Přeskočit na hlavní obsah
Přeskočit hlavičku
Registrační číslo: CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_019/0000867
Program: Operační program Výzkum, vývoj a vzdělávání
Období: 2018 - 2022
Příjemce: VŠB – Technická univerzita Ostrava

Stručný popis projektu - abstrakt

Cílem projektu je rozvoj excelentního výzkumu v oblasti pokročilých mechatronických systémů, který bude prováděn především pracovníky Fakulty strojní a Fakulty elektrotechniky a informatiky VŠB-TU Ostrava. Unikátním rysem projektu je propojení teoretického návrhu, modelování a simulace mechatronických systémů a implementace měřicích, řídicích a diagnostických systémů. Vědecké aktivity projektu jsou rozděleny do čtyř výzkumných programů a zahrnují aktivní řízení hluků a vibrací, bezkontaktní měření tvarů a vlastností objektů, koncepční design manipulačních a robotických mechanismů, návrh kompaktních hydraulických pohonů, zpracování signálů, návrh a implementaci vestavěných řídicích systémů. Díky pořízené unikátní výzkumné infrastruktuře dojde k akceleraci výsledků výzkumu týmu, vzniklých rovněž ve spolupráci se zahraničními partnery, růstu mobility výzkumných pracovníků, výchově mladých vědeckých pracovníků a nárůstu účasti v kvalitních mezinárodních výzkumných projektech.

Výzkumné programy a cíle

VC2.1 – Koncepční design manipulačních a robotických mechanismů

Abstrakt: Náplní tohoto výzkumného cíle je výzkum teoretických metod v oblasti automatizovaného koncepčního designu robotů a manipulátorů na základě požadovaných parametrů manipulační úlohy (dynamika pohybu, počet stupňů volnosti, tvar uchopovacích ploch objektu manipulace apod.) a souvisejících hodnotových parametrů pracoviště, jako je energetická spotřeba, hmotnost zařízení, zatížení a životnost kinematických vazeb, minimalizace prostorového uspořádání apod. Metody automatické syntézy rámu zařízení, syntézy kinematické struktury mechanismu a dimenzovaní ramen a pohonů budou ověřeny na případových studiích typických manipulačních úloh v automatizovaných výrobních i servisních činnostech. Matematické metody koncepčního designu mají velký aplikační potenciál v návrhových SW systémech pro počítačovou podporu koncepčního návrhu těchto mechanismů (Computer-aided conceptual design, CACD). Výstup z návrhového SW bude možné použít pro doporučení vhodného průmyslového robotu z databáze stávajících dostupných robotů, nebo pro sestavení optimální kinematické struktury z flexibilních modulárních prvků. Cílem je automatizovaná syntéza vhodného robotického manipulačního prostředku tak, aby byly plněny všechny požadované funkce při minimální spotřebě materiálních a energetických zdrojů.

vc21-irb140-locations
Fig 2.1-1: Valid locations of the ABB IRB140
robot for a simple testing workplace

Recommendation of a suitable industrial robot from the database of existing robots

To achieve this goal, a custom application called RobotSelector was created for the project. The application database currently contains several real industrial and collaborative robots of different manufacturers with different types of kinematic structure. Adding other robots to the database is a relatively easy process requiring only commonly available technical parameters of the robots.

The application offers an automated process of recommending robots suitable for a given task according to specified boundary conditions. The basic condition is the ability of the robot to travel through the entire trajectory while maintaining the required orientation and speed of the TCP (Tool Center Point), which is verified using a newly designed optimized method of inverse kinematics calculation. Also the collision of the robot with the environment is checked by means of a computationally undemanding algorithm. The result of the process is not only a list of all suitable robots, but also the positions in which individual robots can be placed within the workplace. Valid robot positions are searched throughout the workplace using a grid of the selected density, which tests all areas of the workplace. The advantage of this approach is, in particular, the elimination of a certain professional blindness of the system integrator, who would not even consider some positions when manually designing the robot location, thereby depriving himself of a potentially interesting solution allowing for example the use of a smaller and cheaper robot.

Optimal robot location

Various criteria for evaluating valid robot positions have been designed and implemented to facilitate decision-making on selecting the robot's winning position within the workplace. One of the criteria is to optimize the position of the robot in order to reduce the energy consumption or load of the robot (to increase its lifetime). Since the whole system is based solely on the kinematic model, it is not possible to evaluate the torques in the joints of the robot and therefore the load cannot be accurately calculated. Therefore, a way to significantly simplify the dynamic model was proposed, which allows for rough approximation of the load. Other criteria for assessing individual positions include, for example, avoiding singular configurations, the ability to increase trajectory speed (reduce production cycle time), and so on.

locations_example
Fig 2.1-2: Evaluation of valid locations of the UR10 robot according to minimization of joints acceleration (left) and the possible increase of trajectory speed (right)

VC2.2 – Topologický design ramen robotů a manipulátorů

Abstrakt: S rozvojem metod robotického velkoprostorového 3D tisku (vyplňované skořepiny, síťové a příhradové vnitřní struktury) rámů základů a jednotlivých článků robotů je možno lépe optimalizovat tyto nosné struktury s cílem úspory hmotnosti a snížení spotřeby energie. Předmětem této výzkumné aktivity je metodika automatizovaného topologického návrhu rámů a ramen manipulátorů, jejichž tvar a profil je automaticky generován pro požadovanou velikost a směr zátěžných sil na základě strukturální analýzy (napětí, deformace) a optimálního rozložení napětí v objemu článku. Součástí výzkumné aktivity je i simulační ověření teorie generování tvarů na prostorových experimentálních modelech vytvořených metodou 3D tisku.

logolink logolink