Text, uvedený v následující části, popisuje mechaniku a elektronické řízení úhlového natáčení osy. Uvedená mechanika byla navržena především pro použití jako točna v železničním modelářství. Využila se zatím, mimo svůj původní záměr, především na průmyslových výstavách při řízení natáčení a otáčení kulatých prezentačních stolků a také v natáčení osvětlení a spínání výstupů osvětlení podle scénáře.
Sestavení mechanické části pohonu točny Díly Mechanickou část pohonu tvoří následující části: 1. základní obdélníková deska plexi s vyfrérovanými a vyvrtanými otvory pro upevnění k základnímu rámu 2. malou obdélníkovou desku plexi s otvory pro hřídele převodů a motorový pohon 3. distanční sloupky mezi malou a velkou deskou 4. střední hřídelka 5. výkonová hřídelka s ložiskem a ložiskovým domkem a kluzná pouzdra 6. unašeč mostu točny 7. spojovací materiál a podložky Sestavení Sestavení mechaniky převodovky je na následujícím obrázku a fotografiích. Sestavení umožňuje několik variant. Základní varianta předpokládá malou desku blíže k mostu točny a výkonovou hřídel na stejné straně jako je motor. Jinou variantou sestavení je umístění velké desky blíže k mostu točny a motor je na opačné straně. Snížení zástavbové výšky lze získat pokud se motor umístí mezi malou a velkou desku. To je možné pouze při použití třecího převodu mezi motorem a převody, nikoliv při použití pastorku.
Sestavení se zahájí pohyblivým upevněním motoru na malou desku a osazením pastorku. Poté se založí obě hřídelky a na ně se osadí střídavě ozubená kola. S převodem do pomala. Poslední kolo s duralovým prstencem se červíky fixuje k výkonové hřídeli. Poté se přiloží velká deska s již osazenými distančními sloupky a obě desky se lehce sešroubují. Konce obou hřídelek budou přesahovat velkou desku. Pohon posuneme tak, aby se pastorek dostal do záběru a pohon nyní lehce upevníme. Pro přesahující hřídelky se připraví mosazná kluzná pouzdra. Díry v deskách jsou vrtány s vůlí, k pevné fixaci jsou určena přesná pouzdra, která se po zaměření přilepí. Nyní je možné pohybem pastorku vyzkoušet chod převodu. Převod musí zabírat zcela hladce, toho se dosáhne případným jemným posunem pohonu a nastavením hřídelek. Poté je možné kluzná pouzdra nejprve provizorně fixovat, např. lepící páskou. Podobně je třeba fixovat provizorně duralový domek
ložiska. Nerozebiratelné slepení je vhodné provést až po zkušebním provozu s pohonem a otáčením mostu točny na stole, ne zabudované v kolejišti. Galerie
K osazení pohonu V základní variantě se předpokládá přenos pohybu mezi pohonem a převodovými koly pastorkem. Jedna varianta umožňuje nasazení pastorku přímo na hřídel pohonu a upevnění červíkem. Další variantou je upevnění pastorku na hřídelku, ta je potom na jedné straně spojena s hřídelí motoru a na druhé straně v ložisku s domkem. Ložiskový domek se po odladění přilepí k základní desce. Tato varianta umožňuje umístění pastorku podle potřeby v celé výšce převodové zástavby, také je vhodnější pro přenos většího kroutícího momentu. Ke zvýšení bezpečnosti lokomotiv lze místo pastorku použít třecí převod. Pastorek je nahrazen kolečkem a protikolečkem umístěným na střední hřídelce. K přenosu se osvědčilo použití mechové gumy, která se používá např. na kolečkách závodních autíček. Třecí převod zvyšuje požadavek na lehkost pohybu mostu točny, jinak při použití krokového motoru může dojít ke ztrátě kroků a polohování nebude přesné. Také
uložení středové hřídelky by mělo být preciznější a místo pouzdra použít ložisko. Výkonová hřídel převodu Jak je patrné z fotografií, předpokládá se spojení výkonové hřídele s mostem točny. K tomu je určen unašeč. Jedním typem unašeče je kleština ukončující hřídel, do které se upne hřídel mostu točny. Jinou variantou je hřídel zakončený příčným otvorem pro umístění unášecího kolíku. Varianta s kolíkem z principu zakládá vůli a je třeba ji korigovat programově, jak je v textu popsáno.
Výběr pohonu Stavebnice je navržena pro tři typy pohonu: 1. Bipolární krokový motor s normovanou roztečí s postačujícím kroutícím momentem 0.1 Nm, případně i nižším pro malé točny 2. Stejnosměrný motorek 3. RC servo Software je implementovatelný pro všechny typy pohonů. Nyní blíže k výběru. Krokový motorek je určen především k automatizovanému provozu točny, nastavení poloh jednotlivých paprsků kolejí a řízení přejezdů z jedné polohy do jiné se provede aktivací tlačítkem nebo jiným signálem z automatizace kolejiště na odpovídajícím vstupu procesoru. Rozjezdy a dojezdy motorku, tedy akcelerace, a také vůle v převodech jsou nastavitelné parametry. Stejnosměrný motorek je levnější variantou určenou pouze pro manuální přejezdy z jedné koleje na jinou. I tato varianta má implementován pozvolný rozjezd a dojezd, přesné nastavení koleje ale vyžaduje zácvik. Varianta s použitím RC serva umožňuje také automatizaci provozu ale pohyb otáčení není zcela plynulý a ne dost pomalý. Protože ale prakticky každý modelář má RC serva v zásobě, nepředstavuje toto řešení další investici. Náhon RC serva je třeba provést přímo na výkonovou hřídel sestavy.
Řízení točny K řízení točny krokovým motorem je třeba výkonový modul a procesorový modul. Výkonový modul Stavebnice neobsahuje výkonový modul. K jeho realizaci lze použít celou řadu volně dostupných řešení uvedených na internetu. Také jsou různé moduly běžně k zakoupení, buď finální nebo jako stavebnice. Nejjednodušším řešením je kombinace obvodů L297 a L298, která byla v již realizovaných aplikacích použita. Zapojení, pokud není nějaká mechanická chyba, funguje na první pokus. Nevýhodou je vyžadovaná poměrně velká plocha desky plošného spoje. Procesor Kapitola popisuje služby a implementace software vztažené k verzi 3.7. Tyto možnosti mohou být ve vývojových verzích libovolně změněny a upraveny a nemusí být zajištěna zpětná kompatibilita. Firmware byl implementován nejprve pro procesory řady AVR, poté portován také pro 8bitové procesory Freescale a procesory NEC. Ke stavebnici si lze vyžádat naprogramovaný mikroprocesor řady AVR, standardně ATMega8, tato varianta vychází cenově nejoptimálnější. Pokud se upraví deska plošných spojů výkonového modulu, lze mikroprocesor osadit jako jeho součást. Jinou variantou je využití různých procesorových modulů, které se produkují jako „start kit“ a firmware instalovat do těchto modulů. Výhodou je profesionálně osazený produkt, který navíc zpravidla umožní
instalaci dalších funkcí. Příkladem je dále popisované využití modulu firmy NEC. Výstupní signály. Firmaware zajišťuje tři výstupní signály POWER, DIR, STEP. Signál DIR určuje směr natáčení motoru. Signál STEP generuje krokování motoru. Signál POWER není třeba využívat, je generován s předstihem před signály DIR a STEP v okamžiku aktivace natáčení tlačítkem a může být použit k sepnutí výkonového napájení motoru. Samosvornost mechanismu umožňuje ponechat motor v klidu bez napájení. Při tomto využití signálu lze aplikaci napájet pouze z baterií. Vstupní signály. K řízení natáčení je vyhraženo 4 nebo 8 signálů, na které se připojují tlačítka. Varianta 4 signálů je určena pro nejjednodušší použití točny na malých kolejištích se třemi paprsky. Umožňuje využít pouze 8 pinové procesory AVR nebo Freescale. V tomto řešení je polohování pevné a nelze je programově upravit.
Tlačítka 1- 5 • aktivují v automatickém módu přejezdy k jednotlivým paprskům • v manuálním módu tlačítka 1/<- a 2/-> natáčí při stisku most točny Tlačítko Speed • v automatickém módu přepíná rychlost otáčení točny • v manuálním módu se zapisuje poloha paprsku do paměti Přepínač M/A nastavuje mód manuální a automatický Točnu lze natáčet k jednotlivým paprskům kolejí buď tlačítky nebo při automatizaci provozu kolejiště signálem, tedy napětím z ostatních prvků kolejiště, např. přestavníků nebo návěští. Vstupní signál by měl být galvanicky oddělen. Před použitím točny je třeba nastavit údaje o poloze jednotlivých paprsků vzhledem k určitému vybranému bodu a zapsat je do paměti řídící jednotky. Jsou dva základní způsoby nastavení těchto hodnot. • nastavení parametrů bez připojení řídící jednotky k počítači PC , provádí se pouze kombinací tlačítek • nastavení parametrů na počítači PC a odeslání do řídící jednotky Nastavení bez PC Kombinací tlačítek lze nastavit pouze základní parametry poloh kolejí, různé efekty se tímto způsobem nastavit nedají. Postup nastavení: • zapne se jednotka • tlačítko ručně/auto se přepne do režimu ručně • tlačítkem <- přejedeme do polohy, kterou budeme nadále považovat za referenční, všechny výjezdové kolejové paprsky musí být od této polohy napravo při pohledu zhora
• • •
• • •
zapnout/ vypnout jednotku tlačítkem -> přejed do polohy prvního kolejového paprsku tlačítkem řízení rychlosti zapsat tuto polohu do paměti jednotky tlačítkem -> přejed do polohy dalšího kolejového paprsku zapsat polohu do paměti jednotky totéž provést pro ostatní kolejové paprsky vypnout jednotku
Obrázek k umístění referenčního bodu vzhledem k ostatním výjezdovým kolejím:
Provoz točny: Po zapnutí je třeba v ručním režimu nastavit referenční bod a jednotku vypnout a zapnout • zapne se jednotka • tlačítko ručně/auto se přepne do režimu ručně • tlačítkem <- se přejede do referenční polohy • vypnout jednotku • tlačítko ručně/auto se přepne do režimu auto • zapnout jednotku • tlačítky 1 až n se vybírá kolejový paprsek, na který se most otočí Nastavení s použitím PC Nastavení parametrů s použitím PC vyžaduje možnost připojení sériové linky k modulu procesoru. Propojí se počítač PC a procesorový modul. Zároveň je třeba mít v počítači PC instalován program Juggle, který je součástí točny. Nastavení poloh a doplňujících funkcí Nastavení parametrů počítačem je jednodušší a snadno modifikovatelné. V menu programu se položkou Setting, TurnTable Setting aktivuje dialog parametrů podle následujícího obrázku.
Úhel, který svírají jednotlivé paprsky kolejí je třeba změřit nebo alespoň dobře odhadnout a jejich hodnoty zapsat do položek Line1, Line2 .... . Položka Line1 představuje úhel mezi referenčním bodem a první kolejí, položka Line2 představuje úhel mezi první a druhou kolejí atd. Zapsané úhly se automaticky přepočtou a odešlou do řídící jednotky. Po zápisu jednotlivých poloh kolejí lze ověřit nastavené parametry buď tlačítky z panelu jednotky nebo klávesami z dialogu a provést okamžitou korekci vzhledem k nepřesnosti odhadu. Obyčejné otočení mostu od jednoho paprsku k druhému by bylo fádní a určitě by neodpovídalo alespoň částečně reálnému provozu. Z toho důvodu jsou implementovány některé doplňující funkce, které lze při přejezdu aktivovat. Funkce jsou označeny Game a při přejezdu z jedné polohy do druhé jsou spuštěny. Položka Gamex/1 představuje pozastavení točny při přejezdu někde v mezipoloze, položka Gamex/2 umožňuje vytvořit při dojezdu "překmitnutí " vůči paprsku koleje. Nastavení parametrů pohonu Jestliže nevyhovuje základní nastavení akcelerace a byl by např. opticky optimálnější pomalejší rozjezd, lze údaj změnit. Z menu aktivací položky Setting, Step Motor Setting se aktivuje dialog podle obrázku.
Položkou Acceleration lze parametr změnit. Důležitou položkou je vůle v převodech a unašeči. Pokud se změní přesnost najíždění při změně směru otáčení, je třeba v položce Backslash vůli přestavit tak, aby se dalo požadované přesnosti dosáhnout. Kdo by měl zájem modifikovat firmware Jestliže se použije k nastavování parametrů počítač, je možné upravit i celkové chování točny doplněním příkazů do nadstavbové struktury software mikroprocesorové jednotky. Základní nadstavbová struktura je následující: // Turn Table select stepping TurnTable: if I8 then ofTeachTurnTable if notI1¬I2¬I3¬I4¬I5¬I6¬I7 then notInput ofInput: Function DIRECT INDEX1 Function AXIS 0 65400 notInput: while notI1¬I2¬I3¬I4¬I5¬I6¬I7 then TurnTable else notInput ofTeachTurnTable: Direct O2 if I1 then ofDown else notDown ofDown: Function AXIS 34 65400 while I1 then ofDown else notDown notDown: if I2 then ofUp else notUp ofUp: Direct notO2 Function AXIS 34 65400 notUp: while I2 then ofUp else FlipChipStart Select: if I5 then ofSelect else TurnTable Function DIRECT INDEX0 notTeachInput: while I5 then notTeachInput Úpravou tohoto textu lze ovládat další výstupy k řízení jednak pasívních prvků např. světel, ale i prvků aktivních např. přestavníků. Lze také řídit další mikroprocesorové desky použité k řízení kolejiště. K tomu je třeba se seznámit se souborem příkazů,, které jsou detailně uvedeny na stránce internetu. Uvedený text se modifikuje, přeloží překladačem příkazů a naprogramuje do paměti eeprom procesoru. Dosavadní firmware předpokládá tento postup pouze pro řadu AVR, která má nadstavbový firmware uložen v paměti eeprom. Použití jiných paměťových medií není umožněno.
Užití vývojových desek Jak již bylo uvedeno, firmware je portován pro některé průmyslově vyráběné moduly, které lze občas velmi výhodně zakoupit. Jedním z příkladů je „start kit“ modul firmy NEC. Tento modul obsahuje joystick, takže ovládání je elegantnější než při použití tlačítek. Také dvouřádkový LCD displej umožňuje snazší ovládání a nastavování a čitelnost parametrů bez použití PC počítače.
