Prezentácie študentských projektov

Trenčianske robotické dni 2017

V dňoch 15. a 16. februára.2017 sa v priestoroch SOŠ Trenčín konal 12. ročník medzinárodnej robotickej súťaže Trenčiansky robotický deň. Na akcii sa prezentovala aj Katedra riadiacich a informačných systémov predstavením dvoch modelov, ktoré vznikli v rámci riešenia diplomových prác našich študentov.

Riadenie polohy loptičky

Prvým prezentovaným exponátom bol model s názvom Riadenie polohy voľne položenej loptičky na vertikálne umiestnenom kotúči pomocou PLC a frekvenčného meniča. Vytvorený systém riadi polohu tenisovej loptičky na vertikálne položenom otočnom kotúči. Od podobných zariadení sa líši svojimi špecifickými (nezvyčajnými) vlastnosťami, ktoré vyžadujú väčšie nároky na samotný riadiaci algoritmus. Systém loptičky a kotúča je v odbornej literatúre označovaný ako BOW (The Ball and Wheel system). Vyznačuje sa svojou nelinearitou, nestabilitou, vplyvom náhodných veličín a ohraničeniami, podobne ako mnohé systémy v priemyselných aplikáciách. Vplyv na dynamické správanie má nielen pomer veľkosti použitého kotúča a loptičky, ale aj prevod medzi hnacou jednotkou a hnaným systémom. Miesto položenia loptičky a požiadavka na umiestnenie lo

ptičky má tiež vplyv na regulačný pochod. Ak bude použitý algoritmus riadenia schopný v dostatočnej miere riadiť systém loptičky a kolesa, môžeme o ňom predpokladať, že jeho využitie bude uplatniteľné aj v priemysle. V tomto systéme sú aplikované nasledovné regulátory: PID, PSD, MPC a FUZZY. Hardvérové zloženie: Programovateľný logický automat (PLC) Power Panel od rakúskej firmy Bernecker + Rainer spolu so vstupno-výstupnými a komunikačnými modulmi tvoria základ riadiaceho systému. Riadený systém loptičky a kotúča, obsahuje akčný člen, ktorým je trojfázový asynchrónny motor s príkonom 550W a optický odmeriavací systém od firmy SICK s odozvou merania 15ms s presnosťou ±7mm. Nevyhnutnou súčasťou je frekvenčný menič, aby sme mohli ovládať trojfázový asynchrónny motor.

Podľa vyššie uvedeného opisu už vieme o aké špecifické vlastnosti systému ide:
  1. Použitie lacného asynchrónneho motora, ktorý nie je určený na rýchle zmeny pohybu – prejavuje sa sklz a aj zotrvačnosť. Vhodným motorom by bol napríklad servomotor.
  2. Odmeriavací systém s veľkou periódou odozvy a malou presnosťou.
  3. Frekvenčný menič s možnosťou zmeny frekvencie po 0,5Hz.

Softvérová časť: Pre riadenie základného pohybu motora využívame štandardizované PLCopen funkcie. PLCopen je medzinárodná organizácia pre štandardizáciu softvérových prostriedkov v automatizácii. Takto je zaručená lepšia implementácia a prenositeľnosť kódu. Štandard obsahuje aj časť PLCopen Motion control, pre programovanie riadenia motorov. Použitý softvérový nástroj AutomationStudio umožňuje programovanie riadiacich systémov v deviatich programovacích jazykoch (obsahuje aj podporu všetkých piatich programovacích jazykov, ktoré definuje norma IEC 61131 pre programovanie riadiacich systémov v priemyselnej automatizácií). Úspešne bol implementovaný prediktívny algoritmus GPC. Podrobnejšie informácie možno nájsť v článku Forward Control of the Ball Position, ktorý bol aj prezentovaný na medzinárodnej konferencií ELEKTRO 2016 [1] a tiež v [2]. V príprave sú aj skriptá s názvom: Riadenie motorov použitím systému B&R [3].

Páka s hmatovou odozvou

Druhým prezentovaným exponátom bol model nazvaný Páka s hmatovou odozvou, čo je vo svojej podstate virtuálny mechanický systém. Vývoj hmatových rozhraní je motivovaný štyrmi základným oblasťami. Aj z historického hľadiska sú ako prvé systémy pre vzdialenú manipuláciu a ovládanie (po anglicky Telepresence And Teleaction systems -TPTA). Ďalšou veľkou oblasťou je virtuálna realita, neinvazívne lekárske aplikácie a na záver asi z aplikačného pokrytia najväčšia oblasť je komunikácia. Úlohy hmatovej interakcie ľudí možno rozdeliť na dve hlavné triedy: hmatové vnímanie a kontrola motoriky. Tieto triedy môžeme ďalej deliť na základné operácie. Triedu hmatové vnímanie na: detekcia, rozlišovanie, identifikácia a škálovanie. Triedu kontrola motoriky na: presun, selekcia objektu a modifikácia. 

Limity ľudskej hmatovej interakcie: frekvencia, detegovaná sila, polohová rozlišovacia schopnosť. Horná hranica frekvencie vibrácií, ktoré ľudská ruka potrebuje cítiť počas obratných operácií je 5 až 10 kHz. Maximálna citlivosť vibrácií je pri frekvencii 200 až 300 Hz. 320 Hz je frekvencia taktilného signálu, pri ktorej nedokážu ľudské prsty rozlíšiť dve nasledujúce vzorky signálu. Minimálna frekvencia taktilného signálu, ktorú vyžaduje ľudský prst pre zmysluplné vnímanie je 20 aţ 30 Hz. Minimálna sila, ktorú je možné zaznamenať špičkou prsta je 0.8 mN. Minimálna vzdialenosť medzi dvoma statickými stimulmi, ktorú je možne rozoznať pomocou špičky prsta je 2 až 3 mm, pri dynamických stimuloch 0.8mm. Pri kontrole motoriky budeme zvažovať nasledovné aspekty: generovaná sila, presnosť koordinácie, rýchlosť pohybu. Podľa literárnych zdrojov je maximálna sila, ktorú človek dokáže vygenerovať pomocou prstov je približne 50 N, pomocou zápästia 60 N, pomocou kolena a ramena 100 N. Presnosť zhruba 11 až 15 %. Maximálna uhlová rýchlosť kĺbov je 17.6 rad/s.

Pri modelovaní virtuálnych mechanických systémov sa používajú tri základné prvky: struna (modeluje elasticitu), tlmič ( modeluje trenie) a hmota (modeluje zotrvačnosť). Pomocou týchto prvkov sú v PLC vytvorené virtuálne systémy: dva vozíky spojené pružinou, model trenia kvádra na podložke, model pružiny, a model pevnej steny a loptičky. Virtuálne systému umožňujú meniť parametre modelovaných prvkov ako napríklad hmotnosť telies, konštanty strún a tlmičov a aj nelinearít. Vytváranie modelov funguje na báze objektovo orientovaného programovania.

Model samotný je tvorený pákou ovládanou ľudskou silou a jednosmerným elektromotorom, ktorý je riadený pomocou PLC. Na ovládanie a vizualizáciu slúži PLC PowerPanel 400 od firmy B&R s funkčnými tlačidlami a displejom.

 

Súvisiace vedecké a odborné publikácie:
[1] Hrbček, J.,  Šimák, V., Nemec, D., Hruboš, M.: Forward control of the ball position. In: 11th International Conference ELEKTRO 2016, Štrbské Pleso - High Tatras, May 16-18, 2016 Slovak Republic, IEEE, 2016, ISBN 978-1-4673-8698-2., s. 412-416.
[2] Šimák, V., Hrbček, J., Janota, A., Pirník, R.: Implementation of artificial intelligence tools to an industrial controller. In: Archives of Transport System Telematics, Vol. 7, Issue 3, September 2014, p. 47-51  , ISSN: 1899-8208
[3] Hrbček, J.,  Šimák, V., Hruboš, M.: Riadenie motorov použitím systému B&R, EDIS, 2017, v tlači.
Spracoval, Ing. Jozef Hrbček, PhD.

 

 

 

 

 
 

Úspech na súťaži ISTROBOT 2016

V sobotu 23.apríla 2016 sa na Fakulte elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave úspešne uskutočnil už 16. ročník tradičnej robotickej súťaže ISTROBOT. Súťaže sa zúčastnilo celkovo 55 robotov, ktoré súťažili v piatich súťažných disciplínach:

  • Stopár: robot - stopár mal čo najrýchlejšie prejsť zadanú dráhu a prekonať nastražené prekážky ako tunel, prerušená čiara, prekážajúci predmet a podobne.
  • Myš v bludisku - autonómny robot (myš) mal čo najrýchlejšie nájsť cestu bludiskom.
  • Sklad kečupov - úlohou bolo zostrojiť robota, ktorý dokáže správne usporiadať konzervy s paradajkovým pretlakom v sklade.  , 
  • Voľná jazda - kategória určená na predvádzanie výrobkov, ktoré nespadajú do prvých troch kategórií. Každý súťažiaci moholpredviesť všetko, čo jeho robot dokáže.
  • Lietajúca výzva - cieľom bolo zostrojiť lietajúci stroj, ktorý prejde vo vyhradenom priestore špecifikovanú dráhu pomedzi prekážky a preniesie do cieľa užitočnú záťaž v čo najkratšom čase.

Súťaže sa s úspechom zúčastnil aj študent druhého ročníka inžinierskeho štúdia študijného programu Riadenie procesov Bc. Miroslav Pivovarský, ktorý v kategórii Voľná jazda predstavil Mapovanie priestoru pomocou mobilného robota Riley. Miroslav Pivovarský uspel v konkurencii ďalších 8 súťažiacich v kategórii a umiestnil sa na 1. mieste.

V rámci svojej práce navrhol a skonštruoval autonómneho mobilného robota vybaveného viacerými senzorickými systémami, ktoré mu umožňujú počas pohybu robota mapovať neznámy priestor. Základ konštrukcie robota navrhol v rámci riešenia bakalárskej práce, ktorej sa venuje aj video. V rámci riešenia diplomovej práce upravil konštrukciu robota a vyriešil pohyb v neznámom priestore a jeho mapovanie.

Konštrukcia robota je stručne opísaná v plagáte zo súťaže v priloženom súbore Poster - Jozef Humaj: Robotický manipulátor

K úspechu v súťaži úprimne blahoželáme.

 

Úspech na súťaži ISTROBOT 2015

V sobotu 25.apríla 2015 sa na Fakulte elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave úspešne uskutočnil už 15. ročník tradičnej robotickej súťaže ISTROBOT. Súťaže sa zúčastnilo celkovo 88 robotov, ktoré súťažili v piatich súťažných disciplínach:

  • Stopár: robot - stopár mal čo najrýchlejšie prejsť zadanú dráhu a prekonať nastražené prekážky ako tunel, prerušená čiara, prekážajúci predmet a podobne.
  • Myš v bludisku - autonómny robot (myš) mal čo najrýchlejšie nájsť cestu bludiskom.
  • Sklad kečupov - úlohou bolo zostrojiť robota, ktorý dokáže správne usporiadať konzervy s paradajkovým pretlakom v sklade.  , 
  • Voľná jazda - kategória určená na predvádzanie výrobkov, ktoré nespadajú do prvých troch kategórií. Každý súťažiaci moholpredviesť všetko, čo jeho robot dokáže.
  • Lietajúca výzva - cieľom bolo zostrojiť lietajúci stroj, ktorý prejde vo vyhradenom priestore špecifikovanú dráhu pomedzi prekážky a preniesie do cieľa užitočnú záťaž v čo najkratšom čase.

Súťaže sa s úspechom zúčastnil aj študent prvého ročníka inžinierskeho štúdia študijného programu Riadenie procesov Bc. Jozef Humaj, ktorý v kategórii Voľná jazda predstavil svoj Robotický manipulátor. Pán Humaj uspel v pomerne silnej konkurencii ďalších 18 súťažiacich v kategórii a umiestnil sa na 3. mieste.

V rámci svojej práce navrhol a skonštruoval poloautomatického robota ovládaného obsluhou, ktorý je určený na manipuláciu s objektmi s nízkou hmotnosťou. Robot môže byť použitý na manipuláciu so zdravie ohrozujúcimi látkami, na prieskum nebezpečných priestorov, na vyhľadávanie osôb v ťažko prístupných priestoroch a podobne. Robot je tvorený robotickým ramenom uloženým na robotickom podvozku. Obe časti sú vybavené vlastnou riadiacou elektronikou. Operátor ovláda robotický manipulátor osobným počítačom na základe televízneho obrazu prenášaného z kamery umiestnenej na manipulátore, ktorý je s manipulátorom prepojený prostredníctvom wifi rozhrania.

Konštrukcia robota je stručne opísaná v plagáte zo súťaže v priloženom súbore Poster - Jozef Humaj: Robotický manipulátor

K úspechu v súťaži úprimne blahoželáme.

 

Tomáš Ivan - kamerový systém rozpoznávajúci defekty výrobkov

Medzi diplomové práce úspešne obhájené v akademickom roku 2013/2014 na Katedre riadiacich a informačných systémov EF ŽU v akademickom roku 2013/2014 možno určite zaradiť aj prácu Tomáša Ivana na tému „Automatizovaný kamerový systém rozpoznávajúci defekty výrobkov“, ktorú viedol Ing. Anton Tomáš zo spoločnosti NASA Slovakia, spol. s r.o. a ktorej konzultantkou na KRIS bola pani Ing. Emília Bubeníková, PhD. Výsledky riešenia práce boli úspešne implementované vo výrobe plastových fľaštičiek používaných v kozmetickom priemysle. 

Miroslav Pivovarský - Senzorický systém robotického vysávača

Medzi veľmi úspešné bakalárske práce obhájené v akademickom roku 2013/2014 v rámci študijného programu Automatizácia na Katedre riadiacich a informačných systémov EF ŽU patrila aj práca Bc. Miroslava Pivovarského na tému "Senzorický systém robotického vysávača". Riešiteľ pod vedením vedúceho práce Ing. Vojtecha Šimáka, PhD.  v práci okrem samotného senzorického systému vyhodnodujúceho polohu a pohyb robotického systému zostavil pojazd a vybavil ho riadiacim systémom, ktorý na zákalde spracovania informácií zo senzorického systému dokáže riadiť bezkolízny prejazd robotického systému priestorom. Riešiteľ bakalársku prácu úspešne obhájil pred štátnou skúšobnou komisiou počas štátnych skúšok. Okrem toho bola práca úspešne prezentovaná aj na fakultnom kole Študentskej a vedeckej súťaže (ŠVOS 2014) na Elektrotechnickej fakulte ŽU a následne ako víťaz sekcie " Informatické vedy, automatizácia a telekomunikácie" v časti bakalárskych prác sa zúčastnil  medzinárodnej súťaže Studentská a tvůrčí činnost (STOČ 2014) organizovanej na Vysokej škole banskej v Ostrave, kde sa v sekcii "S1-Teorie a aplikace systémů řízení" umiestnil v silnej konkurencii na 3. mieste.

Doplnkové informácie