Komplexní technické systémy s podporou software PTC Creo Parametric ROBOTSYSTEM, s.r.o. Ing. Daniel Polák, Ph.D.

Výkonné řešení pro firmy libovolné velikosti! Creo je škálovatelná sada navzájem provázaných aplikací pokrývající celé spektrum vývojového procesu. Výkonné řešení pro firmy libovolné velikosti!

Creo Parametric je 3D plně parametrický software, který umožňuje: Tvorbu 3D modelů Vytváření sestav Tvorbu detailní dokumentace včetně 2D a 3D výkresů Plošné modelování Modelování plechových součástí Ergonomické analýzy pomocí digitálního modelu člověka Modelování svařenců Statické a kinematické analýzy Real-time fotorender a animace Programování NC obrábění Výměnu dat Modelování příhradových konstrukcí Rychlý přístup na web Rozšiřitelnou knihovnu standardních prvků a nástrojů Creo je modulární systém, díky kterému můžete rozšiřovat nové moduly, aplikace a funkce.

Komplexní technické systémy vyvinuté s podporou software PTC Creo Parametric Univerzální robotický stretcher se všesměrovými koly Hasicí a záchranářský robot HARDY Víceúčelový robotický transportér

Hasicí a záchranářský robot HARDY Vyvinut v rámci projektu TANDEM Výzkum a vývoj modulární struktury servisních zásahových a záchranářských robotů (FT-TA5/071). Je primárně určen k hašení a manipulaci s předměty v průběhu protipožárního zásahu a dalších krizových situacích. Prototyp byl poprvé vystaven na 52. MSV Brno 2010. V průběhu své premiéry a na dalších výstavách postupně získal robot Hardy tato ocenění: Zvláštní cenu 52. Mezinárodního strojírenského veletrhu v Brně, kterou předal vedení třinecké společnosti ministr průmyslu a obchodu Martin Kocourek. Hlavní cenu GRAND PRIX na mezinárodním veletrhu TECHNICON INOVACE 2010 v Gdaňsku. Medaili prezidenta Mezinárodní federace asociací zlepšovatelů "The IFIA Innovation Medal" v rámci IV. Mezinárodní výstavy inovací IWIS 2010 ve Varšavě. Zlatou medaili v rámci IV. Mezinárodní výstavy inovací IWIS 2010 ve Varšavě.

Hasicí a záchranářský robot HARDY Robot Hardy je určen k zásahům v (pro člověka nebezpečném) prostředí požáru nebo v jeho těsné blízkosti, kdy je člověk, záchranář v bezprostředním ohrožení života, jak po stránce teplotní, tak po stránce mechanické, tj. možnost zranění padajícími předměty, ohrožení výbuchem apod. Podvozek robotu poskytuje díky svým rozměrům, hmotnosti a robustnosti požadovanou stabilitu. Rameno robotu je z hlediska typů pohonů hybridní. Robot je vybaven dálkovým ovládáním a potřebnou vizualizací prostřednictvím kamer umístěných na rámu a pracovním rameni robotu. Operátorské pracoviště robotu je řešeno formou kufru. Obraz z kamerového systému robotu může být promítán na monitor operátorského stanoviště nebo do 3D brýlí.

Hasicí a záchranářský robot HARDY Hasicí uchopovací hlavice představuje unikátní spojení manipulačního efektoru s hasicí hlavicí. Tato skutečnost umožňuje rychleji a efektivněji vykonávat základní operace (hasící + manipulace) bez nutnosti záměny efektorů. Uchopovací hasicí hlavice je uchycena na manipulačním rameni robotu pomocí interface, který výměnu efektorů umožňuje. Uchopovací hlavice je vybavena trojicí nastavitelných uchopovacích kleštin, ovládaných pomocí hydraulických válců. Změna vzájemné konfigurace uchopovacích kleštin efektoru, jejich aretace a ovládání rozstřiku proudnice je zajištěno elektropohony. Uchopovací hasicí hlavice je vyvinuta pro přenášení tlakových lahví (o průměru 80 až 360 mm) a jiných předmětů válcového tvaru. Díky přestavení čelistí může uchopovat i předměty tvaru koule a některé předměty obecného tvaru.

Hasicí a záchranářský robot HARDY Vývoj hasicího a záchranářského robotu Hardy probíhal s podporou metod a postupů metodiky konstruování. Při návrhu pohonů modulu manipulace na základě zvolené kinematické struktury a požadovaných parametrů zadání (zejména dosahu a nosnosti). Všechny mechanismy hasicího a záchranářského robotu byly rozpohybovány v modulu Mechanism CAD systému Pro/ENGINEER Wildfire 5 a byly vyšetřeny na kolizní stavy. V rámci vývoje řídicího systému a jeho programového kódu pak byla řešena kolize efektoru s modulu manipulace a ostatními prvky robotu, zejména podvozkem.

Technické parametry robotu Tab. 1: Technické parametry robotu Hasicí a záchranářský robot HARDY Technické parametry robotu Manipulační rameno Maximální nosnost ramene 380 kg Počet os ramene 5 Rozsah pohybu v jednotlivých osách 1: ±120° 2: 0° až 125° 3: 0° až 155° 4: neomezeně 5: ±100° Maximální rychlost pohybu osy 60°/s Pohon os ramene elektrický, hydraulický Způsob chlazení vnitřní chlazení vodou Maximální dosah ramene (měřeno od osy točny po interface) 2200 mm Efektor Maximální nosnost efektoru 300 kg Počet čelistí 3 Pracovní polohy čelistí v opozici (2 proti 1), do kruhu (po 120°) Pohon čelistí hydraulický Typ proudnice univerzální proudnice pro vytváření kompaktního a roztříštěného vodního proudu s elektricky řízenou plynulou regulací Typ hasicího média voda Maximální průtok hasicího média 400 l/min. Jmenovitý/maximální pracovní tlak 0,6/1,2 MPa Robot Maximální rozměry v přepravní poloze (d/š/v) 3100/2060/2910 mm (hodnoty platí při nasazené radlici) Pohon robotu dieselový motor s hydraulickým agregátem a elektrickým generátorem Výkon spalovacího motoru 58 kW Pohon pojezdu Maximální rychlost pojezdu 10,6 km/h Celková hmotnost 4500 kg Způsob chlazení robotu ostřik vodní mlhou Tab. 1: Technické parametry robotu

Hasicí a záchranářský robot HARDY Vizualizace koncepce robotu ve variantách. Vizualizace koncepce hasicí uchopovací hlavice. Kompletní vývoj zejména manipulačního ramene a efektoru. Správa kompletního modelu celého robotu. Kinematické analýzy mechanizmů. Vizualizace finálního řešení.

Hasicí a uchopovací hlavice robotu HARDY

Návrh manipulačního ramene robotu HARDY Příklad prvního kola návrhového výpočtu požadovaných momentů pro pohony jednotlivých kloubů modulu manipulace.

Návrh manipulačního ramene robotu HARDY Návrh pohonu 3. kloubu manipulačního ramene Návrh 5. kloubu manipulačního ramene

Návrh manipulačního ramene robotu HARDY Finální model robotu

Víceúčelový robotický transportér Víceúčelový robotický transportér pro záchranu osob a zásahy v krizových situacích, ve zvláště obtížných terénních a/nebo klimatických podmínkách byl vyvinut v rámci projektu TIP č. FR-TI1/572. Transportér je využitelný jako průzkumné a zásahové robotické vozidlo s dálkovým řízením operátorem - možnost záchrany bez posádky i s možností jeho ovládání řidičem. Transportér byl vyvinut za účelem integrace špičkových robotických i zásahových technologií (částečná autonomie). Tento projekt byl prezentován v roce 2012 na pražském workshopu "Robots underpinning future NATO operations", kde bylo nastíněno potenciální využití víceúčelového robotického transportéru pro oblast misí NATO.

Víceúčelový robotický transportér Určen pro zásah při krizových situacích, které se odehrávají v náročném terénu. Osmikolový, diferenčně řízený podvozek s možností nasazení pásů. Základem pohonu je spalovací motor KOHLER AEGIS LH775. Jako alternativu je možno využít motor Škoda 1,2 HTP. Transportér je vybaven záchranářským lehátkem pro přepravu raněných osob (funkce terénní sanitky). Systém řízení transportéru byl vyvíjen tak, aby umožňoval převzetí manuálního řízení v případě zranění řidiče využití zařízení jako průzkumného vozidla bez posádky a pro dálkové řízení s částečnou autonomií vybraných funkcí. Víceúčelový robotický transportér nabízí možnost dálkového ovládání operátorem. Transportér je vybaven kamerovým systémem (v základním provedení jedna kamera vpředu, druhá vzadu).

Víceúčelový robotický transportér – technické parametry Hodnota Rozměry (délka/šířka/výška) 3415/1800/2010 mm (výška je uvedena včetně ochranného rámu posádky v případě převrácení vozidla) Typ podvozku Diferenčně řízený osmikolový, čtyři tuhé nápravy s možností nasazení pásů Typ řízení Na vozidle nebo dálkové z operátorského pultu Dosah dálkového řízení cca 1000 m Kamerový systém Přední a zadní kamera s IR přísvitem Stabilizační systém Monitoring náklonu v příčné a podélné ose vozidla Brzda Vícelamelová elektromagnetická Průměr/šířka pneumatiky kola 25“/12“ Napětí elektrického obvodu 12 a 24 VDC Typ motoru – varianta 1 Kohler Aegis LH 775, kapalinou chlazený dvouválcový čtyřtaktní zážehový motor Výkon motoru 23 kW/31 HP Typ motoru – varianta 2 Škoda 1,2 HTP, kapalinou chlazený, řadový, tříválcový zážehový motor Výkon motoru 51 kW/ 69 HP Maximální rychlost 40 km/h Spotřeba paliva 3,5 l/h – cca 17 l/100 km (při jízdě po silnici prům. rychlostí 20 km/h) – cca 35 l/100 km (při jízdě terénem prům. rychlostí 10 km/h) Nosnost 550 kg Suchá hmotnost 625 kg Přední/zadní nájezdový úhel 45°/45° Tab. 2:Tabulka základních technických parametrů víceúčelového robotického transportéru

Víceúčelový robotický transportér Základem podvozku transportéru byly nakupované komponenty. Součástí vývoje robotického transportéru bylo nahrazení stávajících mechanických vazeb ovládacích prvků vazbami elektronickými. Značně komplikujícím faktorem jsou v tomto případě vždy přítomné odchylky 3D modelu od reálné konstrukce.

Rozstřel základního rámu, pohonu a převodů podvozku Víceúčelový robotický transportér Rozstřel základního rámu, pohonu a převodů podvozku Pevnostní analýza ochranného rámu

Víceúčelový robotický transportér Využití funkce skeletonu při modelování svařence nosných prvků rámu v oblasti výklopné zádě víceúčelového robotického transportéru

Modelování designového krytu řídítek Víceúčelový robotický transportér Modelování designového krytu řídítek

Tvorba výrobní dokumentace Víceúčelový robotický transportér Tvorba výrobní dokumentace

Víceúčelový robotický transportér Specifický přístup k procesu vývoje robotického zařízení dle požadavků potenciálního zákazníka s sebou nese i zcela výjimečné nároky na tvorbu výkresové dokumentace. Byly vytvořeny firemní šablony standardních i nestandardních (prodloužených) výkresových formátů. Všechny tyto skutečnosti se v případě velkých sestav promítají do vysokých nároků na výkon pracovních stanic konstruktérů a vývojových pracovníků.

Univerzální robotický stretcher se všesměrovými koly Vyvinut v rámci projektu TIP č. FR-TI1/552 „Výzkum a vývoj systému pro záchranu a přepravu osob v traumatickém a/nebo kontaminovaném stavu“. Robostretcher byl poprvé představen na největším evropském veletrhu zdravotnické techniky a farmacie MEDICA 2011 v Düsseldorfu. V rámci uživatelské soutěže AV ENGINEERING AWARDS 2012 získal  projekt „Výzkum a vývoj systému pro záchranu a přepravu osob v traumatickém a/nebo kontaminovaném stavu“ 1. místo v kategorii Vývoj výrobku s podporou software Creo (dříve Pro/ENGINEER) a aplikace Mathcad. Robotický stretcher je své podstatě motorovou pojízdnou miniresuscitační jednotkou, určenou pro rychlý a bezpečný transport pacientů, zejména v traumatickém stavu, se současným zajištěním jejich základních životních funkcí. Hlavní výhodou stretcheru je podvozek, který umožňuje pohyb všemi směry. Robostretcher je vybaven univerzálním aretačním mechanismem Rolfix F102, který umožňuje využít různá nosítka běžně používaná v ambulancích či v záchranářských helikoptérách.

Univerzální robotický stretcher se všesměrovými koly Baterie s extrémně vysokou kapacitou jsou řízeny řídící jednotkou, která zajišťuje jejich optimální nabíjení a přesnou indikaci jejich aktuálního stavu na dotykovém LCD displeji. Teleskopický sloup umožňuje výškové nastavení a sklápění ovládacího panelu do požadované pozice. Plně elektricky ovládaná ložná plocha umožňuje polohování do pozic Trendelenburg a Antitrendelenburg (stanoveno normou). Boční posun ložné plochy o 16 cm významně usnadňuje přesun pacienta. Další předností je vysoká nosnost. Na Robostretcher lze připevnit celou řadu nosítek a multifunkčních nástaveb, mimo jiné také speciální kontejner pro kontaminované pacienty, kteří jsou závislí na autonomním systému vzduchové filtrace. Prototyp Robostretcheru byl testován na oddělení Fakultní nemocnice Ostrava, kde byly prověřeny všechny požadované funkce.

Technické parametry ROBOSTRETCHERu Univerzální robotický stretcher se všesměrovými koly Technické parametry ROBOSTRETCHERu Parametr Hodnota Délka 2300 mm (v přepravní poloze), 2460 mm Šířka 990 mm Hmotnost bez nástavby a příslušenství 392 kg Nosnost (bezpečné pracovní zatížení) 360 kg Výška ložné plochy 660 – 1060 mm Rozměry ložné plochy 1920 x 680 mm Doporučený rozměr matrace Výška postranic nad ložnou plochou 320 mm Bezpečné pracovní zatížení ložné plochy 285 kg Boční posun ložné plochy ± 160 mm Polohování části zad (délka 70 cm) 90° Polohování části nohou (délka 180 cm) 0° Trendelenburg / Antitrendelenburg 16° Interface ROLFIX F102 Ostatní Všesměrová kola Pohon kol Možnost připojení izolačního boxu pro transport kontaminovaných pacientů Tab. 3: Tabulka základních technických parametrů univerzálního robotického stretcheru

Koncepce podvozku se všesměrovými koly Univerzální robotický stretcher se všesměrovými koly Designová studie Koncepce podvozku se všesměrovými koly

Ověření správné ergonomie ovládání a finální model Robostretcheru Univerzální robotický stretcher se všesměrovými koly Ověření správné ergonomie ovládání a finální model Robostretcheru

Využití skeletonů při vývoji všesměrového kola Univerzální robotický stretcher se všesměrovými koly Využití skeletonů při vývoji všesměrového kola

Proces návrhu komplexních technických systémů Obecně lze říci, že u všech realizovaných projektů byl použit standardní postup návrhu (vývoje), který vychází ze segmentů teorie TRIZ a algoritmu řešení ARIZ tak jak jsou v současné době součástí Goldfire Innovator, tj. zejména: tvorbu koncepčního zadání, analýzy současného stavu, návrh koncepcí ve variantách, návrh kinematických struktur mechanizmů, výběr vhodné varianty řešení, postupné detailní rozpracování vybrané varianty do finální podoby. Podle typu projektu a konkrétního zařízení jsou v průběhu vývoje konstrukčního řešení využívány pevnostní analýzy a optimalizace a metoda TOP-DOWN designu (skeletony). V prvních fázích vývoje jsou velmi důležitým prvkem analýzy současného stavu a dle potřeby využití dalších nástrojů a postupů metodiky konstruování. V průběhu vývoje všech dosud realizovaných projektů jsme se potýkali s problematikou dostupnosti vhodných pohonů, jejich velikosti, hmotnosti, výkonem, hmotností a velikostí dostupných akumulátorů a s efektivním využitím moderních technologií obecně (hlavně z ekonomického hlediska). Výzvou do budoucna je právě zvyšování využití moderních technologií výroby a materiálů při výrobě prototypu a jeho následné optimalizaci pro kusovou a malosériovou výrobu.

Doporučení pro využití systému Creo při vývoji komplexních technických systémů Vytvořit kvalitní startovací soubory a šablony pro tvorbu výkresové dokumentace tak, aby se maximálním možným způsobem využívaly parametry případně relace a tvorba výkresové dokumentace pak mohla proběhnout v co nejkratším čase. Pracovat tak, aby 3D model byl nositelem všech informací (využití parametrů, 3D poznámek, uvádět tolerance ke kótám vzájemného uložení prvků apod. – při předávání dat mezi členy týmu pak nedochází k opomenutí těchto důležitých faktů). Maximálně využívat metodu Top-Down modelování a další pokročilé funkce nástavbových modulů (např. konfigurace sestav). Při tvorbě výkresové dokumentace ctít zásadu, že pokud je to možné, bude pro tvorbu všech pohledů výkresu využita pouze jedna sestava (díl) modelu – nutno maximálně využívat zjednodušených reprezentací, funkce snap shots pro polohy mechanizmů apod. Vyladit výrobek co nejvíce ve stádiu virtuálního modelu (snažit se o využití všech dostupných analýz a optimalizačních nástrojů). Striktně dodržovat dohodnutá pravidla tvorby a správy dat. Nepoužívat jednoslovné názvy modelů ani neidentifikovatelné zkratky. V ideálním případě implementovat PDM Windchill.

Děkuji za pozornost