale naší výroby.
Přepravník (jak od nynějška budeme říkat mašince) dokáže jezdit vpřed a vzad, automaticky zastavit před překážkou a velmi přesně zastavit v bodu určeném magnetickou značkou (permanentním magnetem), pevně umístěnou na požadovaném místě v kolejišti.
Srdcem přepravníku je vývojový modul s ESP32, který zaručuje obousměrnou bezdrátovou (WiFi) komunikaci s nadřízeným systémem. Výkonová část pro řízení pohonného elektromotorku je osazena spolehlivým obvodem TB6612, senzory překážky jsou Sharp GP2Y0D810Z0F od firmy Pololu a čidla polohy, reagující na magnetické pole jsou hallovy senzory A3144 od firmy Allegro.
Schéma zapojení
Při pohledu na schéma vás nejspíše zarazilo, že baterie o napětí 8,4 V je připojena na vstup modulu ESP32 s označením 5 V, ale při podrobném rozboru zapojení tohoto modulu vyšlo najevo, že se jedná o vstup stabilizátoru ASM1117-3V3, jehož povolené vstupní napětí je až 12 V. Stabilizátor napájí nejen ESP32, ale také i všechny ostatní externí senzory a aktory.
Baterie je v současné době nabíjena z externí nabíječky, ale předpokládáme, že po upgrade na vyšší verzi bude přepravník sám zajíždět k nabíjení do určeného místa.
Vnitřní provedení
Komunikace…
… s přepravníkem je velmi jednoduchá a probíhá formou, v mnohém podobnou e-mailovým zprávám:
Přepravníku posíláme zprávy:
forward, jeď vpřed na pozici, definovanou magnetickou značkou
reverse, jeď vzad na pozici, definovanou magnetickou značkou
stop, zastav
jiným zprávám nerozumí a tak je ignoruje.
Naopak přepravník publikuje (odesílá zpět) zprávy o událostech:
FRONT_TARGET, zastavil jsem na magnetické značce při jízdě vpřed
BACK_TARGET, zastavil jsem na magnetické značce při jízdě vzad
FRONT_OBSTACLE, překážka na trati při jízdě vpřed
BACK_OBSTACLE, překážka na trati při jízdě vzad
Pro usnadnění komunikace s obsluhou a také pro efekt jsou na čelech přepravníku žluté LED, které mohou vyjadřovat několik stavů:
Po zapnutí napájení obě LED blikají, dokud nedojde ke spojení s MQTT brokerem.
Po úspěšném připojení obě LED svítí trvale, dokud není přijat příkaz.
Při jízdě blikají obě LED současně.
Je-li detekována událost (překážka nebo dosažení magnetické značky) ve směru pohybu, rozsvítí se LED na straně detekce trvale a opačná zhasne.
Pokud je detekována překážka na trati, přepravník okamžitě zastaví a publikuje událost detekce překážky. Po odstranění překážky opět pokračuje v pohybu, dokud nedosáhne magnetické značky nebo nepřijme jiný povel.
Při detekci magnetické značky přepravník automaticky vyhledá definovanou pozici (okraj znacky), zastaví se a publikuje událost cíle dosaženo.
Na YouTube naleznete video, popisující celý zrod a funkci projektu.
Pokračování příště…