PAR 2/2013

2/2013

P O M I A RY • A U T O M AT Y K A • R O B O T Y K A

PAR miesięcznik naukowo-techniczny

ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

Temat Numeru

Aplikacje

ROZMOWA PAR

Chwytaki do robotów przemysłowych

System RFID w sterowaniu pracą przesiewaczy

Prof. Jacek Żurada – wiceprezes IEEE

22

36

44

XVII Konferencja Naukowo – Techniczna Automatyzacja – Nowości i Perspektywy

20-22 marca 2013 r. Warszawa Informacje dotyczące zgłaszania referatów oraz udziału w konferencji dostępne są u organizatora: Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP www.piap.pl/automation Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa e-mail: konferencja@piap.pl tel.: (22) 874 02 05, faks: (22) 874 02 20 Konferencja realizowana jest w ramach projektu „Naukowcy bliżej przemysłu”.

Więcej informacji o projekcie:

naukowcyblizejprzemyslu.piap.pl

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

3

Spis treści

Nowości

nowości

DANFOSS VLT OneGearDrive Moc, sprawność i higiena – wszystko w obudowie jednej wielkości

50

Nowe dyrektywy unijne nakładają na producentów rygorystyczne wymogi utrzymania czystości w różnych sektorach przemysłu. Danfoss wychodzi naprzeciw tym oczekiwaniom, proponując napęd VLT OneGearDrive

11

Nowe produkty

47

Czujniki koloru firmy MICRO-EPSILON

48

Inteligentne połączenie uniwersalnego kontrolera RFID i technologii IO-Link

52

Inteligentne systemy wizyjne 3D

53

Czujniki bagnetowe made in Poland

54

CZAH-POMIAR stawia na jakość

55

Bezprzewodowe moduły ZigBee o niskim zużyciu energii

57

SKAMER-ACM – doświadczenie, które procentuje

Temat numeru Chwytaki do robotów przemysłowych 22

Chwytaki z napędem pneumatycznym

35

Precyzja nade wszystko

zgodny z wymogami EHEDG.

Wydarzenia 14

Aktualności

16

Startuje szósta edycja konkursu „manus”

18

HANNOVER MESSE 2013 barometrem koniunktury

21

EuroLab 2013

58

Kalendarium PAR

95

Turniej Robotów Mobilnych ROBOMATICON 2013

TEMAT NUMERU

Szybka adaptacja robota dzięki modułowej konstrukcji akcesoriów Systemy wymiany narzędzi, rozdzielacze obrotowe, a także układy wyrównywania osi i zabezpieczenia antykolizyjne to, oprócz właściwych chwytaków, ważne części składowe robota, które można stosować w zależności od potrzeb.

4

32

71

Analiza doświadczalna odkształcenia elementów klejonych w próbie statycznego oddzierania

dr hab. inż. Władysław Zielecki, mgr inż. Andrzej Kubit, mgr inż. Łukasz Święch – Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Politechnika Rzeszowska

79

Wielorobotowa rekonfigurowalna forma mocująca obrabiane detale – układ sterowania

prof. dr hab. inż. Cezary Zieliński*, mgr inż. Piotr Trojanek*, mgr inż. Tomasz Kornuta*, dr inż. Tomasz Winiarski*, mgr inż. Michał Walęcki*, prof. nzw. dr hab. inż. Włodzimierz Kasprzak*, dr inż. Wojciech Szymkiewicz*, prof. dr hab. inż. Teresa Zielińska** *Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska, **Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, Politechnika Warszawska

44 ROZMOWA PAR

W zglobalizowanym świecie nauki i techniki

Rozmowa z profesorem Jackiem Żuradą z University of Louisville, pierwszym Polakiem na stanowisku wiceprezesa IEEE.

aplikacje 36 38

System RFID w sterowaniu pracą przesiewaczy Prosta diagnostyka z użyciem licznika impulsów w układach sterowania z PLC

Nauka 62

xEmotion – obliczeniowy model emocji dedykowany dla inteligentnych systemów decyzyjnych

prof. dr hab. inz. Zdzisław Kowalczuk, mgr inż. Michał Czubenko Katedra Systemów Decyzyjnych, Wydział Elektroniki Telekomunikacji i Informatyki, Politechnika Gdańska

66

Niestandardowy sposób wymiany danych w hierarchicznym systemie sterowania dla orientowanych ogniw słonecznych

dr hab. inż. Krzysztof Oprzędkiewicz*, mgr inż. Kamil Szumański**, mgr inż. Marcin Szejki* *AGH Akademia Górniczo-Hutnicza **Przedsiębiorstwo Usługowo-Produkcyjne „SKAMER-ACM” Sp. z o.o., Tarnów

86

Określenie zasady pomiaru dla bezdotykowych optycznych pomiarów średnic wałków

mgr inż. Jerzy Mąkowski

96

Streszczenia artykułów naukowych zamieszczonych na płycie CD

Forum młodych 90

Robotyka podwodna

Krzysztof Giełdziński – Naukowe Koło Studentów Automatyki, Politechnika Gdańska

120

Indeks firm

122

Prenumerata

2/2013

P O M I A RY • A U T O M AT Y K A • R O B O T Y K A

Miesięcznik naukowo-techniczny Pomiary Automatyka Robotyka

PAR miesięcznik naukowo-techniczny

ISSN 1427-9126 Indeks 339512 Cena 10,00 zł w tym 8 % VAT

www.par.pl

Rok 17 (2013) nr 2 (192) ISSN 1427-9126, Indeks 339512

Na okładce systemy identyfikacji RFID firmy Turck

TEMAT NUMERU

APLIKACJE

ROZMOWA PAR

Chwytaki do robotów przemysłowych

System RFID w sterowaniu pracą przesiewaczy

Prof. Jacek Żurada – wiceprezes IEEE

22

36

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

44

5

Spis treści

Nauka

(artykuły zamieszczone na płycie CD) 123

Implementation of a decision support model of the supply chain management in the environment of constraint logic programming

– Jarosław Wikarek, PhD Institute of Management Control Systems, Kielce University of Technology, Poland

129

Application of constraint logic programming to decision support for the supply chain management

– Paweł Sitek, PhD Institute of Management Control Systems, Kielce University of Technology, Poland

135

Indexes driven mechanism for grouped SQL queries

– Radosław Boroński, MSc Eng; Grzegorz Bocewicz, PhD Department of Electronics and Computer Science, Koszalin University of Technology, Poland

143

Model evaluation of the effectiveness of business processes in terms of managing knowledge workers

– Justyna Patalas-Maliszewska, PhD; Assoc. Prof.; Sławomir Kłos, PhD, DSc University of Zielona Góra, Poland

176

Monitoring of raw materials resources from end-of life vehicles

– prof. Jerzy Osiński, PhD Eng, DSc; Przemysław Rumianek, MSc Eng; Piotr Żach, PhD Eng Institute of Machine Design Fundamentals, Warsaw University of Technology, Poland

180

Analysis of fuzzy cognitive maps in prediction of individual household electric power consumption

– prof. Aleksander Jastriebow, DSc*,**; Katarzyna Piotrowska, MSc* *Kielce University of Technology, Poland **Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Poland

186

Model i projekt instalacji dla procesu wydobycia i wstępnego przygotowania gazu ziemnego

– dr inż. Robert Bączyk, mgr inż. Maciej Jóźwiak Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej, Wydział Elektryczny, Politechnika Poznańska

195

Automatyzacja procesów produkcyjnych w zakresie wytwarzania paliw alternatywnych

– prof. dr hab. inż. Jerzy Osiński, mgr inż. Przemysław Rumianek, dr inż. Piotr Żach Instytut Podstaw Budowy Maszyn, Politechnika Warszawska

147

The analyse of automation level of logistic process in small and medium enterprises

– Assoc. Prof. Sławomir Kłos, PhD, DSc; Justyna Patalas-Maliszewska, PhD Institute of Computer Science and Production Management, Faculty of Mechanical Engineering, University of Zielona Góra, Poland

200

Algorytm sprawdzania kompletności danych w procesie ich wymiany między systemami informatycznymi przedsiębiorstw produkcyjnych z uwzględnieniem analizy składniowej

Analiza możliwości zastosowania technologii przyrostowych do wytwarzania elementów konstrukcji robotów mobilnych

– mgr inż. Maciej Cader, dr inż. Maciej Trojnacki Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

153

– mgr inż. Jacek Pękala Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, Politechnika Krakowska

159

Czego nas uczą wypadki i katastrofy

– prof. dr inż. Tadeusz Missala Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

166

IDS/IPS: Systemy wykrywania i zapobiegania włamaniom do sieci komputerowych

– dr inż. Marian Wrzesień; mgr inż. Łukasz Olejnik; inż. Piotr Ryszawa Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

171

Anti-collision system with radar obstacle detector

– Jerzy Graffstein, PhD Institute of Aviation, New Technology Centre Department, Warsaw, Poland

6

208

Automation of the process of microwave hydrothermal synthesis of nanopowders

– Andrzej Majcher, PhD Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, Radom, Poland

213

Production management with the use of digital factory tools

– Dariusz Plinta, PhD Eng, DSc Production Engineering Department, University of Bielsko-Biała, Poland

218

Wireless control and directional navigation of a road header in drilling process

– Andrzej Halama, Eng; Piotr Loska, MSc Eng; Piotr Szymała, MSc Eng Institute of Innovative Technologies EMAG, Katowice, Poland

224

Concept of tool condition diagnostic system for micromachining

272

Measurement fusion method for indoor localization of a walking robot

– Bogdan Broel-Plater, PhD Eng; Krzysztof Jaroszewski, PhD Eng Faculty of Electrical Engineering, West Pomeranian University of Technology, Szczecin

– Benedykt Jaworski, Dominik Bilicki, Dominik Belter, PhD Institute of Control and Information Engineering, Poznań University of Technology, Poland

230

An application supporting the educational process of the respiratory system obstructive diseases detection

– Grzegorz Redlarski, DSc, PhD Eng; Jacek Jaworski, MSc Eng; Piotr Mateusz Tojza, MSc Eng Electrical and Control Engineering Faculty, Gdańsk University of Technology, Poland

234

A novel approach for automation of stereo camera calibration process

– Piotr Garbacz, MSc; Wojciech Mizak, MSc Institute for Sustainable Technologies National Research Institute, Radom, Poland

239

Control system of a multifunctional tester for electronically protected documents

– Mirosław Neska, MSc; Andrzej Majcher, PhD; Jan Przybylski, PhD Institute for Sustainable Technologies National Research Institute, Radom, Poland

278

Projekt autonomicznego robota inspekcyjnego

– Karol Majek*, Michał Pełka*, dr inż. Janusz Będkowski*, mgr inż. Maciej Cader**, prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski* *Instytut Automatyki i Robotyki, Politechnika Warszawska **Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

283

Foot design for a hexapod walking robot

– Krzysztof Walas, PhD Institute of Control and Information Engineering, Poznań University of Technology, Poland

288

A modular mobile robot for multi-robot applications – Marta Rostkowska, BEng; Michał Topolski, BEng; Piotr Skrzypczyński, DSc, PhD Institute of Control and Information Engineering, Poznań University of Technology, Poland

245

Pracownia Zawieszeń Magnetycznych Laboratorium Badań Napędów Lotniczych WAT

– prof. dr hab. inż. Aleksander Olejnik, dr inż. Krzysztof Falkowski, dr inż. Maciej Henzel Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

294

250

Water management at CCGT unit

Design and applications of a miniature anthropomorphic robot

– Józef Szaban, PhD Eng; Ireneusz Wawrzyński, MSc Eng Emerson Process Management Power and Water Solution, Warsaw, Poland

– Mikołaj Wasielica, MSc; Marek Wąsik, MSc; Piotr Skrzypczyński, DSc, PhD Institute of Control and Information Engineering, Poznań University of Technology, Poland

254

The population modeling of neuronal cell fractions for the use of controlling a mobile robot

– Szczepan Paszkiel, PhD Eng Opole University of Technology, Poland

260

Modelling of data flow in component-based robot perception systems

– Piotr Trojanek, MSc Eng; Maciej Stefańczyk, MSc Eng; Tomasz Kornuta, MSc Eng Institute of Control and Computation Engineering, Warsaw University of Technology, Poland

266

Optical glyphs based localization and identification system

– Grzegorz Redlarski, DSc Eng; Aleksander Pałkowski, MSc Eng; Dominik Ambroziak, MSc Eng Faculty of Electrical and Control Engineering, Gdansk University of Technology, Poland

300

Qualitative Spatio-Temporal Representation and Reasoning for robotic applications

– Janusz Będkowski, PhD Eng Institute of Automatic Control and Robotics, Warsaw University of Technology, Poland

304

Initial tests of a trinocular vision system for the underwater exploration

– Wojciech Biegański, MSc Eng; prof. Andrzej Kasiński, DSc, PhD Eng Institute of Control and Information Engineering, Poznań University of Technology, Poland

309

Project of a miniature 3D LIDAR for VTOL UAVs

– Bartosz Brzozowski, MSc; Przemysław Kordowski, Eng; Zdzisław Rochala, PhD; Konrad Wojtowicz, Lt MSc Faculty of Mechatronics and Aerospace, Military University of Technology, Warsaw, Poland Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

7

Spis treści

313

MP2128g autopilot integration and verification for stabilization and control of mini-UAV aircraft in autonomous flight

– prof. Aleksander Olejnik, PhD, DSc*; Robert Rogólski, PhD*; Tomasz Mosiej, Eng*; Grzegorz Chmaj, PhD** *Department of Mechatronics and Aeronautics, Institute of Aviation Technology, WAT Military University of Technology, Poland **AGH University of Science and Technology, Department of Robotics and Mechatronics, Poland

321

Analysis of chaotic dynamics of the Ikeda system of fractional order

– Full prof. Mikołaj Busłowicz, PhD Eng*; Adam Makarewicz, MSc Eng** *Białystok University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, Poland **Doctoral Study, Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland

327

Stability of fractional discrete-time linear scalar systems with one delay

– Full prof. Mikołaj Busłowicz, PhD Eng Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland

333

365

Reachability and controllability of positive fractional-order discrete-time systems

– Wojciech Trzasko, PhD Eng Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland

371

Observability of linear discrete-time systems with different fractional orders

– Rafał Kociszewski, PhD Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland

376

Observer synthesis for linear discrete-time systems with different fractional orders

– Rafał Kociszewski, PhD Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland

382

Predykcyjnie ukierunkowane wektory diagnostyczne

– dr inż. Mariusz Piotr Hetmańczyk Instytut Automatyzacji Procesów Technologicznych i Zintegrowanych Systemów Wytwarzania, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska

386

Positive minimal realizations of continuousdiscrete linear systems with transfer function with separable denominator or numerator

Zastosowanie metodologii FMECA do budowy struktur systemów mechatronicznych, zorientowanych na predykcję stanów

– Łukasz Sajewski, PhD Eng Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland

– dr inż. Mariusz Piotr Hetmańczyk Instytut Automatyzacji Procesów Technologicznych i Zintegrowanych Systemów Wytwarzania, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska

340

Stability conditions of fractional discrete-time scalar systems with pure delay

390

System akwizycji skorygowanej siły uogólnionej kontaktu robota manipulacyjnego z otoczeniem

– Andrzej Ruszewski, PhD Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland

345

Optymalizacja systemów elektroenergetycznych z zastosowaniem obliczeń ewolucyjnych

– dr inż. Tomasz Winiarski, Konrad Banachowicz Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska

395

– dr inż. Mirosław Gajer AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Informatyki Stosowanej

A novel type of piezoactuated micropositioning system – simulation and experimental tests

351

Sterowanie parkowaniem pojazdu z wykorzystaniem logiki rozmytej

– Tomasz Bojko, PhD Eng; Maciej Grzanka, Eng; Wojciech Rejmer, MSc Eng TB-Automation, Kraków

– mgr inż. Amadeusz Nowak, mgr inż. Roman Regulski Zakład Urządzeń Mechatronicznych, Politechnika Poznańska

401

Modelowanie sieci wydzielonych z możliwością kształtowania przebiegów napięć fazowych i stanów awaryjnych

359

Approximation of positive stable continuoustime linear systems by positive stable discrete-time systems

– dr inż. Tomasz Bakoń Zakład Gospodarki Energetycznej, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego

407

– Tadeusz Kaczorek, PhD Eng, DSc Faculty of Electrical Engineering, Bialystok University of Technology, Poland

Rekonstrukcja zaszumionego sygnału sinusoidalnego na podstawie niewielkiej liczby próbek za pomocą algorytmu ewolucyjnego

8

– mgr inż. Piotr Kardasz Wydział Elektryczny, Politechnika Białostocka

413

Mechatronic modeling of telemanipulator system for minimally invasive surgery

– Roman Trochimczuk, PhD Eng Faculty of Mechanical Engineering, Bialystok University of Technology, Poland

417

Improving the energy efficiency of pneumatic extraction systems by automating the process of air flow rate adjustment

– prof. Waldemar Uździcki, PhD*; Remigiusz Aksentowicz, MSc*; Paweł Bachman, MSc*; Marcin Chciuk, MSc*; Jan Pavlovkin, PhD Eng** *University of Zielona Góra, Poland **University of Matej Bel, Banská Bystrica, Slovakia

422

Zmniejszenie pętli histerezy w hamulcu magnetoreologicznym poprzez odpowiedni dobór materiałów konstrukcyjnych magnetowodu

– dr inż. Piotr Gawłowicz, mgr inż. Paweł Bachman, mgr Marcin Chciuk Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielonogórski

426

Configurable Operator Interface for CPDev Environment

– Marcin Jamro, MSc; Bartosz Trybus, PhD Rzeszów University of Technology, Department of Informatics and Control, Poland

432

Rozszerzony algorytm PID dla przemysłowego regulatora temperatury z samostrojeniem

– dr hab. inż. Zbigniew Świder, prof. dr hab. inż. Leszek Trybus Katedra Informatyki i Automatyki, Politechnika Rzeszowska

436

Projekt i budowa uniwersalnego sterownika programowalnego

– inż. Sebastian Wójcicki, dr inż. Tomasz Rutkowski Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

443

– Paweł Sokólski, MSc Eng*; Tomasz Rutkowski, PhD Eng** *SPZP CORRPOL, Gdańsk, Poland **Gdańsk University of Technology, Poland

456

Sterowanie admitancyjne i impedancyjne w układzie napęd elektrohydrauliczny – dżojstik haptic

– prof. dr hab. inż. Andrzej Milecki*, mgr inż. Paweł Bachman** *Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania, Politechnika Poznańska **Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielonogórski

461

Application of Hardware in the Loop technology for testing servo drives with synchronous motor

– Dominik Rybarczyk, MSc Eng*; Piotr Owczarek, MSc Eng*; Jarosław Gośliński, MSc Eng** *Faculty of Mechanical Engineering and Management, Poznań University of Technology, Poland **Faculty of Electrical Engineering, Poznań University of Technology, Poland

467

Zastosowania systemów rozpoznawania mowy do sterowania i komunikacji głosowej z urządzeniami mechatronicznymi

– mgr inż. Roman Regulski, mgr inż. Amadeusz Nowak Zakład Urządzeń Mechatronicznych, Politechnika Poznańska

475

Absolute angle estimation by means of an IMU in a manipulator with electrohydraulic servo drives

– Jarosław Gośliński, MSc Eng*; Piotr Owczarek, MSc Eng**; Dominik Rybarczyk, MSc Eng** *Faculty of Electrical Engineering, Poznań University of Technology, Poland **Faculty of Mechanical Engineering and Management, Poznań University of Technology, Poland

481

The use of Kinect sensor to control manipulator with electro-hydraulic servodrives

Idea of adaptive control implementation in anti-corrosion protection systems of underground steel structures

– Paweł Sokólski, MSc Eng SPZP CORRPOL, Gdańsk, Poland

– Jarosław Gośliński, MSc Eng*; Piotr Owczarek, MSc Eng**; Dominik Rybarczyk, MSc Eng** *Faculty of Electrical Engineering, Poznań University of Technology, Poland **Faculty of Mechanical Engineering and Management, Poznań University of Technology, Poland

449

Hybrid of neural networks and hidden Markov models as a modern approach to speech recognition systems

487

Semi-active vibration control using a rotary magnetorheological damper – experimental verification Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

9

Spis treści

– Agnieszka Pręgowska, MSc Eng; Robert Konowrocki, PhD Eng; prof. Tomasz Szolc, PhD Eng, DSc Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland

– dr inż. Waldemar Uździcki, prof. UZ, mgr inż. Marcin Chciuk, mgr inż. Paweł Bachman, mgr inż. Remigiusz Aksentowicz Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielonogórski

492

Loops with molecular current as a magnet model

530

– Krzysztof Falkowski, PhD Military University of Technology, Warsaw

Measuring stand for research circular saws natural frequencies and vibration modes

497

Nacelle actuation system with linear electric motor

– Krzysztof Falkowski, PhD Eng; Maciej Henzel, PhD Eng Military University of Technology, Warsaw, Poland

– prof. Bolesław Porankiewicz, PhD Eng, DSc*; Paweł Bachman, MSc Eng**; Marcin Chciuk, MSc Eng** *retired professor **Faculty of Mechanical Engineering, University of Zielona Góra, Poland

503

Determination of inductance matrixes of bearingless electric motor for magnetic levitation – Krzysztof Falkowski, PhD Eng; Maciej Henzel, PhD Eng Department of Mechatronics and Aerospace, Military University of Technology, Poland

534

Measurement and analysis of pressure forces on pedals at driver’s workplace

– Paweł Bachman, MSc Eng*; Marcin Chciuk, MSc Eng*; Ján Pavlovkin, PhD Eng** *University of Zielona Góra, Poland **University of Matej Bel, Banská Bystrica, Slovakia

508

Mathematical analysis of tubular linear motor

538

Krzysztof Falkowski, PhD Eng; Maciej Henzel, PhD Eng; Paulina Mazurek, MSc Eng Department of Mechatronics and Aerospace, Military University of Technology, Poland

Stand for research of wood swelling pressure in two axies simultaneous

– Paweł Bachman, MSc Eng; Marcin Chciuk, MSc Eng Faculty of Mechanical Engineering, University of Zielona Góra, Poland

513

Thermal annealing of soft magnetic materials and measurements of its magnetoelastic properties

519

– prof. Roman Szewczyk, DSc, PhD Eng*; prof. Adam Bieńkowski, DSc, PhD Eng*; Jacek Salach, PhD Eng*; Dorota Jackiewicz, MSc Eng*; Dipl. Eng Peter Švec Sr, DSc**; Jozef Hasko, Eng**; Dipl. Eng. Peter Švec, PhD**; Marcin Kamiński, MSc Eng***; Wojciech Winiarski, MSc Eng*** *Institute of Metrology and Biomedical Engineering, Warsaw University of Technology **Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences ***Industrial Research Institute for Automation and Measurements PIAP

Prototyp bezpiecznego mikroserwera przemysłowego dla rozproszonego systemu kontrolno-pomiarowego

– dr inż. Dariusz Rzońca, dr inż. Andrzej Stec – Katedra Informatyki i Automatyki, Politechnika Rzeszowska

525

Budowa i przykładowe zastosowanie stanowiska pomiaru i rejestracji prądów i napięć w instalacjach trójfazowych

10

540

Zdolność pomiarowa przyrządu

– dr inż. Paweł Fotowicz Główny Urząd Miar

542

Software solution used in industrial measurement devices to facilitate meeting the requirements of the EMC directive

– Marek Kryca, PhD Eng; Artur Kozłowski, PhD Eng Institute of Innovative Technologies EMAG, Katowice, Poland

548

A real time system for measuring wind turbine power

– Hubert Wiśniewski, MSc Eng; prof. Leszek Płonecki, PhD Eng, DSc Kielce University of Technology, Poland

552

Estimation of wind parameters on flying objects

– Witold Dąbrowski, PhD Eng; Stanisław Popowski, Msc Eng Institute of Aviation, Warsaw, Poland

558

Application of resistive ladder sensor for detection and quantification of fatigue cracks in aircraft structure

– Artur Kurnyta, MSc Eng Air Force Institute of Technology, Warsaw, Poland

nowe produkty Nowości

WDR-240: zasilacz z rozszerzonym zakresem napięcia wejściowego Nowa seria zasilaczy na szynę DIN z rozszerzonym zakresem napięcia wejściowego firmy Mean Well (WDR-120 i WDR-480), wzbogaciła się o model WDR-240 (240 W). Występuje on w wersjach z napięciami wyjściowymi 24 V i 48 V. Zakres napięcia wejściowego wynosi od 180 V AC do 550 V AC, dzięki czemu model ten może być zasilany napięciem 230 V AC, lub międzyfazowo, z sieci trójfazowej.

WDR-240 cechuje się wysoką sprawnością dochodzącą do 91 % i może dostarczyć moc 240 W w zakresie temperatury –30…+70 °C przy swobodnej konwekcji

powietrza (nie wymaga dodatkowych źródeł chłodzenia). Urządzenie spełnia wymagania normy EN 61000-3-2 dotyczącej emisji harmonicznych prądu. Wąska konstrukcja o szerokości zaledwie 63 mm pozwala zaoszczędzić cenne miejsce na szynie DIN. WDR-240 jest o 43,2 % mniejszy oraz ma o 2 % większą sprawność w porównaniu do swojego poprzednika, modelu DRT-240. Produkt wyposażony jest w przekaźnikowe złącze sygnalizujące DC OK, sygnalizację pracy diodą LED, możliwość regulacji napięcia wyjściowego w niewielkim zakresie. Zasilacz

odpowiedni jest do aplikacji automatyki przemysłowej, urządzeń produkcji, elektromechaniki, elektroniki, telekomunikacji i wszędzie tam, gdzie najważniejsza jest niezawodność i stabilność zasilania.

Właściwości: • wysoka sprawność do 91 %, • rozszerzony zakres napięcia wejściowego 180…550 V AC (jednolub dwufazowo),

• zabezpieczenia: przeciwzwarciowe, przepięciowe, przeciążeniowe, termiczne, • chłodzenie przy otwartym obiegu powietrza, • regulacja napięcia wyjściowego, • wyjście przekaźnikowe DC OK, • temperatura pracy –30…+70 °C, • sygnalizacja pracy diodą LED, • montaż na szynie DIN TS-35/7,5 lub 15, • Certyfikaty UL 508/CE/CB, • 3 lata gwarancji, • wymiary 63 ´ 125,2 ´ 123,5 mm.

www.elmark.com.pl

Fot. Elmark Automatyka, Harting, Eldar

Nowe rozwiązania RFID HARTING

Technologia RFID umożliwia identyfikację przedmiotów, towarów lub substancji za pomocą fal elektromagnetycznych propagowanych w określonym zakresie częstotliwości. Firma HARTING dostarcza rozwiązania UHF RFID, które są idealne do aplikacji transportowych, maszynowych, automatyki oraz w energetyce. Stosowana przez HARTING technologia pozwala na używanie rozwiązań RFID w ciężkich warunkach środowiskowych oraz niezawodną identyfikację szybko poruszających się, metalowych obiektów, Promocja

takich jak np. wagony kolejowe. Odczyt w zakresie 5 cm – 12 m zapewnia elastyczność aplikacyjną.

Czytniki RFID HARTING to urządzenia najwyższej klasy realizujące odczyt ponad 300 transponderów na sekundę dzięki selektywnemu użyciu anten.

Aktualny rozwój technologiczny umożliwia identyfikację przedmiotów i dalszą, wirtualną prezentację zebranych danych, np. przez Internet. Dla tego typu rozwiązań UHF RFID jest jednym z najbardziej interesujących interfejsów. Następnym krokiem w rozwoju technologii będzie integracja czujników z pasywnymi transponderami, która umożliwi rejestrowanie dodatkowych, istotnych informacji, np. o warunkach środowiska pracy (w tym temperatury).

Oznacza to, że kolejny etap rozwoju architektury oprogramowania pozwoli na jeszcze większy poziom automatyzacji procesów

przemysłowych, przez co poszerzy możliwość kontroli i transparentność.

HARTING aktualnie wprowadza do swojego portfolio pasywne transpondery UHF z wbudowaną funkcją automatycznego rejestrowania rzeczywistej temperatury aplikacji i prezentowania

tych danych w dogodny sposób, np. za pomocą interfejsu webowego.

HARTING Polska Sp. z o.o. ul. Duńska 9, 54-427 Wrocław tel. 71 352 81 71 fax: 71 350 42 13 pl@HARTING.com www.HARTING.pl

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

11

Nowości Nowe produkty

Falowniki oraz soft starty firmy SANYU Electronics Mamy przyjemność poinformować o wprowadzeniu na rynek polski nowoczesnych falowników oraz sof startów firmy SANYU Electronics Equipment Co. Ltd, lidera na rynku amerykańskim i azjatyckim. Firma Sanyu Sp.j. jest wyłącznym przedstawicielem firmy SANYU w Polsce. Firma SANYU produkuje, jednofazowe falowniki skalarne serii SY6000 o mocach od 0,4 kW do 2,2 kW oraz falowniki wektorowe serii SY8000 dostępne od 0,75 kW do

400 kW. Wszystkie falowniki mają standardowo wbudowane interfejsy RS-485, regulator PID, chopper hamujący i prosty sterownik PLC. Softstarty serii SJR2-5000 i SJR2000 mogą pracować z napędami o mocy od 3 kW do 630 kW. Szczegóły na stronie www.sanyuacdrive.pl.

Zapraszamy do sklepu internetowego www.e-falowniki.eu. www.e-falowniki.eu

Kolumny świetlne EZ-LIGHT TL50 230 V AC Popularna seria wskaźników świetlnych EZ-LIGHT wzbogaciła się o nowe kolumny TL50 zasilane napięciem 230 V AC. Urządzania mają wszystkie zalety rodziny EZ-LIGHT: kompaktową obudowę o wysokim stopniu ochrony IP67, standardowe przemysłowe podłączenie, np. za pomocą złącza M12, matową osłonę LED pomagająca w identyfikacji świecącego koloru (szczególnie pomocne w słoneczne dni lub w aplikacjach

zewnętrznych), bardzo długą żywotność oświetlenia LED sięgającą 100 000 h pracy ciągłej oraz szybki montaż za pomocą gwintowanej podstawy M30. W nowej serii zasilanej napięciem z zakresu 85–264 V AC znajdują się trzy typy wykonań o różnym stopniu jasności. Same kolumny mogą być w pięciu różnych kolorach – świecących w sposób stały, migający lub rotacyjny – lub w czterech kolorach z sygnalizacją dźwiękową

(trzy różne tony; 93 dB na 1 m).

Wskaźniki świetlne EZ-LIGHT przeznaczone są do bardzo różnych zastosowań. Doskonale nadają się do aplikacji w różnych gałęziach przemysłu, jak również rozwiązań indywidualnych. Dzięki swojej wyjątkowej konstrukcji gwarantują istotną oszczędność czasu i pieniędzy. www.turck.pl

Dzięki platformie EasyHandling firma Bosch Rexroth dokonuje kolejnego kroku w ewolucji na drodze ku ekonomicznej automatyzacji zadań z zakresu manipulacji. EasyHandling jest czymś więcej niż tylko systemem modułowym. Platforma ta redukuje całkowity czas potrzebny na konfigurację, montaż oraz parametryzację systemu nawet o 80 % w zależności od rodzaju aplikacji. EasyHandling zawiera trzypoziomową strukturę, która

12

Promocja

umożliwia pracę na poziomie podstawowym, komfortowym i zaawansowanym.

Firma Bosch Rexroth jako jedyny producent udostępnia użytkownikowi narzędzie inżynierskie, w którym mechaniczne i elektryczne parametry są już zdefiniowane dla każdej osi napędowej. Asystent uruchomienia EasyHandling rozpoznaje elektroniczną tabliczkę znamionową silnika IndraDyn i po wprowadzeniu numeru materiałowego modułu liniowego łączy

dane z parametrami mechanicznymi. Dzięki temu uruchomienie systemu ograniczone jest tylko do wprowadzenia kilku danych indywidualnych dla danej aplikacji i pozwala na oszczędność

czasu nawet do 90 %.

Ponadto platforma EasyHandling wyraźnie upraszcza projektowanie i montaż, ponieważ zastosowana technika połączeń zmniejsza konieczność projektowania specjalnych łączników adaptacyjnych nawet o 75 %. www.boschrexroth.pl

Fot. Sanyu Electronics, Turck, Bosch Rexroth, Elmark Automatyks, Rowa

Zmniejszenie nakładów czasu na prace projektowe nawet do 80 %

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

Advantech PPC-3100 – energooszczędny komputer panelowy 10,4" Komputer PPC-3100 wyposażony został w rezystancyjny ekran dotykowy o przekątnej 10,4". Natywna rozdzielczość wbudowanego wyświetlacza to SVGA (800 ´ 600 pikseli).

PPC-3100 dedykowany jest do montażu panelowego (w zestawie z komputerem znajdują się wszystkie niezbędne akcesoria montażowe). Poprawny montaż komputera jest równorzędny z uzyskaniem odporności na działanie wody

i kurzu o stopniu ochrony IP65. Dzięki wyposażeniu komputera w wyjście VGA (D-Sub) użytkownik ma możliwość podpięcia dowolnego zewnętrznego monitora wyposażonego w analogowe wejście sygnałowe VGA. Sercem komputera jest dwurdzeniowy procesor Intel Atom D2550 1,86 GHz. Zastosowanie energooszczędnego procesora (TDP tylko 10 W) z rodziny Intel Atom pozwala na bezwentylatorową pracę komputera

w temperaturze od 0 °C do 50 °C. Oczywiście producent, firma Advantech, nie zapomniał o wyposażeniu komputera w peryferia, jak np.:

zamówienia na leki. Robot Rowa Vmax wydaje lek w kilka sekund. Ostatnio robot-aptekarz pojawił się w rzeszowskiej aptece w Centrum Medycznym Medicor. To jedna z pięciu tego typu maszyn w Polsce.

Robot wydaje lek w zaledwie 8 sekund od złożenia zamówienia. Maszyny mają za zadanie usprawnić i przyspieszyć proces sprzedaży w aptece. Robotowi

wyszukanie i podanie do okienka leku zajmuje kilka sekund. Dzięki temu aptekarze, zamiast krzątać się pomiędzy regałami, będą mieli więcej czasu na kontakt z pacjentami, poznanie ich potrzeb i doradzenie najwłaściwszego preparatu.

Jak to działa? Pacjent skanuje receptę, a robot odnajduje lek i dostarcza wprost do rąk farmaceuty, a ten decyduje o dalszej

• 4 ´ COM, w tym 3 ´ RS-232, 1 ´ RS-232/ 422/485 (konfiguracja przez BIOS), • 4 ´ USB 2.0, 2 ´ GbLAN • osiem programowalnych We/Wy cyfrowych (złącze DB9), • audio, wbudowane głośniki 2 ´ 1 W • programowalny Watchdog Timer.

www.elmark.com.pl

Robot z etatem w aptece

Aptekarze mogą zacząć martwić się o pracę? W pięciu polskich aptekach działają roboty realizujące

sprzedaży preparatu pacjentowi. Ponadto, robot może transportować kilka leków jednocześnie. Rowa Vmax sam obsługuje też zaopatrzenie aptecznego magazynu. Dba o stałe uzupełnianie zapasów, grupuje produkty wg popularności sprzedażowej i zapewnia przechowywanie preparatów w odpowiedniej temperaturze. www.rowa.de.

Fot. Sanyu Electronics, Turck, Bosch Rexroth, Elmark Automatyks, Rowa

REKLAMA

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

Pomiary Automatyka Robotyka nr 6/2012

13

Wydarzenia aktualności

APS zautomatyzuje zakład wytwarzania kruszywa Pomiędzy firmami Automatyka Pomiary Sterowanie a LSA został zawarty milionowy kontrakt na wykonanie automatyki do ekologicznego zakładu wytwarzania kruszywa z Białegostoku.

Podpisana umowa obejmuje realizację budowy zakładu wytwarzającego kruszywa budowlane

z wykorzystaniem popiołów elektrownianych we wsi Sowlany koło Supraśla.

Zadaniem firmy APS jest wykonanie aparatury kontrolno-pomiarowej. Pełna suma kontraktu nie została

ujawniona. W oficjalnym komunikacie napisano jedynie o „niskiej liczbie 7-cyfrowej”. System automatyki przygotowywany przez APS posłuży do wdrożenia technologii LSA, czyli wytwarzania lekkiego kruszywa budowlanego z pyłów i popiołów pozostających po spaleniu węgla metodą

spiekania w wysokiej temperaturze. Technologia jest pionierska w skali świata. System automatycznopomiarowy APS ma wykonać jeszcze w tym roku. Dla tej notowanej na warszawskim parkiecie NewConnect spółki jest to kolejna ważna inwestycja z zakresu nowoczesnych technologii.

scenariusze i warunkujące je czynniki wzrostu sprzedaży urządzeń i systemów automatyki. Oprócz rosną-

cych płac i spowolnienia gospodarczego powołują się oni na liczby, które pokazują, że w niektórych obszarach chińskiego przemysłu poziom robotyzacji

jest nawet poniżej 60 % średniej światowej. Stopień robotyzacji gospodarki chińskiej mierzony liczbą robotów na 10 tys. pracowników wynosi 27 %.

W liczbach bezwzględnych daje to 55 robotów na 10 tys. pracowników. Tymczasem w Japonii, Korei Południowej czy w Niemczech te liczby przekraczają 300 sztuk. Analitycy patrzą jednak przyszłościowo. Wartość rynku automatyki i robotyki w 2012 r. szacowali na 1,2 mld dolarów, ale w 2020 r. ten sam rynek może być już wart ponad 6 mld dolarów.

Nie należy zapominać, że popyt choćby na serwonapędy jest napędzany rozwojem tamtejszej automatyki, a zalety napędów elektrycznych coraz częściej są dostrzegane przez przemysłowców. Osipova przypomina, że w Europie Wschodniej używanie nowoczesnych napędów elektrycznych jest postrzegane jako jeden z najlepszych sposobów zaoszczędzenia energii elektrycznej. Zwłaszcza że ich zastosowanie zmniejsza zużycie energii o 25–50 %, co

w kontekście rosnących cen prądu ma bardzo duże znaczenie przy redukcji kosztów produkcji.

Chiny zwiększą inwestycje w automatykę przemysłową i robotykę

Czy Chiny zaczną intensywnie inwestować w rozwój automatyki przemysłowej i robotyzację swoich fabryk? Na nieuchronność tego trendu wskazują analitycy i specjaliści

z zakresu automatyki i robotyki. Jak stwierdza portal automationworld.com, problem robotyzacji i automatyzacji był do niedawna pomijany, a braki w tej dziedzinie kompensowała tania siła robocza. Stąd niezbyt rozbudowany rynek robotów w państwie Środka. Analitycy przewidują, że rosnąca presja płacowa chińskich pracowników wymusi automatyzację sektora przemysłowego. „Błękitna księga. Chiny – Robotyzacja. Napędy dla Ludu” to opracowanie firmy Morgan Stanley, w którym analitycy zawarli możliwe

Rośnie sprzedaż automatyki i napędów na Wschodzie Brytyjski serwis drives. co.uk donosi, że w Rosji i na terenach byłych republik radzieckich systematycznie wzrasta sprzedaż napędów silnikowych i automatyki przemysłowej.

Wg raportu Frost & Sullivan wartość przychodów z tytułu sprzedaży napędów na rynkach wschodnich wzrośnie z 472 mln dolarów do 650 mln dolarów w 2016 r.

Rozwój mógłby przebiegać dynamiczniej, ale jest hamowany m.in. z powodu ekonomicznej i politycznej niestabilności w regionie,

14

co zniechęca wielu inwestorów. Portal cytuje Marynę Osipovą, eksperta ds. automatyki przemysłowej i sterowania analityka Frost & Sullivan, która uważa, że producenci napędów i sterowników decydujący się na działalność gospodarczą w Rosji muszą pamiętać o „specyficznych” lokalnych uwarunkowaniach.

Ale podkreśla, że nadzieję dają przygotowywane przepisy antykorupcyjne, które mają stworzyć przyjaźniejsze warunki dla sektora prywatnego.

RS Components świętuje dwa lata obecności na polskim rynku Dwa lata temu firma RS Components rozpoczęła działalność w Europie Wschodniej. Błyskawiczny wzrost liczby zadowolonych klientów przyczynił się do bardzo dobrych wyników sprzedaży. Podobnie jak pierwszy rok działalności, również kolejny okazał się sukcesem dla RS Components. Ponad 11 000 aktywnych klientów ma dostęp do gamy 550 000 najnowocześniejszych

produktów wiodących producentów – z opcją dostawy już następnego dnia. Średnia wartość zamówienia (AOV) wynosi około 200 EUR. Jest to bardzo dobry wynik dla rynku, na którym RS działalność rozpoczęła niedawno i stanowi dowód na to, że RS zaspokaja potrzeby klientów.

– Bardzo cieszę się z postępu naszej pracy w ostatnich dwóch latach.

Ten debiut na nowym rynku pozostaje nadal najbardziej skutecznym w historii RS i pokazuje, że spełniamy potrzeby naszych klientów – powiedział Zeb Shahin, szef sprzedaży RS na Europę Wschodnią.

Oferta firmy wyróżnia się poziomem usług oraz dostępem do najszerszej gamy produktów. Dodatkowo RS udostępnia zasoby

internetowe jak narzędzie Designspark PCB, które umożliwia inżynierom uproszczenie i przyspieszenie procesu projektowania.

Od stycznia 2011 r. strona internetowa RS www.rspoland.com zawierająca pełną gamę produktów funkcjonuje w Polsce, w Czechach i na Węgrzech w lokalnej walucie i lokalnym języku.

Łączna powierzchnia biur wynosi około 1100 m2.

Wysoko wykwalifikowany personel liczy 40 osób. W 2012 r. firma

zrealizowała ponad 10 000 zamówień, a wartość sprzedaży produktów i usług w tym okresie przekroczyła kwotę 35 mln zł.

ELMARK: to już trzydzieści lat!

Rockwell-Automation/ Allen-Bradley, Unitronics.

Od kilkunastu lat Elmark prowadzi szkolenia w zakresie sprzętu i oprogramowania Rockwell Automation, a od kilku lat Centrum Szkoleniowe firmy jest autoryzowane przez Rockwell Automation.

Elmark Automatyka przeprowadza również szkolenia dla Partnerów Handlowych dotyczące sprzętu firm Moxa i Unitronics.

Wszystkim klientom firma zapewnia bezpłatne doradztwo przed złożeniem zamówienia i profesjonalne wsparcie techniczne po dostarczeniu sprzętu. Elmark Automatyka posiada własny dział serwisu wyposażony w urządzenia do montażu SMD oraz BGA i dzięki zaopatrzeniu w podzespoły od swoich dostawców większość napraw gwarancyjnych i pogwarancyjnych wykonywana jest na miejscu, bez odsyłania do producenta.

Firma pracuje w dwóch lokalizacjach. W dzielnicy Wesoła, na przedmieściach Warszawy, znajduje się magazyn i centrum logistyczne, natomiast przy ul. Bukowińskiej na warszawskim Mokotowie działa Centrum Szkoleniowe.

Dział powstaje we współpracy z portalem www.automatykaonline.pl

REKLAMA

Regionalne Seminaria / Szkolenia dla Służb Utrzymania Ruchu

2013 21.02.2013 - Kraków 28.03.2013 - Stalowa Wola 18.04.2013 - Wałbrzych 23.05.2013 - Rzeszów 20.06.2013 - Trójmiasto 10.10.2013 - Bydgoszcz 04.12.2013 - Warszawa

c js ie a m zon ść nic Ilo gra o

Firma Elmark powstała w październiku 1983 r.

Od roku 1998 działa jako spółka z ograniczoną odpowiedzialnością pod nazwą Elmark Automatyka. Przez pierwsze lata firma projektowała i produkowała modułowe sterowniki mikroprocesorowe „MIKROSTER” oparte na elementach rodziny Intel-8080 i Z-80. Sterowniki te wyróżniały się jakością i niezawodnością działania. W 1989 r.

Elmark rozpoczał dystrybucję na terenie Polski sprzętu firmy Advantech, a następnie innych wiodących światowych firm dostarczających elementy systemów automatyki przemysłowej.

Aktualnie firma zajmuje się dystrybucją sprzętu i oprogramowania następujących producentów: ACA, Acme Portable Machines, Advantech, Advantech DLoG, Advantech Equipment, Clock Computer Corporation, Data Translation, Durabook, Getac, HILO Systems, HMS, Icron, Iconics, MeanWell, MeasX (DasyLab), Moxa, MSI, Panasonic Electric Works SUNX, POFC, Prosoft,

Jeżeli jesteś zainteresowany uczestnictwem w Seminarium, zaprezentowaniem produktu lub nowego rozwiązania napisz do nas: marketing@energoelektronika.pl Energoelektronika.pl tel. (+48) 22 70 35 291

Partnerzy:

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

15

Wydarzenia Zapowiedzi

Startuje szósta edycja konkursu „manus” Już po raz szósty firma igus z Kolonii, specjalizująca się w produkcji łożysk ślizgowych i rozwoju technologii tworzyw sztucznych, ogłosiła konkurs „manus”, który odbywa się od 2003 r. co dwa lata. Jest to wspólna inicjatywa firmy i jej naukowych partnerów, takich jak np.

Instytut Materiałów Kompozytowych (Kaiserslautern) oraz Uniwersytet Techniczny w Kolonii (Fachhochschule Köln).

Na poprzednią edycję

300 zgłoszeń z 28 krajów.

Już po raz szósty firma igus ogłosiła konkurs „manus” na aplikacje łożysk ślizgowych z tworzyw sztucznych.

Termin nadsyłania zgłoszeń mija 28 lutego 2013 r., a na zwycięzców czekają nagrody pieniężne o wartości do 5000 euro.

Na zdjęciu: Gerhard Baus, prokurent ds. łożysk w firmie igus

Organizatorzy konkursu poszukują innowacyjnych i śmiałych zastosowań dla bezobsługowych i bezsmarownych łożysk polimerowych, które wyróżniają się wydajnością techniczną i/lub ekonomiczną, kreatywnością bądź zaskakującymi wynikami.

Zasady udziału w konkursie są bardzo proste. Do oceny zgłoszenia jury wymaga krótkiego opisu proponowanego zastosowania bądź problemu, który udało się rozwiązać dzięki zastosowaniu łożysk firmy igus. Uczestnik powinien dołączyć zdjęcia lub rysunki, a także podać rodzaj produktu. W konkursie mogą wziąć udział użytkownicy łożysk ślizgowych wykonanych w całości z tworzywa sztucznego i jego kompozytów, ale nie mogą to być aplikacje, w których wykorzystano wyłącznie łożyska powlekane.

16

Promocja

Fot. igus GmbH, Kolonia

konkursu wpłynęło ponad

Termin nadsyłania zgłoszeń upływa 28 lutego Na zwycięzcę czeka nagroda pieniężna w wysokości 5000 euro (za kolejne miejsca są to odpowiednio 2500 euro i 1000 euro). Formularze zgłoszeniowe są dostępne na stronie www.igus. pl/manus. Termin nadsyłania zgłoszeń upływa 28 lutego 2013 r. Wręczenie nagród odbędzie się na targach Hannover 2013 (8–12 kwietnia br.).

– Bezsmarowne i bezobsługowe łożyska ślizgowe z tworzywa sztucznego iglidur zastępują obecnie w milionach zastosowań wymagające olejów i smarów tuleje metalowe – wyjaśnia Gerhard Baus, prokurent w firmie igus ds. łożysk ślizgowych z tworzyw sztucznych. – Charakteryzują się one długim i obliczalnym okresem użytkowania, a dzięki temu, że ponad 10 000 artykułów jest dostępnych natychmiast z magazynu, konstruktorzy mogą stosować innowacje firmy igus bez zbędnego oczekiwania – dodaje.

Bezsmarowne, ekonomiczne, trwałe

z możliwością obliczania okresu użytkowania. Każdy konstruktor może zamówić na stronie www.igus.pl odpowiedni produkt na podstawie zweryfikowanych empirycznie, możliwych do obliczenia danych dotyczących żywotności.

Pracujące bez smarowania łożyska polimerowe zapewniają większe bezpieczeństwo maszyn. Według MIT (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge) w samych tylko Stanach Zjednoczonych koszty awarii wynikających z braku smarowania sięgają 240 mld dolarów rocznie. W Niemczech przez taki okres zużycie środków smarowych wynosi prawie 1,1 mln ton (dane Ministerstwa Ochrony Środowiska, Klimatu i Gospodarki Energetycznej, Baden-Würtemberg). Ekonomiczne rozwiązania polimerowe mogą więc przynieść znaczące oszczędności w zakresie kosztów nabycia i eksploatacji.

Firma igus oferuje – dzięki badaniom laboratoryjnym, unikalnej i bardzo dużej bazie danych oraz specjalnym procesom produkcyjnym – największy na świecie program przyjaznych dla środowiska łożysk ślizgowych dry-tech z tworzywa sztucznego,

igus Sp. z o.o. ul. Nakielska 3, 01-106 Warszawa tel. 22 863 57 70 fax 22 863 61 69 e-mail: info@igus.pl www.igus.pl

Automaticon 2013 Zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska na targach Automaticon Hol – stoisko E1

PL-856b-rchain sofort 170x125M_PL-856b-rchain sofort 170x125M 17.10.11 15:52 Seite 1 REKLAMA

Na życzenie. Gwarantowane.

Zmontowane przewody do napędów od 24 godzin ...

Zmontowane systemy prowadników e-chains® w 1 do 10 dni ...

Możliwa konfiguracja online ...

Fot. igus GmbH, Kolonia

Zmontowane readychains® pojedyncze bądź jako seria ... kompletne jako system: prowadnik, przewody, dodatkowe elementy ... z planowaniem projektu na miejscu ... z gwarancją.

.pl/readychain

®

Od 24 godzin.

Tel. 22 863 57 70 Pon. - Piątek 8.00 - 20.00, Sob. do 12.00 Usługi w 30 oddziałach firmy na całym świecie.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

17

Wydarzenia zapowiedzi

HANNOVER MESSE 2013 barometrem koniunktury Cztery dni, 6000 wystawców i jedenaście imprez branżowych – te liczby charakteryzują największe światowe targi przemysłowe. Organizatorzy nie boją się kryzysu gospodarczego. Są przekonani, że ta edycja imprezy rozrusza przemysł i przyczyni się

trendu.

Targi odbędą się w niemieckim Hanowerze 8–12 kwietnia tego roku. W ich ramach będzie zorganizowanych jedenaście imprez branżowych: Industrial Automation, Motion, Drive & Automation, Energy, Wind, MobiliTec, Digital Factory, ComVac, Industrial Supply, SurfaceTechnology, IndustrialGreenTec oraz Research & Technology. Krajem partnerskim tegorocznej imprezy jest Rosja, której obecność zostanie zaznaczona na wystawie, w forach dyskusyjnych i podczas wydarzeń specjalnych.

Hasło przewodnie Międzynarodowych Targów Innowacyjnych Technologii Przemysłowych Hannover Messe 2013 to „Integrated Industry” („Zintegrowany przemysł”), czyli wzajemne powiązania poszczególnych sektorów przemysłu. Motto podkreśla rolę imprezy, która jest miejscem spotkań przedstawicieli wielu różnych branż.

Będzie to pokaz na najwyższym światowym poziomie, zaprezentowane zostaną innowacyjne rozwiązania stanowiące odpowiedzi na wiele pytań nurtujących firmy przemysłowe – zapewniali przedstawiciele organizatorów imprezy podczas konferencji prasowej, która odbyła się 09.01.2013 r.

18

Warszawska konferencja prasowa przedstawicieli targów. Od lewej: Oliver Frese – dyrektor biura Hannover Messe, Ewa Samkowska – przedstawiciel w Polsce Deutsche Messe, Hannover oraz Marco Siebert – dyrektor biura współpracy międzynarodowej Deutsche Messe, Hannover

w Warszawie. Dyrektor Oliver Frese przypomniał, że Deutsche Messe AG powstała w 1947 r., a początki targów hanowerskich sięgają 1948 r., kiedy odbyły się po raz pierwszy Targi Eksportu. Obecnie firma ma przedstawicielstwa w ponad stu krajach i organizuje ponad sto imprez każdego roku. Są to targi, konferencje, kongresy.

W Hannover Messe uczestniczy najczęściej ponad 5 tys. dziennikarzy z całego świata, a goście targowi przybywają z 90 krajów. Tegoroczną imprezę ma odwiedzić ok. 230 tys. osób.

Jedenaście imprez branżowych Hannover Messe 2013 Targi poświęcone automatyce przemysłowej Industrial Automation zagoszczą w siedmiu halach. Można będzie zobaczyć nie tylko nowości z zakresu automatyzacji procesów i linii produkcyjnych, lecz także kompleksowe systemy do fabryk i innych budynków. Na uwagę zasługują zintegrowane procesy automatyzacyjne prezentowane w ramach obszarów poświęconych systemom wbudowanym (Embedded Systems) oraz inteligentnej produkcji (Smart Production). Ponadto pokazane

zostanie całe spektrum rozwiązań sieciowych, innowacje z zakresu budowy maszyn i urządzeń oraz nowości w robotyce. Zakres tematyczny targów uzupełniono o obszar IT, zawierający dedykowane rozwiązania informatyczne stosowane we współczesnej automatyce.

MDA, czyli Motion, Drive & Automation, to odbywająca się co dwa lata impreza branżowa, która jest poświęcona technice napędów i automatyki strumieniowej. W tym roku wystawcy zaprezentują bogatą ofertę napędów elektrycznych i mechanicznych, a także rozwiązania z zakresu hydrauliki i pneumatyki. Na stoiskach można będzie zobaczyć m.in. łożyska, koła zębate, pompy, silniki, skrzynie biegów, podzespoły stosowane w produkcji napędów, sprzęgła i układy hamulcowe.

Z kolei Energy to największe tego typu wydarzenie na świecie poświęcone technologii energetycznej. Prezentowane produkty i rozwiązania pomagają stworzyć rozwiązania, które są jednocześnie wydajne, ekologiczne i bezpieczne. Pokazane zostaną systemy wytwarzania, przesyłania, dystrybucji

Fot. PAR

do odwrócenia niekorzystnego

19

Wydarzenia zapowiedzi

Hannover Messe to wielozadaniowy instrument biznesowy – podkreśla dyrektor Marco Siebert (na fot. po lewej)

20

Dyrektor Oliver Frese zaprasza na targi

serwisowania i konserwacji urządzeń, czy też dowiedzieć się, jak wykryć nieszczelności w instalacjach.

Na targach Industrial Supply można będzie zobaczyć innowacyjne lekkie konstrukcje, nowe materiały oraz całe procesy, usługi, systemy, części i komponenty stworzone z myślą o firmach z branży przemysłowej.

Odbywające się w cyklu dwuletnim targi Surface Technology obejmują cały szeroko rozumiany proces obróbki i pokrywania powierzchni: od prac wstępnych po technologie lakierowania i galwanotechniki.

Na targach nie może oczywiście zabraknąć technologii ekologicznych, które odgrywają coraz większą rolę w produkcji przemysłowej na całym świecie. Dlatego w ramach IndustrialGreenTec zaprezentowane zostaną usługi, technologie i procesy zgodne z zasadami zrównoważonego rozwoju. Tematyka ekspozycji to: ponowne wykorzystanie odpadów i ich utylizacja, techniczne środki ochrony przed zanieczyszczeniem gleby, wód gruntowych i powietrza oraz przed hałasem, a także technologie efektywnego wykorzystania odnawialnych źródeł energii i innych zasobów. Na targach będą także prezentowane systemy do badania parametrów środowiskowych i poziomu zanieczyszczeń.

Research & Technology odbywają się pod patronatem niemieckiej minister edukacji i badań naukowych prof. dr Annette Schavan. W centrum uwagi podczas tej imprezy znajdzie się transfer wiedzy i technologii między nauką a biznesem oraz takie obszary jak: adaptronika, bionika, elektronika

organiczna, badania z zakresu energetyki, tekstylia techniczne i nanotechnologia. Wystawcy pokażą m.in. wyniki projektów z zakresu badań podstawowych i badań stosowanych, zaprezentują nowe typy usług badawczo-rozwojowych oraz przedstawią potencjał poszczególnych miejsc i jednostek naukowych.

W ramach Hannover Messe 2013 wybrano pięć wiodących tematów, które określają zakres targów: • automatyka przemysłowa i informatyka, • technologie w energetyce i ochronie środowiska, • technologie napędów oraz automatyka strumieniowa, • dostawy i usługi dla przemysłu oraz technologie produkcyjne, • badania i rozwój.

Tegoroczna impreza w Hanowerze zgromadzi m.in. 1200 wystawców z dziedziny automatyki i robotyki i ponad 1000 wystawców ekspozycji MDA. Łącznie w targach weźmie udział ponad 6000 wystawców, z czego połowa to osoby z zagranicy. Polskę będzie reprezentować 36 firm (wg stanu z dnia 8 stycznia tego roku). Powierzchnia targów będzie o 20 tys. m2 większa niż w 2012 roku.

W tym roku organizatorzy Hannover Messe przygotowali szereg usług specjalnych dla grup zwiedzających (delegacji) w ramach platformy networkingowej Match&Meet. Szczegółowe informacje dostępne są na stronie www. hannovermesse.de/de/match-meet.

Dużo osób zadaje sobie pytanie, czy jest sens w organizowaniu takich imprez jak targi, skoro świat się digitalizuje. Badania ankietowe potwierdziły jednak, że targi są istotnym elementem strategii marketingowej. Szczególnie doceniane są jako miejsce nawiązywania nowych kontaktów. Mimo rosnącego znaczenia internetu nie zastąpi on bezpośrednich relacji, które są bardzo ważne zwłaszcza w przypadku produktów złożonych technicznie. Przy ich zakupie dużą rolę odgrywa zaufanie do danego rozwiązania.

Jak wykazują statystyki, w Hanowerze każdego roku nawiązywanych jest ponad pięć mln kontaktów biznesowych. Gospodarze są przekonani, że tegoroczna edycja będzie pozytywną przeciwwagą dla spadku ogólnoświatowej koniunktury.

Jolanta Górska-Szkaradek PAR

Fot. PAR

i magazynowania energii, uwzględniające zarówno jej konwencjonalne, jak i odnawialne źródła. Obecne również będą rozwiązania IT i analizy mechanizmów rynkowych w segmencie inteligentnych sieci energetycznych.

Na targach Wind, które odbywają się tylko w latach nieparzystych, prezentowane będą elektrownie, komponenty i usługi dla odbiorców z sektora przemysłowego. Wraz z pokrewnymi tematycznie targami Energy i MDA przyciągają one do Hanoweru bardzo wielu wystawców i gości zainteresowanych szeroko rozumianą energetyką. W tym roku swoją premierę będzie miał park tematyczny Offshore, w ramach którego w jednym miejscu zaprezentowane zostaną różne technologie i usługi związane z przeniesieniem procesu wytwarzania energii wiatrowej za granicę.

Targi MobiliTec to ekspozycja producentów napędów elektrycznych i hybrydowych oraz akumulatorów, a także dostawców technologii alternatywnych.

Zwiedzający zobaczą elektromobilność jutra. Na zewnątrz hali ekspozycyjnej goście będą mogli samodzielnie przetestować różnego typu pojazdy.

Digital Factory obejmuje tematy związane z systemami IT wspierającymi opracowywanie i wytwarzanie nowych produktów. Na stoiskach pokazane będą innowacje z zakresu technik komputerowych CAx w inżynierii produkcji, rozwiązania do zarządzania cyklem życia produktów (PLM), systemy realizacji produkcji (MES) i platformy do planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP).

Targi ComVac 2013 to m.in. efektywne energetycznie wytwarzanie, przetwarzanie i dystrybuowanie sprężonego powietrza oraz zastosowanie technologii próżniowej w różnego typu maszynach. Ponadto można będzie zobaczyć np. innowacyjne koncepcje

PAtronatY Wydarzenia

EuroLab 2013 XV Międzynarodowe Targi Analityki i Technik Pomiarowych EuroLab odbędą się w dniach 10–12 kwietnia 2013 r. w Centrum TargowoKongresowym MT Polska w Warszawie. Wystawcy zaprezentują ofertę w ramach czterech sektorów: analityki chemicznej, Life Science, biotechnologii oraz metrologii. W Targach wezmą udział przedstawiciele placówek badawczych, wybitni eksperci i naukowcy, uczelnie wyższe, instytucje certyfikujące oraz producenci i dystrybutorzy z branży laboratoryjnej.

www.targieurolab.pl

REKLAMA

Międzynarodowe Targi Analityki i Technik Pomiarowych EuroLab to największe tego typu wydarzenie w Polsce. Zeszłoroczna impreza zgromadziła 215 wystawców z 15 krajów, odwiedziło ją ponad 6300 osób. Targi te są doskonałym przykładem połączenia świata nauki oraz biznesu. Zaprezentowane zostaną na nich dokonania naukowe i ich zastosowania w najnowocześniejszych rozwiązaniach technologicznych dostępnych dla rynku.

Podczas EuroLab swoją ofertę przedstawią producenci i dystrybutorzy akcesoriów laboratoryjnych, drobnego sprzętu, szkła laboratoryjnego, mebli, a także aparatury analitycznej oraz sprzętu optycznego i kontrolno-pomiarowego. Wśród produktów nie zabraknie substancji chemicznych, odczynników, testów oraz oprogramowania, jak również profesjonalnych środków czystości, czy odzieży ochronnej.

Zadbano o bogaty program naukowy poświęcony zagadnieniom analitycznym, pomiarowym i biotechnologicznym. Planowane są m.in. seminaria „Wstęp do nanotechnologii- perspektywy rozwoju w Polsce” oraz „Analizy chemiczne próbek stałych w mikroobszarze- teraźniejszość i przyszłość badań w Państwowym Instytucie Geologicznym”. Odbędzie się konferencja, poświęcona badaniom molekularnym w diagnostyce laboratoryjnej. W programie przewidziano także blok seminaryjny Głównego Urzędu Miar, oraz referat „Certyfikowane materiały odniesienia dla nieograniczonej analizy śladowej wytwarzane przez Instytut Chemii i Techniki Jądrowej”.

Więcej informacji oraz formularze rejestracyjne online: www.targieurolab.pl.oraz www.crimelab.pl.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 1/2013

21

Temat numeru chwytaki do robotów przemysłowych

Chwytaki z napędem pneumatycznym Mimo wyraźnej dominacji napędu elektrycznego we współczesnych robotach przemysłowych, producenci nie odchodzą od oferowania chwytaków z napędem pneumatycznym jako standardowego wyposażenia robotów.

Chwytaki są obecnie najbardziej zróżnicowanym konstrukcyjnie zespołem robotów, gdyż ogromna różnorodność obiektów manipulacji, wielorakość zadań, nowe obszary zastosowań robotów, zmienność parametrów procesu manipulacji i inne warunki wymagają wyboru chwytaka o odpowiedniej sile chwytu i zakresie rozwarcia szczęk (końcówek chwytnych). Stąd dotychczas rozwój konstrukcji chwytaków do robotów przebiega raczej w kierunku ich specjalizacji (przystosowania do konkretnych zadań) niż ich uniwersalności.

czujniki zamknięcia/otwarcia

szczęka

zasilanie pneumatyczne

układ przeniesienia napędu

zespół napędowy

szczęka

Klasyfikacja chwytaków z napędem pneumatycznym

Rys. 1. Schemat budowy chwytaka pneumatycznego

Zdecydowana większość stosowanych obecnie chwytaków ma napęd pneumatyczny. Wynika to z realizacji zazwyczaj nieskomplikowanego zadania zacisku końcówek chwytnych na obiekcie. Taki chwytak ma dwa stany pracy: zamknięty i otwarty, co odpowiada stanom uchwycenia i uwolnienia obiektu.

Podstawowymi zespołami chwytaka są: zespół napędowy, układ przeniesienia napędu oraz szczęki (rys. 1).

Zwieranie i rozwieranie końcówek chwytnych (otwarcie i zamknięcie chwytaka) realizowane jest przez zespół napędowy, który może być: • tylko pneumatyczny, realizowany z wykorzystaniem siłownika dwustronnego działania, • pneumatyczny i mechaniczny, realizowany z wykorzystaniem siłownika jednostronnego działania ze sprężyną zwrotną; najczęściej otwarcie chwytaka realizowane jest pneumatycznie, natomiast siła chwytu pochodzi od sprężyny.

Energia sprężonego powietrza jest wykorzystywana do przemieszczania

tłoczyska siłownika pneumatycznego.

Najszersze zastosowanie znalazły siłowniki tłokowe jednostronnego działania, w których rozwieranie szczęk chwytaka następuje pod wpływem sprężonego powietrza, natomiast ich zwieranie (chwytanie) jest dokonywane pod wpływem siły sprężyny zwrotnej. Najczęściej liniowy ruch tłoczyska przenoszony jest za pomocą systemu dźwigni, przekładni zębatych, cięgien itp. na równoległe bądź kątowe przemieszczenie końcówek chwytnych. Szczęki chwytaka mogą się przemieszczać kątowo lub równolegle. Najczęściej przemieszczenie kątowe wynosi od –10° (zwarcie) do +20° (maksymalne rozwarcie). Natomiast przemieszczenia równoległe realizowane są w bardzo szerokim zakresie od części milimetra do kilkudziesięciu, a nawet kilkuset milimetrów. Przemieszczenie końcówek może być wykorzystywane do realizacji chwytu zewnętrznego (np. wałek) lub wewnętrznego (np. tulejka).

Do szczęk chwytaka użytkownicy mogą przyłączać nasadki, przystosowane do kształtu chwytanego obiektu.

22

Około 65 % obiektów może być uchwyconych przez chwytaki z dwiema końcówkami, kolejne 25 % – przez chwytaki z trzema końcówkami, a tylko około 10 % obiektów wymaga stosowania bardziej złożonych rozwiązań.

Większość oferowanych chwytaków ma dwie końcówki, lecz dostępne są także chwytaki z trzema lub czterema szczękami.

Najważniejszymi parametrami technicznymi chwytaków są: siła chwytu, masa chwytaka, czas uchwycenia i uwolnienia obiektu, wymiary gabarytowe chwytaka i wskaźniki niezawodności działania. Należy zaznaczyć, że dopuszczalną masę chwytanego obiektu oblicza się nie bezpośrednio z katalogowej wartości siły chwytu, lecz trzeba uwzględnić charakter styku końcówek z obiektem, parametry robota i procesu manipulacji.

Oferty wybranych producentów chwytaków pneumatycznych W tab. 1. zestawiono oferty chwytaków z napędem pneumatycznym, zarówno firm specjalizujących się w produkcji

Fot. SCHUNK

W poniższym opracowaniu przedstawiony zostanie wyłącznie stan oferty producentów w zakresie chwytaków, w których energia sprężonego powietrza wykorzystywana jest w siłownikach pneumatycznych; siła generowana w zespole napędowym przekazywana jest przez układ przeniesienia napędu na szczęki chwytaka.

Tab. 1. Zestawienie oferty różnych wielkości chwytaków pneumatycznych Firma

Chwytaki równoległe dwuszczękowe

czteroszczękowe

dwuszczękowe

trójszczękowe

promieniowe

3

–

5

–

5

39

13

–

5

–

6

Gimatic

126

34

–

21

–

11

Pneumat System

–

–

–

7

–

–

Rectus

9

10

–

4

–

8

SCHUNK

110

40

5

25

3

24

SMC

113

38

7

17

–

9

Sommer-automatic

82

27

–

26

–

6

350 300 250 200 150 100 50 0

siła [N]

26

Festo

siła [N]

Bosch Rexroth

25

36

a)

80 250 masa [g]

290

770

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1310

b)

1500 4200 9500 masa [g]

Rys. 3. Chwytaki równoległe firmy Schunk: a) o masie poniżej 1 kg, b) o masie powyżej 1 kg 60

moment siły [Nm]

moment siły [Nm]

chwytaków, jak i tych, w których chwytaki są jednym z wielu oferowanych elementów robotyki lub pneumatyki. Wyróżniono chwytaki równoległe (w których szczęki przemieszczają się równolegle) o dwóch, trzech lub czterech szczękach oraz chwytaki kątowe o dwóch (w tym także promieniowe o kącie rozwarcia 180°) i trzech szczękach.

Z zestawienia wynika, że oferta chwytaków pneumatycznych jest bogata – ponad 850 podstawowych typów, bez uwzględnienia jeszcze wielu modyfikacji. W zestawieniu nie umieszczono również specjalnych, nietypowych rozwiązań chwytaków (np. przeznaczonych do pracy w warunkach sterylnych) oraz oferowanych przez niektóre firmy chwytaków z dodatkowymi funkcjami (np. obrotem). Wiodącymi firmami w zakresie oferty chwytaków pneumatycznych są: SCHUNK, Gimatic, SMC i Sommerautomatic.

Przedstawicielem niemieckiej firmy Schunk GmbH & Co. KG na polskim rynku jest firma SCHUNK Intec Sp. z o.o. Firma ta specjalizuje się w systemach mocowań narzędzi i obrabianych przedmiotów (uchwyty tokarskie), różnego rodzaju chwytakach (w tym także z napędem elektrycznym), robotach modułowych oraz technologii laserowej.

W tab. 2. zamieszczono ofertę firmy SCHUNK różnego typu chwytaków pneumatycznych, podając ich masy, siły chwytu oraz zakresy liniowych (skok) bądź kątowych przemieszczeń szczęk.

W sumie firma oferuje ponad 200 typów

Fot. SCHUNK

trójszczękowe

Chwytaki kątowe

50 40 30 20 10 0

2,5

36

a)

60 330 masa [g]

1200 b)

200 150 100 50 0

69

140 1246 masa [g]

4460

Rys. 4. Chwytaki firmy Schunk o masie do 5 kg: a) kątowe, b) promieniowe

chwytaków pneumatycznych. Najmniejszy chwytak o równoległym ruchu szczęk ma masę zaledwie 6 g, skok 1 mm i siłę chwytu 1 N, a chwytak kątowy (kąt rozwarcia szczęki 15°) o masie 2,5 g ma moment siły 0,01 Nm. Największy chwytak o skoku 100 mm i masie 35 kg dysponuje siłą chwytu 10 000 N przy zasilaniu 6 bar (jeszcze większą siłą 35 500 N dysponuje chwytak trójszczękowy o masie 46 kg).

Bogatą ofertę chwytaków firma SCHUNK ciągle uzupełnia nowymi typami i ulepszeniami konstrukcji. Na przykład w chwytaku PGN-plus zastosowano

Rys. 2. Przykładowe typy chwytaków równoległych firmy Schunk

wielozębne prowadnice szczęk, co zapobiega zakleszczaniu się szczęk pod wpływem sił działających na końcówki chwytne.

Wybrane dane (masa chwytaka i siła chwytna) przedstawione zostały na rys. 3. (chwytaki równoległe) i rys. 4. (chwytaki kątowe i promieniowe). Z wykresów widać, że nie zawsze chwytak o większej masie dysponuje większą siłą chwytu – związane jest to z różnymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi układu przeniesienia napędu.

Na rys. 5. przedstawiono widok i przekrój chwytaka kątowego typoszeregu SWG – najmniejszy chwytak SWG 10 o masie 2,5 g i czasie zamknięcia 0,015 s stosowany jest w automatycznym montażu. Chwytaki SWG można łączyć szeregowo, tworząc zwarte moduły do zastosowań w ograniczonej przestrzeni.

Włoska firma Gimatic produkuje elementy pneumatyczne stosowane w procesach manipulacyjnych, takie jak: siłowniki

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

23

Temat numeru chwytaki do robotów przemysłowych

Liczba różnych wielkości

Skok [mm]

Siła [N]

Masa [g]

38 … 135

60 … 240

Chwytaki równoległe MPG-plus

3

3…6

MPG

10

1 … 14

7 … 330

6 … 1350

GAP

3

1…2

80 … 340

290 … 1310

MWPG

1

1

5

KTG

1

4,5

13

80

KGG

11

10 … 60

45 … 540

90 … 4200

RH

10

2,5 … 40

13 … 460

36 … 1100

PGN-plus

11

2,5 … 45

123 … 21800

80 … 39500

JGP

10

2,5 … 16

123 … 2390

80 … 3300

PGB

4

4 … 10

110 … 640

280 … 1320

LGP

6

2 … 13

27 … 1090

34 … 1500

PGF

5

7,5 … 31,5

249 … 1970

300 … 5300

PGM

8

2 … 15

30 … 1180

25 … 2550

PHL

5

30 … 160

390 … 3250

1500 … 21000

PFH

7

30 … 300

630 … 2950

2650 … 12600

PSH

5

14 … 64

320 … 1760

770 … 8050

SPG

1

100

10000

35000

DPG-plus

8

2 … 25

125 … 6230

250 … 9500

a)

b)

Rys. 5. Chwytak kątowy serii SWG firmy Schunk: a) widok, b) przekrój

a)

Chwytaki trójszczękowe

6

1…5

20 … 310

10 … 290

PZN-plus

11

2 … 35

255 … 35500

130 … 46000

LGZ

3

3…7

120 … 1140

950 … 950

PZB-plus

7

2 … 13

340 … 5400

260 … 7300

PZB

5

4 … 13

400 … 4000

320 … 3600

DPZ-plus

8

2,5 … 25

230 … 17150

620 … 20100

150 100 50 0

8000 6000 4000 2000 0 1135 1525 1700 3500 4900 9000 masa [g]

Chwytaki czteroszczękowe PZV

5

4 … 16

570 … 6900

500 … 10000

Typ chwytaka

Liczba różnych wielkości

Kąt [0]

Moment siły [Nm]

Masa [g]

SGB

3

80

0,9 … 4,95

36 …60

SWG

8

150

0,01 … 2,8

2,5 …213

RHL

1

100

0,014

8,5

LWG

5

200

0,22 … 8,65

42 …845

PWG-S

3

200

6 … 51

210 …1200

PWG

5

200

6 … 934

330 …16300

3

80

1,35 … 7,45

50 …170

PRG

8

1800

2 … 295

130 … 6720

LGR

5

1800

0,3 … 12

69 … 1246

GWB

6

1800

2,1 … 127

140 … 3500

DRG

5

1800

8,2 … 143

500 … 4460

Chwytaki promieniowe

24

moment siły [Nm] b) moment siły [Nm]

Chwytaki kątowe trójszczękowe SWG

Rys. 6. Chwytaki równoległe firmy Gimatic: a) o masie do 0,5 kg, b) o masie powyżej 1 kg a)

Chwytaki kątowe

45 70 95 160 170 240 300 masa [g]

b) 10000 siła [N]

MPZ

300 250 200

10 8 6 4 2 0

12

39

105 140 masa [g]

300

40 30 20 10 0

70

260 510 masa [g]

1670

Rys. 7. Chwytaki firmy Gimatic o masie do 3 kg: a) kątowe, b) promieniowe

Fot. SCHUNK

Typ chwytaka

liniowe i obrotowe, chwytaki oraz manipulatory. Firma uruchomiła również produkcję chwytaków z napędem elektrycznym. Dystrybutorem w Polsce chwytaków firmy Gimatic jest firma DZV z Gdyni.

siła [N]

Tab. 2. Zestawienie oferty chwytaków pneumatycznych firmy SCHUNK

Tab. 3. Zestawienie oferty chwytaków pneumatycznych firmy Gimatic Typ chwytaka

Liczba różnych wielkości

Skok [mm]

Siła [N]

Masa [g]

Chwytaki równoległe MGX

6

5 … 30

180 … 1660

95 … 1525

MG

16

2,4 … 41

36 … 2400

60 … 1600

GM

16

2,4 … 41

36 … 2400

70 … 1700

S

1

10,6

200

400

SX

6

10 … 80

390 … 3400

260 … 3500

SH

4

30 … 150

1600 … 2500

2600 … 9000

SZ

5

8 … 30

50 … 620

94 … 1135

PE

16

10 … 200

200 … 1800

200 … 3800

15 … 63

400 … 1860

330 … 4900

PQ

5

DH

30

4 … 25

92 … 7826

87 … 6820

HS

2

11,6 , 17,8

110 , 180

144 , 270

XP

2

8 , 13,2

170 , 240

160 , 300

SGP

4

4 … 12

40 … 160

33 … 170

JP

3

9,4 … 19

240 … 1000

240 … 1050

GS

9

4,6 … 30

18 … 700

45 … 1155

PT

1

14

90

165

T

3

3…9

315 … 1440

325 … 1680

XT

2

3,6 , 6,6

201, 240

210, 350

TH

26

4 … 16

177 … 5826

117 … 6640

SXT

3

8 … 15

1500 … 4950

1100 … 3800

Typ chwytaka

Liczba różnych wielkości

Kąt [0]

Moment siły [Nm]

Masa [g]

GW

4

400

0,08 … 3,56

39 … 300

XA

2

600, 640

0,92, 1,7

140, 250

Chwytaki trójszczękowe

Chwytaki kątowe

PB

2

220, 140

1,8, 8,0

100, 350

PN

8i

380

0,3 … 13,02

32 … 1040

AA

1

280

2,5

105

TFA

4

250

0,34 …4,3

12 … 120

PS

2

1820

4,0, 12,0

750, 1670

PS-P

3

1800

2,0 …36,0

320 … 2700

XR

2

1820

3,0, 6,0

140, 260

GX-S

4

1800

0,52 … 8,6

70 … 510

Fot. SCHUNK

Chwytaki promieniowe

W tab. 3. zamieszczono ofertę firmy Gimatic różnego typu chwytaków pneumatycznych, podając ich masy, siły chwytu oraz zakresy liniowych bądź kątowych przemieszczeń szczęk. Firma Gimatic oferuje prawie 200 typów chwytaków pneumatycznych – wszystkie rozwiązania chronione są patentami.

Chwytaki firmy Gimatic przeznaczone są do przenoszenia małych i średnich

obiektów – nie ma więc w ofercie tak małych i tak dużych chwytaków jak firma SCHUNK. Najmniejszy chwytak o równoległym ruchu szczęk ma masę 33 g, skok 4 mm i siłę chwytu 40 N, a chwytak kątowy (kąt rozwarcia szczęki 14°) o masie 12 g ma moment siły 0,34 Nm. Największy chwytak o skoku 150 mm i masie 9 kg dysponuje siłą chwytu 2500 N przy zasilaniu 6 bar (jeszcze

większą siłą 5826 N dysponuje chwytak trójszczękowy o masie 6,64 kg).

Na rys. 8. przedstawiono 16 typów chwytaków równoległych oferowanych przez firmę Gimatic. Jak widać w tab. 3. każdy z tych typów ma kilka, a nawet kilkanaście różnych wielkości. Na przykład, seria GM składa się z 16 różnych chwytaków; umożliwia to dobranie właściwego chwytaka (o pożądanej sile i skoku) do chwytanego obiektu. W tej serii chwytaków zastosowano mechanizm ustawiania żądanej wartości skoku (zmiany położenia szczęk przy otwarciu i zamknięciu). Firma Gimatic daje bardzo długi czas gwarancji na swoje chwytaki pneumatyczne; na przykład dla serii GM jest to 40 milionów cykli bezobsługowego działania.

Seria chwytaków SGP-S (rys. 9) należy do grupy małych chwytaków firmy Gimatic (masa do 200 g, siła chwytu do 90 N, skok do 12 mm). Wprowadzono w niej możliwość korygowania luzów spowodowanych nadmiernymi obciążeniami szczęk. W chwytakach zastosowano dźwignię (zamiast najczęściej stosowanego klina) w układzie przeniesienia napędu, dzięki czemu zmniejszono tarcie w prowadnicy i wyeliminowano składową wzdłużną siły.

Firma SMC założona została w 1959 roku, a jej główna siedziba znajduje się w Japonii – specjalizuje się w systemach pneumatycznych i elektrycznych automatyki przemysłowej.

W Polsce SMC PL jest przedstawicielem SMC Austria. Korporacja SMC oferuje zestaw chwytaków pneumatycznych z dwiema końcówkami, jednostronnego (ze sprężyną) i dwustronnego działania, o końcówkach przemieszczających się równolegle (także o zwiększonej sztywności oraz o szerokim rozstawie końcówek) lub kątowo, z elektroniczną sygnalizacją położenia. W katalogu wyrobów oferowane są także chwytaki precyzyjne, przeznaczone do zastosowań, w których wymagana jest wysoka dokładność pozycjonowania. Oprócz chwytaków z dwiema i trzema końcówkami firma oferuje również chwytaki z czterema końcówkami, o dużej sile chwytu, przeznaczone w szczególności do chwytania obiektów o przekroju kwadratowym. Ze względu na często występujący proces obracania uchwyconego obiektu firma oferuje typ chwytaka o zwartej konstrukcji z jednostką obrotową (o kącie obrotu 90° lub 180°).

Ofertę SMC w zakresie chwytaków pneumatycznych zestawiono w tab. 4.

Firma oferuje prawie 200 typów

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

25

Temat numeru chwytaki do robotów przemysłowych

Rys. 8. Typy chwytaków równoległych firmy Gimatic

Tab. 4. Zestawienie oferty chwytaków pneumatycznych firmy SMC Typ chwytaka

Liczba różnych wielkości

Skok [mm]

Siła [N]

a)

b)

Masa [g]

Chwytaki równoległe MHS2

7

4 … 16

21 … 537

58 … 952

MHZ2

25

4 … 30

2,1 … 267

27 … 1370

MHZA2

3

4

1,9 … 3,3

26

MHZL2

12

8 … 22

7,1 … 194

27 … 505

MHZJ2

12

4 … 14

3 … 65

28 … 460

MHF2

12

8 … 80

19 … 141

65 … 1225

MHK2

12

4 … 14

9 … 82

75 … 443

MHKL2

12

11 … 22

9 … 90

104 … 565

MHL2

18

20 … 200

14 … 396

280 … 7905

Rys. 9. Chwytak równoległy serii SGP-S firmy Gimatic: a) widok, b) przekrój

chwytaków pneumatycznych o różnej masie, sile chwytu oraz zakresach liniowych bądź kątowych przemieszczeń szczęk. Chwytaki tej firmy przeznaczone są do chwytania obiektów o małych i średnich masach.

Chwytaki trójszczękowe

4 … 32

14 …1320

60 … 6460

10

10 … 64

14 …1320

80 … 11300

MHSH3

8

4 … 20

9…490

90 … 2920

MHSJ3

10

4 … 20

9 … 525

95 … 3200

Chwytaki czteroszczękowe MHS4

7

4 … 16

10 … 268

66 … 1050

Typ chwytaka

Liczba różnych wielkości

Kąt [0]

Moment siły [Nm]

Masa [g]

MHC2

10

300

0,024 … 1,39

22 … 360

MHCA2

2

300

0,024 … 0,038

19

MHCM2

1

200

0,017

9,5

MHT2

4

230 …280

12,4 … 106

800 … 2800

MHY2

4

1800

0,16 … 2,33

70 … 560

MHW2

5

1800

0,30 … 8,27

300 … 5100

a)

250

26

200 150 100 50 0

b) siła [N]

Chwytaki kątowe

Chwytaki promieniowe

300

26

28

65 104 443 565 masa [g]

500 400 300 200 100 0

1225

1370 7907 masa [g]

Rys. 10. Chwytaki równoległe firmy SMC: a) o masie poniżej 1 kg, b) o masie powyżej 1 kg

Fot. SMC, Gimatic

10

siła [N]

MHS3 MHSL3

Tab. 5. Zestawienie oferty chwytaków pneumatycznych firmy Sommer-automatic Liczba różnych wielkości

Typ chwytaka

Skok [mm]

Siła [N]

Masa [g]

Chwytaki równoległe GP

6

3 … 13

8,4 … 450

33 … 1400

MGP800

12

1 … 12

8 … 400

8 … 460

GP400C

8

3 … 30

100 … 18930

82 … 18900

GP400X

9

3 … 30

85 … 18930

82 … 18900

GP100

5

3 … 15

21 … 930

92 … 2300

GP1800

9

3 … 30

85 … 6900

120 … 22000

GP200

4

6 … 40

160 … 4500

325 … 8300

MGH8000

9

10 … 100

60 … 800

350 … 7300

GH6000

18

40 … 200

155 … 3400

472 … 22700

GH7000

2

65 … 100

8000 … 8500

31000 … 36000

MGD800

8

1 … 12

30 …1420

25 … 2000

GD300

9

3 … 30

270 … 15300

160 … 24000

GD1700

7

4 … 20

4000 … 5250

410 … 13400

GD500

3

30 … 60

1300 … 2480

7400 … 29000

Typ chwytaka

Liczba różnych wielkości

Kąt [0]

Moment siły [Nm]

Masa [g]

GZ1000

3

80 … 100

0,5 … 4,4

29 … 126

GZ

8

50 … 40

0,12 … 5,4

30 … 378

Chwytaki trójszczękowe

Chwytaki kątowe

GM

3

3,50 … 40

0,02 … 0,55

10 … 198

MGW800

8

37,50

0,02 … 5,2

10 …450

GG1000

4

200

39 … 725

1400 …13000

GK

6

1800

1,6 … 183

120 … 4100

GG4000

6

1800

6 … 150

250 … 4500

Chwytaki promieniowe

moment siły [Nm]

a)

Fot. SMC, Gimatic

moment siły [Nm]

b)

14 12 10 8 6 4 2 0

a)

9,5

19

22 360 masa [g]

SMC ma w ofercie cztery typy (38 różnych wielkości) chwytaków z trzema szczękami przemieszczającymi się równolegle oraz jeden typ (7 różnych wielkości) z czterema szczękami. W niektórych typach tych chwytaków można zamawiać wykonania specjalne z wyrzutnikiem sprężynowym lub siłownikowym. Najmniejszy chwytak trójszczękowy o masie 60 g i skoku 4 mm chwyta z siłą 14 N, a największy o masie 11,3 kg i skoku 64 mm z siłą 1329 N. Firma oferuje dwa typy chwytaków promieniowych: mniejsze typu MHY2 (4 różne wykonania z mechanizmem jarzmowym, o masach od 70 do 560 g) i większe typu MHW2 (5 różnych wielkości z mechanizmem zębatym, o masach od 300 g do 5,1 kg) – rys. 13.

Przedstawicielem w Polsce niemieckiej firmy Sommer-automatic jest PH Ibematic. Oprócz chwytaków pneumatycznych Sommer-automatic oferuje także chwytaki elektryczne, obrotowe i specjalne.

W zakresie pneumatyki firma produkuje również obrotnice, silniki i siłowniki, amortyzatory itd.

Sommer-automatic oferuje pełną gamę chwytaków z równoległym ruchem końcówek – od minimalnej siły chwytu 8 N do maksymalnej 18 930 N i kątowym ruchem z momentem siły od 0,02 Nm do 725 Nm. Najmniejszy chwytak równoległy z dwiema końcówkami ma masę zaledwie 8 g, a chwytak kątowy 10 g.

Największy chwytak równoległy o skoku 100 mm i sile 8500 N ma masę 36 kg.

Podstawowe parametry chwytaków pneumatycznych firmy Sommer-automatic zestawiono w tab. 5. Firma Sommerautomatic oferuje prawie 150 chwytaków b)

800

Rys. 12. Chwytak równoległy trójszczękowy typu MHS firmy SMC: a) widok, b) przekrój

10 8

a)

6

b)

4 2 0

70

300 560 masa [g]

5100

Rys. 11. Chwytaki firmy SMC: a) kątowe o masie do 3 kg, b) promieniowe o masie do 5 kg

Rys. 13. Chwytak promieniowy typu MHW firmy SMC: a) typoszereg, b) przekrój

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

27

Temat numeru chwytaki do robotów przemysłowych

Tab. 6. Zestawienie oferty chwytaków pneumatycznych firmy Festo Liczba różnych wielkości

Skok [mm]

Siła [N]

Masa [g]

siła [N]

Typ chwytaka

500 400

Chwytaki równoległe

300 200 100 0

DHPS

6

2 … 12,5

13,5 … 483

19 … 1285

HGPD

8

3 … 20

48 … 1932

100 … 6252

HGPT

8

3 … 20

53 … 3150

85 … 4745

20000

HGPL

4

40 … 150

79 … 2742

305 … 18100

15000

HGPP

6

2 … 12,5

40 … 415

126 … 1408

HGPC

3

3…7

22 … 126

152 … 473

HGP

2

5, 7,5

80, 170

197, 737

HGPM

2

2, 3

8, 13.5

18, 62

DHDS

3

2,5 … 6

29 … 280

96 … 920

HGDD

5

4 … 12

116 … 993

309 … 3533

HGDT

5

3 … 10

69 … 864

185 … 1873

Typ chwytaka

Liczba różnych wielkości

Kąt [0]

Moment siły [Nm]

Masa [g]

HGWM

2

140, 200

0, 11, 0,38

19, 52

HGWC

3

400

0,12 … 6,95

200 …700

Chwytaki kątowe

Chwytaki promieniowe

1400

siła [N] b)

1800

0,13 …6,0

130 … 3100

Tab. 7. Zestawienie oferty chwytaków pneumatycznych firmy B0sch Rexroth Liczba różnych wielkości

Skok [mm]

Siła [N]

Masa [g]

Chwytaki równoległe GSP-P

18

2 … 13

13 … 589

40 … 1570

GSP-P

2

28 … 64

320 … 1760

8100

GSP-P

6

16 … 25

820 … 1890

2600 … 7000

GSP-Z

3

3…7

120 … 1140

100 … 950

Typ chwytaka

Liczba różnych wielkości

Kąt [0]

Moment siły [Nm]

Masa [g]

5

400

0,22 … 4,27

60 … 830

5

1800

0,3 …12

80 … 1200

472

7300 18900 31000 masa [g]

Rys. 14. Chwytaki równoległe firmy Sommer-automatic: a) o masie poniżej 1 kg, b) o masie powyżej 1 kg

moment siły [Nm]

6

120 350 masa [g]

5000

6 5 4 3 2 1 0

10

29

a)

HGRT

Typ chwytaka

82

10000

0

moment siły [Nm]

Chwytaki trójszczękowe

8

a)

b)

30 126 198 378 450 masa [g]

200 150 100 50 0

120

250 4100 masa [g]

4500

Rys. 15. Chwytaki firmy Sommer-automatic: a) kątowe o masie do 0,5 kg, b) promieniowe o masie do 5 kg

Chwytaki kątowe GSP-A Chwytaki promieniowe GSP-R

a)

b)

Rys. 16. Chwytak równoległy typu MGH8000 firmy Sommer-automatic: a) widok, b) przekrój

28

Rys. 17. Chwytak GG4000 firmy Sommer-automatic

pneumatycznych o różnej masie, sile chwytu oraz zakresach liniowych bądź kątowych przemieszczeń szczęk. Między innymi oferta obejmuje trzy typy chwytaków równoległych o dużym skoku, nawet do 200 mm.

Na rys. 16. przedstawiono chwytak MGH8000, w którym zastosowano zębaty układ przeniesienia napędu.

Pierwszy chwytak z równoległym napędem szczęk wyprodukowano w firmie w 1981 roku – najnowszy chwytak z kątowym przemieszczeniem szczęk wprowadzono do produkcji w lipcu 2012 roku.

Chwytak promieniowy GG4000 (rys. 17) dostępny jest w sześciu wielkościach. Przeznaczony jest do pracy w trudnych warunkach, na przykład podczas pracy z płynami (przy obróbce metali) lub w pyłach.

Chwytak ten dysponuje dużym momentem

Fot. Sommer-automatic, Bosch Rexroth, Rectus

Chwytaki trójszczękowe

150 siła [N]

siła [N]

200

100 50 0

19

85

a)

126 197 masa [g]

473

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

1408

b)

4745 6252 masa [g]

18100

Rys. 18. Chwytaki równoległe firmy Festo: a) o masie poniżej 1 kg, b) o masie powyżej 1 kg

siła [N]

2000 1500 Rys. 19. Chwytaki równoległe firmy Bosch Rexroth: a) podstawowe dane, b) widok chwytaka GSP-P

1000 500 0

13

a)

1570 2600 7000 8100 masa [g]

b)

a)

b)

Rys. 20. Chwytak kątowy typu 6301 firmy Rectus: a) widok, b) przekrój

Tab. 8. Zestawienie oferty chwytaków pneumatycznych firmy Rectus Typ chwytaka

Liczba różnych wielkości

Skok [mm]

Siła [N]

Masa [g]

Chwytaki równoległe Seria 6310

4

3…6

9,8 … 104

60 … 240

Seria 6311

5

30 … 200

10 … 500

280 … 7900

Seria 6312

10

3 … 16

20 … 1600

600 … 7900

Typ chwytaka

Liczba różnych wielkości

Kąt [0]

Moment siły [Nm]

Masa [g]

4

300

0,1 … 1,35

40 …315

Seria 6302

4

1800

0,16 … 2,28

70 … 550

Seria 6303

4

1800

0,3 … 8,3

300 … 5000

Chwytaki trójszczękowe

Chwytaki kątowe Seria 6301

Fot. Sommer-automatic, Bosch Rexroth, Rectus

Chwytaki promieniowe

Tab. 9. Zestawienie oferty chwytaków pneumatycznych firmy Pneumat System Liczba różnych wielkości

Kąt [0]

MH 16

2

190

0,06

125

MH 20

2

190

0,1

175

Typ chwytaka

Moment siły [Nm]

Masa [g]

Chwytaki kątowe

MH 32

2

190

0,22

400

MH 50

1

190

0,52

1680

siły na szczękach – od 6 do 150 Nm przy masie od 250 g do 4,5 kg.

Firma Festo oferuje cztery rodziny chwytaków z napędem pneumatycznym (z równoległym ruchem końcówek, z kątowym ruchem o rozwarciu końcówek 20° i 180° oraz z trzema końcówkami). Wszystkie chwytaki mają zabudowaną sygnalizację położenia tłoka i po zamontowaniu na korpusie czujników położenia możliwe jest kontrolowanie stanu pracy chwytaka. Parametry oferowanych chwytaków przedstawiono w tab. 6. Oferta Festo obejmuje chwytaki najczęściej stosowane w przemyśle (o małych i średnich masach), w tym dwa typy o kątowym ruchu szczęk i jeden o promieniowym ruchu.

Firma Bosch Rexroth oferuje dwadzieścia sześć wielkości chwytaków równoległych, trzy wielkości chwytaków trójszczękowych, pięć wielkości chwytaków kątowych oraz pięć wielkości chwytaków promieniowych – dane dotyczące chwytaków przedstawiono w tab. 7. Chwytaki tej firmy stosowane są w manipulatorach, w podajnikach i w procesach montażowych, gdzie wymagana jest duża częstotliwość cykli pracy.

Firma Rectus w grupie tematycznej „manipulatory” oprócz chwytaków pneumatycznych oferuje również siłowniki z prowadzeniem, siłowniki obrotowe i moduły dwutłoczyskowe. Ofertę chwytaków (6 typów, ponad 30 wielkości) przedstawiono w tab. 8. Rys. 20. prezentuje widok i przekrój chwytaka promieniowego tej firmy.

Firma Pneumat System zajmuje się aplikacjami przemysłowymi napędów pneumatycznych i oferuje zawory i zaciski pneumatyczne, narzędzia pneumatyczne i całe instalacje pneumatyczne. W ofercie firmy są cztery typy chwytaków kątowych, w siedmiu wersjach (tab. 9). Chwytaki pneumatyczne MH wykonywane są w wersjach jednostronnego i dwustronnego działania. Wersja MHM zawiera w tłoku magnes, dzięki któremu możliwe jest sygnalizowanie stanu pracy chwytaka.

Na rys. 21. zestawiono parametry chwytaków kątowych czterech firm: Festo, Rectus, Bosch Rexroth i Pneumat System.

Porównanie chwytaków różnych firm W celu porównania chwytaków różnych firm z równoległym ruchem końcówek, o takich samych deklarowanych wartościach siły chwytu wprowadzono współczynnik fm, zdefiniowany jako stosunek Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

29

Temat numeru chwytaki do robotów przemysłowych

maksymalnej siły chwytu do masy chwytaka:

8 7

N fm =    kg  .

6

monent siły [Nm]

BOSCH 5 FESTO 4 PNEUMAT 3 RECTUS 2 1 0 19

52

125 200 masa [g]

400

830

1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

2 1,5 N/g

N/g

Rys. 21. Podstawowe parametry chwytaków kątowych firm: Bosch Rexroth, Festo, Pneumat System i Rectus

0,5

0

500 masa [g]

0

1000

0

SCHUNK

GIMATIC

SCHUNK

SOMMER

SMC

SOMMER

Rys. 22b. Charakterystyki współczynnika fm chwytaków równoległych o masie do 1 kg (dla różnych sił chwytu)

0,09

0,04 0,035

0,07

0,03

0,06

0,025 N/g

0,05 0,04

0,02 0,015

0,03 0,02

0,01

0,01

0,005 0

200 400 masa [g]

600

0

0

5

10

15

siła [N]

GIMATIC

SCHUNK

GIMATIC

SCHUNK

SMC

SOMMER

SMC

SOMMER

Rys. 23a. Charakterystyki współczynnika fm chwytaków kątowych o masie do 0,5 kg (dla różnych mas chwytaka)

30

1000

GIMATIC

0,08

0

500 siła [N]

SMC

Rys. 22a. Charakterystyki współczynnika fm chwytaków równoległych o masie do 1 kg (dla różnych mas chwytaka)

Nm/g

1

Rys. 23b. Charakterystyki współczynnika fm chwytaków kątowych o masie do 1 kg (dla małych wartości momentów sił chwytu)

Wyższa wartość współczynnika oznacza, że korzystniejsze jest stosowanie takiego chwytaka, bowiem ze względu na dopuszczalne obciążenia ramienia robota, końcowa masa (chwytaka i obiektu) może być większa.

Na rys. 22a przedstawiono charakterystyki współczynnika fm chwytaków równoległych o masie do 1 kg dla czterech firm: Gimatic, SCHUNK, SMC i Sommer-automatic.

Z charakterystyk przedstawionych na rys. 22. wynika, że parametry chwytaków firm SCHUNK i Sommer-automatic są zbliżone, natomiast wyższe wartości współczynnika fm chwytaków równoległych o masie do 1 kg osiągają chwytaki Gimatic, a mniejsze wartości chwytaki SMC. W celu porównania chwytaków różnych firm, o takich samych deklarowanych wartościach momentu siły wprowadzono współczynnik fm, zdefiniowany jako stosunek maksymalnego momentu siły chwytu do masy chwytaka:

 Nm  f m' =    kg  .

Korzystniejsze jest stosowanie chwytaka o wyższej wartości współczynnika fm’, bowiem ze względu na dopuszczalne obciążenia ramienia robota, końcowa masa (chwytaka i obiektu) może być większa.

Z charakterystyk przedstawionych na rys. 23, wynika, że parametry chwytaków kątowych o małej masie firmy SCHUNK mają najwyższe wartości współczynnika fm, ale wartości te spadają przy wyższych masach. Warto zauważyć, że wartości współczynnika fm chwytaków Gimatic rosną wraz ze wzrostem masy (rys. 23a). Charakterystyki współczynnika fm dla małych momentów siły chwytu są podobne dla analizowanych firm (rys. 23b), z wyjątkiem chwytaków SMC, które mają mniejsze, ale rosnące wraz ze wzrostem momentu siły, wartości współczynnika fm.

Oferta chwytaków pneumatycznych jest bogata i użytkownicy mogą wybierać odpowiednie zamienniki – dla przykładu w tab. 10. podano wybrane typy chwytaków równoległych różnych firm. Podobnie w tab. 11. wymieniono oferowane

Tab. 10. Zamienniki wybranych małych i średnich chwytaków równoległych wybranych firm Firma

Typ chwytaka

Siła [N]

Skok [mm]

Masa [g]

Bosch Rexroth

GSP-P-16

60–69

5

150

Festo

HGP-16

140–160

5

197

Gimatic

GS-16

86–100

6,8

98

Rectus

6310.16

30–40

5

90

SCHUNK

MPG-16

22–25

3

30

SMC

MHZ2-16D

72–96

6

115

Sommer-automatic

MGP806N

100–120

6

100

Bosch Rexroth

GSP-P-25

190–219

8

480

Festo

HGP-25

170–185

7,5

737

Gimatic

GS-25

254–282

14,4

365

Rectus

6310.25

65–104

10

240

SCHUNK

JGP-80

415–465

8

500

SMC

MHZ2-25D

156–250

14

430

Sommer-automatic

MGP812

320–350

12

410

Chwytaki małe (masa do 100 g)

Chwytaki średnie (masa około 500 g)

Tab. 11. Najmniejsze chwytaki trójszczękowe Firma

Typ chwytaka

Siła [N]

Skok [mm]

Masa [g]

Bosch Rexroth

GSP-Z-16

40–48

3

100

Festo

DHDS-16

29–40

2,5

96

Gimatic

TH2725

261–285

2,5

117

Rectus

6312.16

SCHUNK

MPZ 16

20–24

1

10

SMC

MHSL 3 -16D

14–16

4

80

Sommer-automatic

MGD801N

30–34

1

25

przez firmy najmniejsze chwytaki z trzema szczękami.

Kilka uwag o cenach chwytaków pneumatycznych Ceny chwytaków pneumatycznych nie są publikowane na stronach internetowych firm i nie są podawane w katalogach produktów. Jedna z firm przy zamówieniach proponuje podać własną cenę za zamawiany chwytak. Rozpiętość cenowa jest duża i zależy od typu chwytaka. Ceny chwytaków różnią się też u poszczególnych producentów.

W przybliżeniu można podać, że: • chwytaki równoległe, małe kosztują od 200 do 400 EUR,

3

• chwytaki równoległe, średniej wielkości kosztują od 400 do 550 EUR, • chwytaki równoległe, duże, kosztują od 550 do 1000 EUR, • chwytaki kątowe, średniej wielkości kosztują od 150 do 300 EUR, • chwytaki promieniowe, średniej wielkości kosztują od 200 do 400 EUR.

Należy zwrócić uwagę na przemysłowe zastosowania chwytaków pneumatycznych, w których rzadko występuje sam chwytak, bowiem najczęściej są to wielofunkcyjne urządzenia chwytające. dr inż. Jan Barczyk PAR Źródła:

Końcowe spostrzeżenia

BOSCH REXROTH www.boschrexroth.com

Rynek chwytaków do robotów przemysłowych ciągle się rozwija, na życzenia użytkowników wprowadzane są wciąż nowe typy chwytaków pneumatycznych. Rozwijane i wprowadzane do produkcji są również konstrukcje chwytaków z napędem elektrycznym, w tym także wieloczłonowe chwytaki dłoniopodobne.

FESTO www.festo.pl GIMATIC (DZV) www.dzv.com.pl PNEUMATSYSTEM www.pneumat.com.pl RECTUS www.rectus.pl SCHUNK www.pl.schunk.com SMC http://2009.oc.smc-cee.com/pl SOMMMER automatic www.sommerautomatic.com

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

31

Temat numeru chwytaki do robotów przemysłowych

Szybka adaptacja robota dzięki modułowej konstrukcji akcesoriów Systemy wymiany narzędzi, rozdzielacze obrotowe, a także układy wyrównywania osi i zabezpieczenia antykolizyjne to, oprócz właściwych chwytaków, ważne części składowe robota, które można stosować w zależności od potrzeb.

Fot. 1. W skład modułowej konstrukcji wchodzą: wymiennik narzędzi, rozdzielacz obrotowy, układ wyrównania osi i zabezpieczenia antykolizyjne

32

Promocja

umożliwiają ich nieprzerwaną eksploatację. Elementy typu systemy wyrównywania osi lub zapobiegania kolizji służą głównie zapewnianiu bezpieczeństwa.

Specjaliści z dziedziny techniki manipulacyjnej i montażowej z Ettlingen opracowali kompletny zestaw, w którym konsekwentnie stosowane są konstrukcje modułowe. W nowym katalogu akcesoriów do robota użytkownicy znajdą rozwiązania pasujące do wszystkich dostępnych wielkości robotów.

W opracowanej na nowo wersji B automatyczne systemy wymiany narzędzi są kluczowymi elementami zapewniającymi elastyczność systemu automatyzacji. Dzięki nim w robotach i manipulatorach można szybko wymienić chwytaki lub narzędzia. Wymiennik narzędzi firmy Sommer-automatic został wyposażony w przemyślaną mechanikę blokującą, która w porównaniu z konwencjonalnymi rozwiązaniami kulowymi umożliwia przeniesienie znacznie wyższego momentu obrotowego. Do tego celu zastosowano sworznie zatrzaskowe,

które są dostosowane do rozprężanej tulei. Wysuwane promieniowo nie tworzą w rowku części zdejmowalnej punktowej powłoki, lecz płasko przylegające połączenie. Blokada jest realizowana za pomocą podwójnie działającego siłownika pneumatycznego, przy czym zintegrowana sprężyna naciskowa (działająca jak zasobnik energii) zapewnia siłę blokady w przypadku spadku ciśnienia.

Fot. 2. Wymiennik narzędzi serii WWR-B

Fot. Sommer-automatic

Firma Sommer-automatic konsekwentnie wdraża konstrukcje modułowe, umożliwiając użytkownikom dostosowywanie robotów do indywidualnych planów i kombinacji. Zgodnie z wymaganiami normy EN-ISO 9409-1 (norma wycofana bez zastąpienia) wszystkie produkty są łączone i wymieniane bez dodatkowych adapterów. Oszczędza to nie tylko cenny czas projektowania i montażu, ale także zmniejsza wymiary konstrukcji, a dokładniej długość konstrukcji przy kołnierzu robota.

Głównymi częściami składowymi robotów lub manipulatorów, które mogą być tworzone w sposób umożliwiający ich późniejsze dostosowywanie do wymagań, są chwytaki. Firma Sommer-automatic proponuje szeroką paletę produktów spełniających niemal każde wymaganie w tym zakresie. Elastyczność systemu automatyzacji zwiększają takie dodatkowe elementy konstrukcji jak ręczne i automatyczne systemy wymiany narzędzi oraz rozdzielacze obrotowe, które ułatwiają wymianę chwytaków lub

Standard Components

Customized solution for your application

Oprócz wyjątkowo dużego przeniesienia momentu obrotowego ta forma blokady cechuje się kompaktową konstrukcją. Użytkownicy mogą nawet przejść na stosowanie konstrukcji o mniejszych wymiarach i tym samym dodatkowo zmniejszyć długość i ciężar na ramieniu robota.

W wersji B mechanika blokady została jeszcze raz powiększona, jednak nie spowodowało to zmiany średnicy zewnętrznej ani zmiany innych wymiarów złączy. W nowej wersji zmodyfikowano również układ przepływu powietrza. Jest on teraz wyposażony w uszczelniacze i umożliwia przyłączenie do 10 pneumatycznych przepustów do zasilenia energią urządzenia umocowanego na zdejmowanej części. Nowe uszczelniacze redukują siły dociskania, a przede wszystkim siły rozłączania przy oddzielaniu elementu zdejmowalnego od części stałej. W finalnej konstrukcji pozwoliło to wyeliminować uchwyt do trzymania elementu zdejmowanego. Wymienniki narzędzi dużego udźwigu WWR 1160 i 1200, które z uwagi na przenoszenie olbrzymiego momentu obrotowego (do 12 000 Nm) są przygotowane na duże obciążenia, stanowią tu wyjątek. Ponieważ w typowych zastosowaniach często są używane kompleksowe systemy chwytaków z własnymi wyspami pneumatycznymi, praktyczniejsze są tu zewnętrzne, indywidualne wymiarowane, przewody zbiorcze doprowadzające sprężone powietrze.

Także zasilanie mediów firma Sommer-automatic rozwiązuje modułowo – za pomocą znormalizowanych modułowych elementów zasilających, które można dopasować do korpusu głównego wymienników narzędzi. Takie prefabrykowane elementy zasilające umożliwiają dołączenie sprężonego powietrza, hydrauliki, wody chłodzącej, elektryki, mogą też pracować jako magistrale. Oczywiste zalety rozwiązań firmy Sommer-automatic w porównaniu ze zintegrowanymi rozwiązaniami innych producentów to nie tylko indywidualne wyposażenie, ale i łatwiejsza konserwacja. Podczas prac serwisowych nie trzeba lutować końcówek (pinów), gdyż elementy tego typu można szybko wymienić.

Oprócz automatycznych wymienników narzędzi dostępne są również ręczne systemy wymiany. W tzw. wymiennikach ręcznych (fot. 4) zastosowano podobną koncepcję systemu blokady, który także tworzy płaskie połączenie między sworzniem blokady a rozprężaną tuleją. Rozwiązanie to umożliwia manipulowanie stosunkowo dużą masą, a także trwałe zachowanie dokładności,

Grippers Swivel Units Shock Absorbers

Robot Accessories

Tool Changers

Rotary Distributors

Crash Protections

Visit us: Automaticon 19.03.13 - 22.03.13 Hall: 3 / Stand: G20

REKLAMA

Fot. Sommer-automatic

Fot. 3. Wymiennik narzędzi serii WWR1000

A member of the Zimmer-Group Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

33

P.H. Ibematic GmbH · Tel.: 089 / 5269320 Email: ibematic1@wp.pl · www.ibematic.com.pl

roboter_hoch_gb.indd 1

22.01.2013 16:42:41

Temat numeru chwytaki do robotów przemysłowych

powtarzalności i bezpieczeństwa procesu. Dźwignia blokady do ręcznego uruchomienia jest wyposażona we wspomaganą sprężynowo funkcję zatrzaskową i w całości chowa się wewnątrz kompaktowej obudowy. Na zewnątrz nie ma żadnych przeszkadzających elementów. System zintegrowanego przepływu powietrza umożliwia zasilanie maksymalnie sześciu oddzielnych dopływów energii. Dodatkowo na obudowie, podobnie jak w automatycznym wymienniku narzędzi, można mocować elektryczne elementy zasilające.

Zwiększaniu elastyczności robota służy też stosowanie rozdzielaczy obrotowych zapobiegających skręcaniu wiązek kabli i przewodów rurowych. Także w przypadku kołnierza przyłączeniowego firma ściśle stosuje się do swoich założeń dotyczących budowy modułowej.

Poza tym rozdzielacze obrotowe odpowiadają w szczególnym stopniu wymaganiom kompaktowej formy konstrukcji.

W porównaniu z oferowanymi na rynku produktami są one o około jedną trzecią mniejsze. Przede wszystkim wynika to z zastosowania uszczelniającego płaskiego pierścienia ślizgowego. Jest on powleczony twardym złotem i umożliwia przepływ małych prądów, przy najwyższej jakości styku. Ten rozdzielacz obrotowy umożliwia nawet 12-biegunowe przenoszenie energii do bezprzewodowego przenoszenia sygnałów oraz do 8-krotne zintegrowane przenoszenia powietrza do bezprzewodowego przenoszenia pneumatycznego. Z uwagi na swoją płaską konstrukcję i stabilność rozdzielacza obrotowego są często stosowane jako stosunkowo tanie rozwiązanie do stołów obrotowych w urządzeniach montażowych.

Fot. 4. Złącze ręczne serii HWR

Kolejne wymagania dotyczące ramienia robota są realizowane przez elementy wyrównania osi z dbałością o zrekompensowanie błędów w zakresie prostoliniowości. Ich działanie bazuje na zasadzie podkładki kulistej połączonej z pakietem sprężyn. Natomiast zabezpieczenia antykolizyjne zapewniają aktywne wychylenie. Rozpoznanie przeciążenia pozwala na przesunięcie nawet o 18 mm w kierunku osi z poziomo do 12,5° oraz na skręt o 360° wokół osi z. Po reakcji na przeciążenie mechaniczna pozycja spoczynkowa gwarantuje powtarzalne ustawienie w punkcie zerowym i precyzyjną powtarzalność.

Nowe rozwiązania firmy Sommer-automatic – od wymiennika narzędzi po zabezpieczenie antykolizyjne – spełniają wymagania normy EN-ISO 9401-1 (norma wycofana bez zastąpienia), dzięki czemu wszystkie takie same serie produkowane zgodnie z normą

mogą być łączone i wymieniane. Modułowa konstrukcja i prosta adaptacja odnosi się również do znormalizowanych elementów zasilających. Cały projekt tworzenia akcesoriów do robota służy temu, by zredukować ciężar na ramieniu robota, a przede wszystkim zminimalizować rozmiary całej konstrukcji. Ekstremalnie płaskie i lżejsze części składowe pozwalają na optymalne wykorzystanie dopuszczalnego momentu obciążenia. Ma to decydujący wpływ na ekonomiczność i wydajność rozwiązań w automatyzacji. Ponieważ znormalizowane wymiary kołnierzy nie wymagają wykonywania i montowania szybkozłączy, koncepcja modułowa firmy Sommer-automatic nie tylko pozwala oszczędzić cenny czas przeznaczany na projektowanie i konstruowanie, ale często przyczynia się także do minimalizacji długości i ciężaru na ramieniu robota.

Firma Sommer-automatic z Ettlingen jest światowym liderem w produkcji komponentów i systemów techniki manipulacyjnej i montażowej. Szeroka paleta produktów obejmuje chwytaki, separatory, jednostki obrotowe i liniowe, akcesoria do robotów, amortyzatory itd.

Specjaliści z firmy Sommer-automatic oferują także rozwiązania dostosowane do specyficznych wymagań. Indywidualnie dopasowywane są standardowe komponenty i kompletne systemy chwytakowe i manipulacyjne.

P.H. Ibematic GmbH tel. 89 526 93 20 e-mail: ibematic1@wp.pl Fot. 5. Rozdzielacz obrotowy serii DVR

34

Promocja

www.ibematic.com.pl

© 2012 SCHUNK GmbH & Co. KG

www.schunk.com

Precyzja nade wszystko Jedyna planeta z milionami różnych gatunków

Budowa chwytaka PGN-plus: 1. Prowadnice wielozębne 2. Szczęki bazowe 3. System czujników 4. Obudowa 5. Otwory montażowe 6. System klinowy

w dziedzinie produkcji komponentów do automatyki przemysłowej – wobec wzrastających wymagań klientów w zakresie precyzji chwytania oraz obciążeń, jakim są poddawane chwytaki, zastąpiła dotychczas produkowany chwytak PGN nową wersją

Fot. Sommer-automatic, SCHUNK Intec

o nazwie PGN-plus.

W PGN-plus wprowadzono znaczące zmiany konstrukcyjne, dzięki czemu charakteryzuje się podwyższoną precyzją chwytania i wzrostem przenoszonych obciążeń. Podstawową zmianą było zastosowanie prowadnic wielozębnych szczęk bazowych. Dzięki temu uzyskano wielopunktowe podparcie szczęk, co zapobiega powstaniu efektu „szuflady” (opisanego w PAR 10/2012), zmniejsza luzy na prowadnicach, a tym samym zwiększa precyzję chwytania i podwyższa wielkość momentów obciążających szczęki chwytaka. W fazie produkcji szczęki bazowe są indywidualnie pasowane do korpusu chwytaka dla zagwarantowania wysokiej precyzji działania. Drugą istotną zmianą konstrukcyjną, w porównaniu z poprzednim modelem, było wprowadzenie owalnej konstrukcji tłoka, a w konsekwencji podwyższenie siły zacisku chwytaka, bez Promocja

Jedyny chwytak z prowadzeniem wielowypustowym

zwiększenia jego wymiarów zewnętrznych.

Firma SCHUNK, w odpowiedzi na zapotrzebowanie rynku, wprowadziła także kolejne wersje poszczególnych typów chwytaka. Obecnie w ofercie są dostępne chwytaki PGN-plus w wersji standardowej i wersjach: przeciwpyłowej, wysokotemperaturowej, antykorozyjnej, przeciwwybuchowej, ze wzmocnioną siłą zacisku, a także o podwyższonej precyzji. Produkty te objęte są 34-miesięczną gwarancją producenta i 30-letnią gwarancję funkcjonalności.

Obecnie SCHUNK oferuje 11 typów chwytaków PGN-plus, z zakresem sił chwytania od 123 do 21 150 N, momentów do 560 Nm i skokiem szczęki bazowej od 2 mm do 45 mm.

Pomimo wyższej ceny, w porównaniu z poprzednikiem, chwytak PGNplus cieszy się dużym zainteresowaniem wśród klientów. W procesie podejmowania decyzji zakupowych decydującymi argumentami są: precyzja, trwałość i niezawodność, połączone z uniwersalnością oraz różnorodność typów i wersji.

O wzroście popularności nowych chwytaków świadczy nie tylko zwiększenie sprzedaży chwytaków kupowanych do nowych rozwiązań, ale także wzrost liczby wymian chwytaków PGN na PGNplus w procesie modernizacji już istniejących linii produkcyjnych. W ciągu ostatnich trzech lat nastąpił ponaddwukrotny wzrost wielkości sprzedaży chwytaków typu PGN-plus. Tendencja ta będzie się utrzymywała w następnych latach w związku z szybkim rozwojem automatyzacji w naszym kraju.

PGN-plus, uniwersalny chwytak firmy SCHUNK

Superior Clamping and Gripping W zakresie technologii mocowania oraz systemów chwytakowych jesteśmy zawsze najlepszym wyborem.

SCHUNK jest na świecie producentem Numer 1 - dostarczamy rozwiązania najwyższej jakości, od najmniejszych chwytaków równoległych po największą ofertę szczęk tokarskich.

Jesteśmy zawsze do Państwa dyspozycji!

SCHUNK Intec Sp. z o.o. ul. Puławska 40 A, 05-500 Piaseczno tel. 22 726 25 03 e-mail: info@pl.schunk.com www.schunk.com

REKLAMA

Firma SCHUNK – światowy lider

Planeta Ziemia, dom wszystkich znanych form życia

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

35

Aplikacje Przemysł chemiczny

Przesiewacze zataczające wyposażono w nośniki RFID do pracy w strefie pyłowej Ex

Turck wdrożył dla znanego producenta z branży chemicznej system na bazie RFID pozwalający automatyczne wykrywać wielkość sit w przesiewaczach.

Dzięki temu można łatwo uzyskać pożądany rozmiar ziaren proszku dyspersyjnego.

36

Promocja

Wacker to producent z branży chemicznej o zasięgu globalnym, zatrudniający ponad 17 tys. osób w 25 obiektach produkcyjnych. Firma dysponuje 20 centrami kompetencji technicznych i 53 biurami sprzedaży na całym świecie. Najważniejszy zakład produkcyjny znajduje się w niemieckim Burghausen – w bajkowo usytuowanym miejscu przy granicy z Austrią, w tzw. bawarskim trójkącie chemicznym. Fabryka zajmuje powierzchnię 2 km2, pracuje w niej ok.

10 tys. osób na 150 stanowiskach.

Zakład w Burghausen wytwarza tysiące różnych produktów. Wśród nich jest proszek dyspersyjny, który, oprócz metylocelulozy, włókien, dodatków hydrofobowych, wchodzi w skład dodatków chemicznych powszechnie stosowanych przy produkcji zapraw klejowych, tynków, klejów do glazury.

Choć na ogół ich zawartość nie przekracza kilku procent masy suchej zaprawy, to spełniają istotną rolę. Dzięki tym dodatkom zaprawy użytkowe są łatwe do przygotowania, wygodne w użyciu, proste w obróbce i mają zwiększoną przyczepność. Dodanie proszku dyspersyjnego do tynków, zapraw, klejów do glazury i innych materiałów budowlanych pozwala na uzyskanie specjalnych właściwości, takich jak wydłużony czas pracy, wysoka elastyczność czy zdolność do szybkiego wiązania i twardnienia. Powstaje on w wyniku osuszania płynnego półproduktu w przeznaczonej do tego celu wieży. Proszek jest rozdrabniany za pomocą drgań w specjalnych sitach, co nadaje ziarnom wymaganą wielkość.

Tak przygotowany produkt jest następnie pakowany.

Fot. Turck

System RFID w sterowaniu pracą przesiewaczy

Istotną cechą proszku dyspersyjnego jest właśnie jego uziarnienie. W zależności od przeznaczenia wytwarza się ziarna takiej wielkości, jaka jest wymagana do otrzymania produktu o konkretnych właściwościach. Firma Wacker, która zdecydowała się zapanować nad tym procesem, wdrożyła do tego celu system identyfikacji RFID. W zakładzie produkcyjnym zgłoszono potrzebę zastosowania systemu pozwalającego na automatyczne wykrywanie wielkości sita użytego w przesiewaczach zataczających, by podnieść jakość produkcji proszków dyspersyjnych. Jego właściwy rozmiar był do tej pory mierzony i dobierany ręcznie przez pracowników fabryki. Aby wykluczyć popełnianie błędów przez człowieka, sita użyte przy produkcji każdej partii należy mierzyć automatycznie. Gwarantuje to nie tylko wysoką jakość samego procesu, lecz także umożliwia jego rejestrację.

Ciągłe wibracje występujące w stosowanych przesiewaczach wymagają sprawdzonych rozwiązań. Pomysł użycia kodowania mechanicznego w połączeniu z czujnikami indukcyjnymi został szybko odrzucony. Sito drga bez przerwy, zatem rozwiązania kablowe również nie wchodziły w grę. Choć stosowano bardzo elastyczne materiały, to każdego miesiąca pracownicy zmuszeni byli wymieniać przewody ekranujące, aby nie dopuścić do uszkodzenia kabli. Z czasem pojawił się pomysł wykorzystania systemu RFID ze względu na szczególne warunki środowiskowe panujące na terenie fabryki. Nowe rozwiązanie

Głowica RFID w wykonaniu Ex odczytuje rozmiar siatki zapisany na nośniku przymocowanym do przesiewacza (po lewej)

musiało również zostać zatwierdzone do użycia w strefie pyłowej Ex. Turck był jedynym producentem, który mógł zaproponować odpowiednie rozwiązanie w oparciu o RFID. Jak dotąd Wacker wyposażył cztery przesiewacze w głowice czytającozapisujące, które są dopuszczone do pracy w strefach Ex 2 (gazowa) i Ex 22 (pyłowa). Każde sito wykorzystywane w produkcji wyposażono w nośnik danych, na którym jest przechowywana informacja o rozmiarze oka sita. Nośnik w kształcie pastylki został przymocowany do jego krawędzi, bezpośrednio pod pasem z optycznym oznaczeniem rozmiaru. Głowice RFID odczytują rozmiar z nośnika i przesyłają dane z użyciem

protokołu Profibus DP do systemu sterowania procesem, używając jednej z trzech stacji BL20.

W trakcie instalacji okazało się również, że blok funkcyjny, jaki dostarcza Turck do swojego systemu RFID, jest przeznaczony do sterowników PLC S7 Siemens, a nie systemów kontroli procesu technologicznego PCS7, jakiego używano w zakładzie. Ścisła współpraca z Turck Support zaowocowała szybkim przystosowaniem bloku funkcyjnego do pracy z istniejącym systemem PCS7.

System RFID wdrożony przez firmę Turck jest używany od ponad roku. Spełnienie oczekiwań klienta wpłynęło na podjęcie decyzji o rozszerzeniu systemu w następnym projekcie. Wacker zdecydował się identyfikować tzw. stacje sprzęgające, również znajdujące się w strefie pyłowej Ex. Dla większej przejrzystości procesu ok. 20 węży o średnicy DN 80 oraz dziewięć stacji należało oznaczyć „kodem cyfrowym”. W tym celu każdy wąż został wyposażony w nośnik z określającym go indywidualnie numerem.

Natomiast komory, do których są one wprowadzane, mają teraz głowicę RFID. Kiedy wąż jest podłączany, system odczytuje właściwy numer z nośnika i, jeśli wszystko zostało wykonane prawidłowo, rozpoczyna proces. Firma Turck, oprócz samego systemu, dostarczyła projekt stacji sprzęgających z gotowym do użycia specjalnym złączem, które umożliwiło realizację zadania.

Fot. Turck

Bartłomiej Besz Product Manager RFID Dane do systemu sterowania PCS7 trafiają przy użyciu magistrali Profibus DP i stacji BL20

TURCK Sp. z o.o. www.turck.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

37

Aplikacje

Prosta diagnostyka z użyciem licznika impulsów w układach sterowania z PLC Interfejs operatora (HMI) w automatyce to nie zawsze efektowny kilkunastocalowy, kolorowy panel dotykowy albo skomplikowany pulpit kontrolny.

Często ogranicza się on do kilku przycisków, przełączników

w przypadku takiego interfejsu należy zapewnić możliwość szybkiej i skutecznej diagnostyki.

Każdy automatyk w którymś momencie trafia na projekt układu sterowania z interfejsem uproszczonym do minimum. Niekiedy jego zastosowanie wynika z powodów ekonomicznych, w innych sytuacjach przyczyną jego użycia mogą być kwalifikacje obsługi. Jednak uproszczony interfejs nie zawsze idzie w parze z prostotą samego układu, a im bardziej jest on złożony, tym więcej potencjalnych przyczyn awarii.

Dobrym przykładem jest układ sterowania urządzenia sekwencyjnego opartego o pneumatyczne elementy wykonawcze (siłowniki). Może to być część automatu pakującego. Aby zapewnić prawidłowe wykonanie sekwencji, zwykle musimy nie tylko w odpowiedniej

kolejności wysterować poszczególne elementy wykonawcze, lecz upewnić się, że dotarły one na swoje pozycje zanim wysterujemy kolejne. W przypadku siłowników pneumatycznych montuje się czujniki kontaktronowe, których styki zwierają się pod wpływem pola magnetycznego tłoka (wyposażonego w magnes stały). Często są to dwa czujniki do jednego siłownika, dające sygnały w dwóch skrajnych położeniach tłoka. Urządzenie sekwencyjne wyposażone w kilkanaście tak skonfigurowanych siłowników może zatem generować nawet dwa razy więcej sygnałów zwrotnych. Powinny one być wykorzystywane nie tylko do sterowania poszczególnymi etapami sekwencji, lecz także do sygnalizowania, że któryś z tych siłowników, albo kilka równocześnie, zablokował się i nie wykona ruchu do końca, np. na skutek zapchania urządzenia. Pojawia się więc nawet kilkadziesiąt potencjalnych źródeł awarii.

W dodatku może wystąpić kilka z nich

Rys. 1. Wygląd, oznaczenia i sposób podłączenia wejść licznika LXC900-V

38

równocześnie. Wtedy w jej szybkim usunięciu – poza kontrolką sygnalizującą sam fakt wystąpienia awarii – bardzo pomocne okazuje się wskazanie źródła, czyli konkretnego siłownika.

Umieszczenie na pulpicie kontrolnym kilkudziesięciu lampek z różnych powodów może być trudne do realizacji. Często nie ma na to miejsca. Do tego dochodzi problem z rozbudową systemu – dodanie kolejnego siłownika wiązałoby się z koniecznością każdorazowej przeróbki pulpitu. Poza tym w trakcie uruchamiania systemu potencjalnie mogą pojawić się nowe źródła awarii, których nie przewidzieliśmy na etapie projektowania interfejsu. Idealnym rozwiązaniem byłby nieskomplikowany system z kontrolkami, prosty, ale jednocześnie kompaktowy i elastyczny. Istnieją oczywiście tekstowe wyświetlacze komunikatów, ale wymagają one najczęściej złożonego interfejsu komunikacyjnego, zajmują dużo miejsca i są stosunkowo drogie.

W urządzeniach elektronicznych (choćby w sterownikach sprzętu AGD) już od dawna stosuje się proste wyświetlacze z tzw. kodami błędów. Mając instrukcje z listą tych kodów i ich opisami, jesteśmy w stanie szybko określić przyczynę awarii. Może więc warto umieścić taki wyświetlacz na pulpicie kontrolnym układu sterowania.

Fot. Mitsubishi Electric, Selec, Kubler

i kontrolek. Jednak nawet

Tab. 1. Rodzaje i oznaczenia jednostek centralnych serii FX3G Oznaczenie

Zasilanie

Liczba wejść/ /wyjść

Typ wejść

Typ wyjść

FX3G-14MR/ES

AC

8/6

24 V DC (sink/source)

przekaźnikowe

FX3G-14MT/ES

AC

8/6

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (sink)

FX3G-14MT/ESS

AC

8/6

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (source)

FX3G-24MR/ES

AC

14/10

24 V DC (sink/source)

przekaźnikowe

FX3G-24MT/ES

AC

14/10

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (sink)

FX3G-24MT/ESS

AC

14/10

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (source)

FX3G-40MR/ES

AC

24/16

24 V DC (sink/source)

przekaźnikowe

FX3G-40MT/ES

AC

24/16

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (sink)

FX3G-40MT/ESS

AC

24/16

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (source)

FX3G-60MR/ES

AC

36/24

24 V DC (sink/source)

przekaźnikowe

FX3G-60MT/ES

AC

36/24

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (sink)

FX3G-60MT/ESS

AC

36/24

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (source)

FX3G-14MR/DS

DC

8/6

24 V DC (sink/source)

przekaźnikowe

FX3G-14MT/DS

DC

8/6

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (sink)

FX3G-14MT/DSS

DC

8/6

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (source)

FX3G-24MR/DS

DC

14/10

24 V DC (sink/source)

przekaźnikowe

FX3G-24MT/DS

DC

14/10

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (sink)

FX3G-24MT/DSS

DC

14/10

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (source)

FX3G-40MR/DS

DC

24/16

24 V DC (sink/source)

przekaźnikowe

FX3G-40MT/DS

DC

24/16

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (sink)

FX3G-40MT/DSS

DC

24/16

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (source)

FX3G-60MR/DS

DC

36/24

24 V DC (sink/source)

przekaźnikowe

FX3G-60MT/DS

DC

36/24

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (sink)

FX3G-60MT/DSS

DC

36/24

24 V DC (sink/source)

tranzystorowe (source)

Fot. Mitsubishi Electric, Selec, Kubler

Założenia Układy sterowania do zastosowań przemysłowych powinny gwarantować niezawodność oraz łatwy dostęp i prostą wymianę podzespołów. Wyświetlacz własnej konstrukcji raczej nie będzie miał tych wszystkich cech. Dedykowanych układów w wykonaniu przemysłowym jest sporo na rynku, jeśli jednak chcemy maksymalnie uprościć interfejs pomiędzy wyświetlaczem a sterownikiem PLC warto zastosować układ z kasowalnym, elektronicznym licznikiem impulsów typu wskazującego. Będzie to wprawdzie dosyć nietypowe zastosowanie, ale wymaga ono tylko dwóch wyjść PLC (jednego jako generatora impulsów dla licznika oraz drugiego do jego kasowania). W układzie takim wyświetlenie kodu błędu ogranicza się do skasowania poprzedniego wskazania licznika i wygenerowania liczby impulsów odpowiadającej numerowi błędu.

W tym celu większość kompaktowych sterowników PLC wyposażono w dedykowane instrukcje, co dodatkowo upraszcza program.

Oczywiście taki licznik wyświetla naraz tylko jeden kod. Należy zatem

przygotować się na sytuację, w której wystąpi kilka awarii jednocześnie.

Trzeba stworzyć w programie bufor błędów i procedury umożliwiające ich cykliczne wyświetlanie.

Realizacja sprzętowa W przykładowym układzie użyjemy sterownika kompaktowego FX3G firmy Mitsubishi Electric. Te sterowniki kompaktowe trzeciej generacji łączą przystępną cenę z bardzo rozbudowanymi możliwościami. Urządzenie ma również bogatą gamę wbudowanych funkcji, które znacznie przyspieszają i upraszczają tworzenie programu.

Sterowniki FX3G mogą być zasilane napięciem przemiennym (100–230 V) lub stałym (24 V). Zawierają, w zależności od wersji, od 14 do 60 wbudowanych punktów wejść/wyjść z możliwością rozszerzenia dzięki dwumagistralowej architekturze o wiele dodatkowych modułów. Standardowo każda jednostka wyposażona jest w szybkie liczniki oraz szybkie wyjścia. Najistotniejsze cechy i oznaczenia sterowników FX3G zamieszczono w tab. 1. W przykładzie zastosowano najmniejszą jednostkę z serii, zasilaną napięciem 230 V, z wyjściami tranzystorowymi typu PNP (source), tj. FX3G-14MT/ESS. Jako wyświetlacza kodów błędów można użyć każdego licznika impulsów z wejściem kasującym. W przykładzie zastosowano licznik Selec LXC900-V. Jest on wyposażony w potencjałowe wejście zliczające (24–260 V AC), bezpotencjałowe wejście kasujące i zasilany bateryjnie. Model ten, zgodnie z danymi producenta, obsługuje sygnały o częstotliwości do 14 Hz. Gdyby jednak ta okazała się zbyt wolna, można zawsze wybrać model LXC900-C z bezpotencjałowym

Rys. 2. Schemat połączeń układu

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

39

Aplikacje

W przypadku użycia licznika z bezpotencjałowym wejściem zliczającym (np. LXC900-C) należy zastosować np. łącznik bezstykowy, zamiast bezpośredniego połączenia wyjścia Y0 sterownika PLC z wejściem zliczającym licznika.

wejściem zliczającym obsługującym do 100 Hz. Na rys. 1 pokazano oznaczenia i sposób podłączenia wejść dla licznika w wersji LXC900-V. Najprostszy sposób połączenia sterownika PLC z licznikiem LXC900-V przedstawia rys. 2. Spośród dostępnych wyjść FX3G wykorzystano Y0 i Y1. Pierwsze z nich połączono z wejściem zliczającym licznika, a drugie zasila cewkę przekaźnika K1 (dowolny przekaźnik z cewką zasilaną napięciem 24 V DC). Jego styk wykorzystano do kasowania wskazań licznika, realizowanego poprzez zwarcie złącza RST (5) z COM (4). Złącza V0 i V1 umożliwiają zasilenie wyjść i przy wyjściach typu PNP są przyłączone do napięcia 24 V DC.

Rys. 3. Algorytmy podprogramu P30

Rys. 5. Etapy wykonywania podprogramu P32

40

Program

Rys. 4. Algorytmy podprogramu P31

Środowisko programistyczne tego sterownika to GX Developer. Udostępnia ono trzy języki programowania: listę instrukcji, schemat drabinkowy oraz sieć działań (SFC). Z uwagi na przejrzystość oraz możliwość przenoszenia, cały program zapisano w schemacie drabinkowym. Został on podzielony na część główną, wykonywaną cyklicznie, oraz trzy podprogramy. GX Developer umożliwia strukturyzację programu za pomocą tzw. wskaźników rozgałęzień, tj. etykiet, które można wywołać w instrukcji skoku. Wykorzystano wskaźniki P30, P31 i P32 i dalej tak właśnie nazwano poszczególne podprogramy.

W części głównej (listing 1) wywoływane są jedynie trzy podprogramy. Zakładamy, że program w najprostszej wersji będzie miał jedynie część inicjującą, wywoływaną jednorazowo po każdym uruchomieniu sterowania (tutaj oznaczoną jako P0), część odpowiedzialną za obsługę błędów (P20) oraz tę odpowiedzialną za ich wyświetlanie przy użyciu licznika (P30). Oczywiście pomijamy część odpowiedzialną za samo sterowanie urządzeniem, która jest ściśle uzależniona od wymagań konkretnej aplikacji.

Podprogram P30 (listing 3) to główna pętla obsługi diagnostyki. Jest wywoływany cyklicznie z części głównej programu. Z jego poziomu wywoływany jest podprogram P31, w którym wykonywana jest obsługa licznika, oraz podprogram P32, w którym aktualizowana jest lista błędów. Sygnalizacja odbywa

się za pomocą flag w zakresie od M200 do M249, umożliwiając obsługę maksymalnie 50 błędów. Liczba ta powinna być wystarczająca do większości aplikacji realizowanych przy użyciu sterowników kompaktowych, ale w razie potrzeby łatwo można ją powiększyć.

Oczywiście flagi błędów powinny być ustawiane i kasowane w części odpowiedzialnej za ich obsługę (P20). Numeracja błędów rozpoczynająca się od 1 pozwala zastosować kod 0 do sygnalizacji poprawnej pracy. Rys. 3. przedstawia algorytm podprogramu P30.

Właściwa obsługa licznika impulsów odbywa się w podprogramie P31.

Ma on postać sekwencji realizowanej w sześciu krokach (ponumerowanych od 0 do 5). Na rys. 4. przedstawiono algorytm tego podprogramu.

Krok zerowy to inicjowanie sekwencji (jest to wykorzystywane przez program P30). Następnie sprawdzane jest, czy nowy kod do wyświetlenia różni się od poprzedniego. Jeżeli tak, następuje przejście do kroku pierwszego. W przeciwnym razie program przechodzi do kroku piątego. Jest to rodzaj zabezpieczenia przed niepotrzebnym wyświetleniem tego samego kodu.

W kroku pierwszym kasowane jest poprzednie wskazanie licznika – poprzez podtrzymanie stanu wysokiego na wyjściu Y1 przez pół sekundy. Powoduje to wysterowanie cewki przekaźnika K1 i zwarcie poprzez jego styk wejścia RST licznika do potencjału 0 V. Po skasowaniu licznika program przechodzi do kolejnego kroku.

Krok drugi realizuje opóźnienie pomiędzy sygnałem kasującym wskazanie licznika a ciągiem impulsów na wejście zliczające. Opóźnienie to trwa również pół sekundy. Po tym czasie sprawdzane jest, czy nowy kod jest większy od zera.

Jeśli tak, następuje przejście do kroku trzeciego. W przeciwnym razie program przechodzi do kroku piątego.

W kroku trzecim wykonywana jest instrukcja PLSY, generująca ciąg impulsów na wyjściu Y0. Wyjście to połączone jest z wejściem zliczającym (oznaczonym jako CNT) licznika. Dzięki temu wyświetla się na nim zadany kod. Instrukcja PLSY (funkcja nr 57) wymaga podania trzech argumentów: częstotliwości impulsów wyjściowych (w zakresie 1–32 767 Hz), ich liczby (1–32 767 impulsów) oraz wyjścia, na którym mają być one wygenerowane (do wyboru są Y0 i Y1).

Po zakończeniu wykonywania instrukcji PLSY, sygnalizowanego przez

Listing 1. Główna część programu

Listing 2. Przykładowa realizacja podprogramu P20

Listing 3. Podprogram P30

marker M8029, program przechodzi do kroku czwartego.

Czwarty krok realizuje następne opóźnienie, tym razem pomiędzy

wyświetleniem kolejnych kodów. Trwa ono w tym przypadku 2 sekundy. Po upływnie tego czasu następuje przejście do kroku piątego.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

41

Aplikacje

Krok piąty oznacza zakończenie wyświetlania kodu. Jest to sygnał dla programu nadrzędnego (P30), by zacząć wyświetlać następny. Realizację podprogramu przedstawia listing 4.

W podprogramie P32 tworzona jest tablica z kodami błędów, która wykorzystywana jest do naprzemiennego wyświetlania wszystkich aktywnych awarii.

Zarezerwowano dla niej obszar pamięci sterownika od D3000 do D3049. Podprogram zawiera dwie pętle. Pierwsza przebiega obszar od M200 do M249 i sprawdza przy tym, które błędy są aktywne. Zapisuje odpowiadające im numery (od 1 do 50), zaczynając od adresu D3000. Jeśli aktywnych jest x awarii, to zapisany zostanie obszar od D3000 do D3000 + x. Następnie reszta, tj. od adresu D3000 + x + 1 do D3049, jest wypełniana zerami.

Sposób działania obydwu pętli przedstawiono na rys. 5, natomiast listing 5 pokazuje realizację podprogramu P32.

Podsumowanie

Listing 4. Podprogram P31

Oczywiście opisany powyżej program należałoby uzupełnić przynajmniej o część inicjującą oraz tę dotyczącą obsługi błędów. Jednak części te ściśle zależą od typu aplikacji, której sterowanie wykonujemy. Przykładową obsługę awarii (blokady w dwóch skrajnych położeniach) dla siłownika sterowanego z wyjścia Y002, którego czujniki podpięto do wejść X001 i X002, pokazano na listingu 2. W tym przypadku do wejścia X000 jest podłączony przycisk kasowania błędów. Awarie sygnalizowane są flagami M200 i M201, co odpowiada kodom 1 i 2.

Przykładowy program został przygotowany do sterowników serii FX firmy Mitsubishi Electric, ale s amo rozwiązanie ze względu na swoją prostotę można zaadaptować do dowolnych sterowników PLC. Nie wymaga ono stosowania magistrali komunikacyjnej, a przy odpowiednio niskiej częstotliwości impulsów można do ich generowania posłużyć się nawet wyjściem o ogólnym przeznaczeniu. Użycie szybkiego wyjścia w programie przykładowym wynikało jedynie z możliwości skorzystania z gotowej funkcji PLSY, która obsługuje tylko taki typ wyjść. Jednocześnie rozwiązanie takie jest jednym z najtańszych w aplikacjach, w których nie ma potrzeby stosowania paneli operatorskich.

mgr inż. Marcin Zawisza Listing 5. Podprogram P32

42

PAR

Centrum Szkoleniowe PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa, tel. 22 87 40 194 lub 223 e-mail: cspiap@piap.pl www.przemysl.piap.pl

Centrum Szkoleniowe PIAP

Profesjonalne szkolenia dla przemysłu i kadry inżynierskiej Podnoszenie kwalifikacji personelu w przemyśle jest istotnym elementem konkurencyjności przedsiębiorstw produkcyjnych. Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP oferuje wyspecjalizowane szkolenia dla przedsiębiorstw produkcyjnych prowadzone przez inżynierów praktyków.

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP od 1965 roku na rynku polskim i zagranicznym wdraża rozwiązania oparte na najnowszych technologiach z dziedziny robotyki, automatyki i technik pomiarowych. Obok głównej specjalizacji – robotyki przemysłowej, uznanie Instytutowi przynoszą opracowania z zakresu automatyki i systemów bezpieczeństwa.

Efekty prac badawczo-rozwojowych prowadzonych w PIAP znajdują swoich odbiorców zarówno wśród polskich, jak i zagranicznych partnerów komercyjnych i publicznych. PIAP bierze czynny udział w międzynarodowych projektach naukowych i badawczych, realizowanych w ramach programów finansowanych ze środków Unii Europejskiej.

Centrum Szkoleniowe PIAP oferuje szkolenia z zakresu: • • • • •

Roboty przemysłowe – programowanie i obsługa robotów: ABB, FANUC, KUKA Prototypowanie – od koncepcji, przez projekt do wykonania Napędy i sterowanie – zastosowanie i programowanie serwonapędów Nauka dla przedsiębiorców – praktyczne rozwiązania Recykling pojazdów wycofanych z eksploatacji

Najwyższej klasy kadra inżynierska i naukowa oraz najnowocześniejsza infrastruktura techniczna pozwalają wprowadzać na polski rynek pierwsze w pełni wyspecjalizowane i profesjonalne szkolenia w zakresie inżynierii. Centrum Szkoleniowe PIAP w pełnym zakresie zaspokaja stale rosnące potrzeby przemysłu w zakresie najnowszych technologii i rozwiązań technicznych. Marka i pozycja PIAP, jako lidera rynku w zakresie badań nad najnowocześniejszymi rozwiązaniami technicznymi, daje Państwu gwarancję otrzymania aktualnej i rzetelnej wiedzy.

Więcej informacji oraz pełna oferta szkoleń na stronie www.przemysl.piap.pl

Rozmowa PAR

W zglobalizowanym świecie nauki i techniki Rozmowa z profesorem Jackiem Żuradą z University of Louisville, pierwszym Polakiem na stanowisku wiceprezesa IEEE.

Jakie możliwości otwiera ta funkcja?

W IEEE dbamy o własność intelektualną i promujemy nowoczesne technologie w elektronice, energetyce, robotyce, telekomunikacji i informatyce, które rewolucjonizują jakość i poziom życia dosłownie wszystkich ludzi, nawet w bardzo odległych zakątkach świata. W mojej nowej roli będę przewodził ok. 160 czasopismom naukowym, które są w czołówce wszystkich rankingów, oraz ponad 1000 konferencjom

44

naukowym organizowanym dla członków IEEE i osób zainteresowanych. Odbiorcami naszych wydawnictw i pakietu elektronicznego z ponad 3,5 milionami artykułów są wszystkie znaczące uczelnie na świecie i każda większa firma z naszej branży.

Jakie wyzwania stoją dziś przed IEEE? Staramy się znaleźć równowagę między klasycznym typem publikacji (subsydiowanej dla członków IEEE przez subskrypcje sprzedawane firmom i konsorcjom uniwersyteckim) a wschodzącym modelem open access, w którym autor artykułu płaci za opublikowanie pracy, zaś czytelnik nie. Planujemy bardziej efektywnie pomagać inżynierom z branży przemysłowej w sytuacji, kiedy muszą się oni przeszkalać dwa do trzech razy w okresie swej aktywności zawodowej. Ważne jest też, aby związać wszystkich członków IEEE z choćby jednym society najbliższym ich specjalności. Zamierzamy też organizować społeczności w nowo rozwijających się technologiach, np. Internet of Things, technologiach rewolucjonizujących opiekę zdrowotną, bądź technikach nauczania i studiów uniwersyteckich.

W swoim programie wyborczym wspomniał Pan, że jako wiceprezydent IEEE będzie dążył do zredukowania ekonomicznych i kulturalnych barier, na jakie napotykają potencjalni nowi członkowie. W jaki sposób? A czy Pan jako młody naukowiec z socjalistycznej Polski nie pokonywał niegdyś barier?

Bariery rozwoju naukowego czy postępu technologii, które napotykaliśmy do lat 80. w Polsce, były na każdym kroku. Wynikały z samego dogmatu ustrojowego, ale też i niewydolności systemu

Jacek M. Żurada ukończył studia na Wydziale Elektroniki Politechniki Gdańskiej w 1968 r., doktorat uzyskał w 1975 r. Od 1981 r. pełni funkcję profesora inżynierii elektrycznej i komputerowej na University of Louisville w USA; w latach 2000–06 był Dziekanem Wydziału.

Jest profesorem tytularnym w Polsce od 2003 r., członkiem zagranicznym PAN od 2005 r., oraz Fellow IEEE. Od stycznia 2013 wiceprezes tej organizacji. Posiada wiele zaszczytnych wyróżnień krajowych i międzynarodowych za osiągnięcia naukowe i pracę organizacyjną.

Prywatnie koneser klasyki bluesa i rock’n rolla (do ulubionych artystów zalicza Frieddiego Kinga, BB Kinga, Jamesa Elmore’a, Roberta Johnsona, Johna Lennona, Rolling Stones, Boba Dylana i nade wszystko, jak sam mówi, Grateful Dead).

polityczno-gospodarczego. Dziś już barier tych w Polsce nie ma i zniknęły też prawie w całej Europie. Jesteśmy natomiast świadkami i uczestnikami wielkiego postępu cywilizacyjnego w skali świata, a globalizacja szybko dźwiga z zacofania jeszcze do niedawna ubogie społeczeństwa i zbliża je do krajów zamożnych pod względem poziomu życia, usług, dostępu do wykształcenia. Myślę tu o Azji, Ameryce Południowej, Afryce.

Ponieważ postęp technologiczny jest ważną składową tego procesu, misją IEEE jest dotarcie z naszą informacją do każdego zakątka świata. Aby pokonać bariery finansowe, nasi członkowie,

Fot. PAR

Kilka miesięcy temu został Pan wiceprezesem IEEE, największego na świecie stowarzyszenia naukowego i jednocześnie organizacji zawodowej liczącej 430 tysięcy członków z całego świata.

Jak to się stało, że zaczął Pan działalność w strukturach IEEE? W IEEE zacząłem działać przed kilkunastu laty. W latach 1998–2003 byłem redaktorem naczelnym wiodącego czasopisma „IEEE Transactions on Neural Networks”. Potem wybrano mnie na stanowisko Prezydenta IEEE Computational Intelligence Society, zrzeszającego ponad sześć tysięcy członków. Ostatnio, już w latach 2009–12, byłem Przewodniczącym Komisji Periodyków oraz Komisji Oceny Periodyków IEEE. W tym okresie doszedłem do wniosku, że chcę się zaangażować w aktywność organizacyjną i służyć moim doświadczeniem społeczeństwu nie tylko w sali wykładowej czy w laboratorium, ale bardziej globalnie. Robię to z przeświadczeniem, że nasza praca organizacyjna oddaje nieocenione usługi całej ludzkości. Od stycznia br. oprócz mojej pracy na uczelni w Louisville współkieruję bardzo ważnym pionem IEEE, ze szczególnym naciskiem na rozwój i szerzenie działalności międzynarodowej.

kandydaci na członków w krajach mniej zamożnych oraz uczestnicy konferencji są wspomagani różnymi dotacjami. Chcemy też ściślej współpracować ze stowarzyszeniami w krajach szybko rozwijających się. Powstają tam centra badawcze, coraz lepsze uniwersytety i wyrastają nowe generacje naukowców – autorów artykułów, tworzy się baza, ale nie nadąża sama nadbudowa. Właśnie IEEE pomaga w wykształceniu tej nadbudowy przez tworzenie i ochronę własności intelektualnej. Mamy tu wypracowane i sprawdzone wzorce.

Fot. PAR

Gdzie dziś leży Ziemia Obiecana młodych naukowców?

Recepta jest prosta, choć wymagająca wyrzeczeń. Ziemia Obiecana to zamiłowanie, praca, dyscyplina, koncentracja na celu, optymizm, wytrwałość. Na pociechę dodam, że są to warunki do odniesienia każdego większego sukcesu w życiu. W nauce po doszlusowaniu do czołówki wchodzimy w fazę odkrycia.

Przestajemy koncentrować się na studiach i już bez fascynacji tym, co wymyślił ktoś inny, kwestionujemy uznaną metodę, wyniki, ocenę zjawiska i myślimy o czymś lepszym, nowym. Ale wielu z nami konkuruje.

Największa wygrana w karierze naukowca przychodzi, gdy zakwestionujemy już nie same wyniki czy metody, ale uznane powszechnie założenia i sformułujemy nową tezę – prawdziwą i użyteczną. Artykuł czy pomysł z taką odkrywczą tezą będzie miał po paru latach setki, o ile nie tysiące, cytowań. Dlatego też naukowiec powinien podjąć próbę opublikowania swej pracy w dobrym czasopiśmie, tak aby nie zginęła w morzu literatury naukowej i aby została dostrzeżona i być może podchwycona przez innych.

Co dziś jest miarą sukcesu w nauce?

Niektórzy mierzą sukces badań naukowych liczbą opublikowanych prac, książek, wystąpień, wdrożeń, patentów czy wielkością środków zdobytych na badania. To są niezłe i przeliczalne miary, ale raczej subiektywne. Jeśli chodzi o bardziej obiektywną ocenę badań, to musimy oddać głos całemu zglobalizowanemu światu nauki, który ocenia nasze publikacje, odnosząc się do nich w formie cytowania. Cytowanie przez kogoś naszej pracy jest głosem „ za”, natomiast jego brak jest wstrzymaniem się od głosu. Wiem, że się bardziej odnosi się to do naukowców niż do inżynierów w przemyśle. Inżynierom – czytelnikom

tego wywiadu, których cytowania w ogóle nie interesują, powiem natomiast, że zawód inżyniera jest fascynujący i społeczeństwo ma w stosunku do nas wszystkich wielkie oczekiwania. Jest to ważne wyzwanie. Nasi inżynierowie pracują nad wdrożeniami badań stosowanych.

Swój program wyborczy przygotował Pan m.in. w jednym z dialektów chińskich. Przyszło mi do głowy, że w organizacji, której mniej więcej połowa członków mieszka w USA – czyli w IEEE – Chińczycy zaczynają odgrywać coraz większą rolę.

W IEEE przestrzegamy zasady, aby wszelkie nasze władze samorządowe zawierały proporcjonalną reprezentację każdej grupy narodowościowej. W przypadku Chin mamy, według mnie, pewną dysproporcję i dążymy do tego, aby zaktywizować tamtejsze kadry naukowo-inżynierskie i zachęcić je do uczestnictwa w samorządach. Dążymy do tego, by w naszej organizacji o zasięgu światowym wszelkie decyzje były podejmowane przy proporcjonalnym udziale wszystkich grup narodowościowych.

Mamy duże osiągnięcia w coraz szerszym zaangażowaniu azjatyckich społeczności naukowych, które przyciąga nasz prestiż i wypracowane przez pokolenia wzorce samorządu i demokracji

konfucjanizmu – szacunku dla nauczyciela i nauki – sprzyjają rozwojowi. Towarzyszą temu też ambicje i wysokie aspiracje. Jestem przekonany, że w miarę upływu lat rosnąca zamożność tego społeczeństwa przełoży się na lepsze wyposażenie laboratoriów i znaczny wzrost wartości badań pochodzących z krajów Azji, szczególnie z Chin. Już dzisiaj mamy silne grupy naukowców w Południowej Korei i Japonii, mimo że potencjał ludnościowy tych krajów jest bardziej ograniczony niż Chin.

Czy znany jest Panu model chińskiego rynku czasopism naukowych? Czy tamtejsi naukowcy koncentrują się na periodykach amerykańskich, najliczniej przecież reprezentowanych na tzw. liście filadelfijskiej? A może budują konkurencyjny model?

Na razie autorzy z Azji są mocno obecni na naszym rynku autorskim i w markowych periodykach z naszej dziedziny, ale brak jest tam lokalnych, wiodących tytułów. Nie mam jednak wątpliwości, że w przyszłości będziemy świadkami podobnej aktywności, jaką dziś widzimy wśród autorów, również w zakresie kształtowania nowych periodyków. Myślę, że nastąpi to właśnie w Azji w perspektywie 15 do 20 lat, ale wymaga to wieloletniej budowy samej tkanki ży-

Chcemy ściślej współpracować ze stowarzyszeniami w krajach szybko rozwijających się. Powstają tam centra badawcze, coraz lepsze uniwersytety i wyrastają nowe generacje naukowców w nauce, w dziedzinie ochrony własności intelektualnej i krzewienia tradycji.

Dodam, że sięgamy aktywnie do tych dojrzałych doświadczeń.

Jest Pan doktorem honoris causa czterech chińskich uczelni. Uniwersytety Państwa Środka pną się w światowych rankingach. Jakie, według Pana, są przyczyny tego błyskawicznego rozwoju? Czy w tym przypadku ilość przekłada się na jakość?

W ślad za towarami z Chin, które nabywamy w Europie czy w Stanach Zjednoczonych, zwiększa się też obecność chińskich naukowców w świecie i ich udział w postępie nauki. Tradycje

cia naukowego. Osobiście uważam, że wszelka konkurencja jest tu pożądana, bo umożliwi dalsze podnoszenie poziomu ok. 160 naszych periodyków, które cieszą się światową renomą.

W latach 2012–13 przewodniczy Pan Komisji Periodyków oraz Komisji Oceny Periodyków IEEE. Wcześniej był Pan m.in. redaktorem naczelnym najlepszego czasopisma w swojej dziedzinie: „IEEE Transactions on Neural Networks”. Co decyduje o sukcesie czasopisma?

Sukces czasopisma naukowego zależy od tego, czy przyciągnie ono najlepszych autorów, którzy publikować będą

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

45

Rozmowa PAR

cytowalne artykuły, co – jak mówiłem – jest miernikiem sukcesu indywidualnej pracy, pomysłu czy autora. Składa się na taki sukces pozycja, jaką pismo wypracowało w danej społeczności naukowej, i częstość jego cytowań mierzona współczynnikiem znanym jako Impact Factor (IF). Jest to miara „dostrzegalności” pisma, bo jest przecież oczywiste, że każdy autor chce tak upublicznić swoją pracę, aby odbiła się szerokim echem. Istnieją czasopisma z IF = 50, w których przeciętny artykuł jest cytowany w literaturze 50 razy na rok przez parę lat po jego ukazaniu się, ale i są inne periodyki o IF = 1/10. Pismo pracuje na wysoki IF latami – decyduje o tym żmudna praca redaktorów, recenzentów i oczywiście autorów.

Jak rozwój Internetu wpłynął na czasopisma, np. na kwestię plagiatu czy autoplagiatu?

Internet tak zrewolucjonizował i zdemokratyzował dostęp do wszelkiej informacji, w tym też do informacji naukowej, jak żaden z poprzednich wynalazków w historii ludzkości. Mamy więc eksplozję liczby publikowanych prac i ułatwiony, a nawet często publiczny, otwarty dostęp do wielu z nich. Jest to niezwykłe dobrodziejstwo dla wszystkich. Ubocznym produktem tego trendu są niestety plagiaty, które są częstym utrudnieniem w pracy redaktorskiej. Jednak dostępny jest już software, który dość efektywnie sprawdza każdy nowo nadesłany artykuł pod tym kątem. Muszę dodać, że wiele prac jest plagiatowanych bez złej woli autorów i często dlatego, że w niektórych społeczeństwach pojęcia oryginalności i własności ani nie są tak jasno zdefiniowane, ani tak egzekwowane jak w naszej kulturze.

Jakie jest Pańskie zdanie o ruchu open acccess? Czy sekcja wydawnicza IEEE ma jakieś oficjalne plany w związku z open access? A jeśli tak, to jakie?

Wprowadzamy wiele innowacji, autorzy i czytelnicy widzą w tym zakresie liczne zmiany. Wszystkie nasze periodyki bez wyjątku w br. stały się hybrydowe. Za sumę 1350 lub 1750 dolarów każdy autor może opublikować swój artykuł „otwarty”, który będzie dostępny po wsze czasy na łamach IEEE. Oczywiście, dla istniejących periodyków ten system będzie współistniał z systemem tradycyjnym. Wprowadzamy też kilka

46

nowych tytułów wyłącznie typu open access. Wreszcie, w tym roku pojawił się nowy megaperiodyk „IEEE Access” o profilu tak szerokim jak całe IEEE, umożliwiający szybkie publikowanie i ocenę bądź komentowanie każdego artykułu.

Jeszcze nigdy żaden Polak nie zaszedł tak wysoko w strukturach IEEE. W listopadzie 2012 r. odbyła się jubileuszowa sesja Polskiej Sekcji IEEE z okazji 40-lecia jej powstania. Wiem, że uczestniczył Pan w tym wydarzeniu.

Czy ma Pan jakieś uwagi bądź rady dla Polskiej Sekcji?

Sekcja w Polsce ma tradycje pionierskiej organizacji, która inicjowała kontakty polskich inżynierów elektroników i elektryków z zagranicą w latach 70. Nie było to wtedy łatwe. Obecnie Polska Sekcja IEEE może się poszczycić wielkim dorobkiem. Zorganizowała wiele udanych konferencji, jej oddziały działają bardzo aktywnie w Warszawie i w innych ośrodkach w Polsce. Są dziś w niej redaktorzy naczelni wiodących periodyków, prezydenci stowarzyszeń, dyrektorzy instytutów, przewodniczący konferencji, członkowie egzekutyw w stowarzyszeniach. Mieszka też w Polsce aż 17 członków Fellow IEEE, osób wybitnie zasłużonych w naszym zawodzie.

Obecnie w Polskiej Sekcji potrzebni są młodzi inżynierowie i naukowcy – energiczni ochotnicy, entuzjaści i wizjonerzy – im stwarzamy pole do działania.

Od naukowców oczekujemy przełomowych artykułów naukowych, od ochotników – organizacji znakomitych konferencji w kraju i wielu innych chętnych do wspierania naszych akcji. Na pewno warto naszą organizację w Polsce bardziej upowszechnić, a do aktywności zachęcić studentów i doktorantów.

W swoim programie wyborczym wśród warunków sukcesu wymienił Pan rozszerzenie oferty edukacyjnej pod kątem praktycznym. Wprawdzie chodzi tu o szkolenia, ale nasunęło mi się pytanie o stosunek uczelni do zapotrzebowania rynkowego. W Polsce wysokie bezrobocie tłumaczy się brakiem przygotowania absolwentów do wymagań rynku pracy. Ponoć nawet na politechnikach studenci uczą się zbyt wiele trudnej teorii, zamiast zdobyć umiejętność wkręcania śrubek. A teraz zupełnie serio zapytam: co amerykańscy

pracodawcy sądzą o absolwentach np.

Pańskiej uczelni w Louisville? Czy także narzekają? Czy w ogóle w USA przyjęte jest narzekanie i powszechna krytyka naukowców i systemu kształcenia? Bo mam wrażenie, że w Polsce ostatnio należy to do osobliwie pojętego dobrego tonu? Czy w USA istnieje praktyka polegająca na tym, że np. uczelnia konsultuje z firmami ofertę edukacyjną?

W Stanach Zjednoczonych uczelnie mają szeroką autonomię w kształtowaniu programów studiów i nasi doradcy, którzy formalnie zasiadają we władzach wydziału, są zapraszani do współkształtowania tych programów. Najczęściej są to przedstawiciele przemysłu, lokalnych bądź stanowych władz, często absolwenci naszego kierunku, którzy doszli do poważnych stanowisk w sektorze prywatnym lub rządowym. Takie regularne konsultacje z interesariuszami są wręcz wymogiem akredytacyjnym, a przez współpracę z nimi mamy na naszej uczelni możliwości sterowania procesem kształcenia. Są to działania cykliczne, na ogół doroczne.

Jeśli chodzi o narzekanie, to muszę powiedzieć, że jest to w USA raczej rzadkie zjawisko czy postawa. Tam, gdzie są niedostatki, potrzeba zmian, wysuwa się częściej propozycję naprawy.

Oczywiście, można łatwo sformułować manifest krytyczny niemal na każdy temat i w każdym kraju. Ale w USA taki jednostronny manifest nie wywoła pozytywnego oddźwięku, jeśli nie będzie sprzęgnięty z realistycznym programem poprawy.

W czasie moich wizyt aż w 55 państwach zauważyłem też, że krytykanctwo nie jest respektowaną postawą czy zachowaniem w krajach, w których istnieje pewien poziom zaufania do władz i istniejących instytucji, a także zaufanie do współobywateli. Nie jestem socjologiem, ale na podstawie własnych obserwacji zaryzykowałbym stwierdzenie, że krytykanctwo jest wyrazem frustracji społecznej i odgrodzenia rządzonych od rządzących. I w demokratycznym systemie społecznym jest to forma przeżyta, zanikająca. Życząc miesięcznikowi PAR sukcesów wydawniczych i uznania w kraju i za granicą, dziękuję za możliwość udzielenia tego wywiadu.

Rozmawiała Anna Ładan

czujniki i systemy pomiarowe Nowości

Czujniki koloru firmy MICRO-EPSILON Rozpoznawanie położenia, sortowanie przedmiotów oraz kontrola jakości to tylko kilka z wielu zadań, do których można używać czujników koloru. Zwłaszcza kontrola jakości jest coraz popularniejszym obszarem zastosowań tych urządzeń, gdyż to właśnie

Firma Micro-Epsilon, której wyłącznym przedstawicielem w Polsce jest WObit, dostarcza trzy serie czujników koloru.

Dzięki temu znalezienie optymalnego rozwiązania do konkretnej aplikacji staje się łatwiejsze.

Pierwsza seria to uniwersalne czujniki koloru LT, które służą do rozróżniania barw w jakości True Color. Czujnik oświetla powierzchnię światłem białym i dopasowuje wartość odbitego koloru z dokładnością zbliżoną do precyzji ludzkiego oka. Elektronika czujnika znajduje się w kontrolerze, który łączy się ze światłowodem. Dzięki zastosowaniu dodatkowych soczewek światłowody mogą pracować w odległości aż do 200 mm od obiektu. Ponadto, w pobliżu obiektu mierzonego umieszczany jest tylko mały światłowód, który łatwo zainstalować w trudno dostępnych miejscach.

Do pomiaru koloru obiektów odblaskowych lub fluorescencyjnych służą produkty z serii OT. Czujnik automatycznie oświetla powierzchnię białym światłem i rejestruje wartości odbitych kolorów. Urządzenia mają różne konfiguracje oświetlenia i optyki, dzięki czemu mogą rozpoznawać kolory nawet jeśli Promocja

powierzchnie należą do kategorii tzw. trudnych. Oświetlenie może być włączane lub wyłączane programowo.

Kolejną serię tworzą produkty colorControl MFA. System ten może być stosowany do identyfikowania kolorów i intensywności świecenia diod LED. Istotnym wyróżnikiem tej serii jest możliwość elastycznego rozmieszczania światłowodów nad obiektem. Dzięki systemowi colorControl MFA można dokonywać weryfikacji nawet do 100 punktów pomiarowych jednocześnie.

Przy użyciu prezentowanych czujników można sortować wg koloru przedmioty na linii produkcyjnej, sprawdzać poprawność barwy produktu, określać położenie i wykonywać inne zadania związane z identyfikowaniem koloru.

Czujniki mają również zastosowanie w kontroli jakości, rozpoznawaniu markerów kolorowych w maszynach drukarskich, określaniu stopnia wypieczenia pieczywa w piekarniach czy identyfikowaniu diod LED. Do każdego czujnika, który może być połączony z komputerem PC, producent bezpłatnie dostarcza oprogramowanie do nauczania kolorów, ustawiania zakresu tolerancji czy przestrzeni kolorów. W celu uzyskania dodatkowych informacji zapraszamy na strony www.wobit.com.pl oraz www.micro-epsilon.pl, a także do kontaktu z naszymi doradcami: tel. 61 291 22 25.

PPH WObit E.K.J. Ober s.c.

Dęborzyce 16, 62-045 Pniewy tel. 61 291 22 25, fax 61 291 10 11 e-mail: wobit@wobit.com.pl www.wobit.com.pl

REKLAMA

Fot. PPH WObit E. K. J. Ober

jakość często decyduje o wyborze produktu przez klienta.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

47

Nowości RFID

Inteligentne połączenie uniwersalnego kontrolera RFID i technologii IO-Link Nowe kompaktowe kontrolery umożliwiają zintegrowanie urządzenia do identyfikacji z czujnikami i elementami wykonawczymi.

Znajdują zastosowanie m.in. w systemach przenośników, liniach montażowych oraz operacjach intralogistycznych.

Technologia RFID od dawna jest popularną metodą niezawodnego identyfikowania obiektów np. w procesach przepływu materiałów. Systemy RFID nie funkcjonują jednak samodzielnie w obrębie danego układu lub maszyny – stosowane są często wraz z szeregiem innych rozwiązań.

Przykładowo w automatycznych systemach produkcyjnych przemieszczenie uchwytu z narzędziem jest z reguły kontrolowane za pomocą systemów LF (niskiej częstotliwości), a systemy HF (wysokiej częstotliwości) stosuje się częściej do identyfikacji obiektów, ze względu na większy zasięg i wyższe prędkości transmisji danych.

Do realizacji tych zadań wykorzystywano zwykle kilka różnych jednostek, co wiązało się ze znacznymi kosztami osprzętu i montażu. Dzięki kontrolerom nowej generacji sytuacja ta zmienia się.

Dodatkowo do tego rodzaju inteligentnych rozwiązań po raz pierwszy można podłączyć czujniki lub elementy wykonawcze zgodne ze standardem IO-Link, co w jeszcze bardziej obniża koszty.

Opracowany przez firmę Balluff procesor BIS-V (rys. 1) to uniwersalny kontroler RFID typu „wszystko w jednym”, do którego można podłączyć do czterech głowic odczytująco-zapisujących pracujących w różnych technologiach. Wraz

48

Promocja

Inteligentne rozwiązanie „wszystko w jednym” łączące urządzenie do identyfikacji i interfejs IO-Link Wielofunkcyjny, inteligentny kontroler oferuje jednak jeszcze więcej: do procesora RFID można podłączyć – dzięki zintegrowanej funkcji IO-Link Master – dodatkowe czujniki lub elementy wykonawcze. Oprócz identyfikacji obiektów za pośrednictwem kontrolera możliwe jest więc zbieranie dodatkowych informacji procesowych, np. sygnałów pochodzących z fotokomórek wyzwalających, indukcyjnych lub z pojemnościowych czujników zbliżeniowych, a także z czujników odległości

lub wizyjnych. Dzięki możliwości użycia odpowiednich koncentratorów podłączenie wielu różnego rodzaju czujników przełączających nie jest problemem.

Przynosi to znaczne korzyści. Wprowadzony w 2006 r. IO-Link zyskuje coraz większe uznanie. Ten niezależny od standardu sieciowego interfejs umożliwia jednoczesne wykorzystanie sieci przemysłowych oraz poziomu procesowego, co daje nowe możliwości parametryzacji i diagnostyki. Do połączenia typu punkt-do-punktu wystarczy standardowy kabel trzyżyłowy. Instalacja jest tak prosta jak w przypadku podłączenia czujnika binarnego, i to niezależnie od tego, czy przesyłane są sygnały binarne wielokanałowych czujników, mieszane sygnały wejściowe lub wyjściowe, czy wartości analogowe przetworzone do postaci cyfrowej. Dzięki nowemu kontrolerowi RFID z tych wszystkich udogodnień można korzystać bez ponoszenia dodatkowych kosztów.

Kompaktowe, szybkie i bezpieczne rozwiązanie dla przemysłu Technologia nowej generacji kontrolerów bazuje na systemach BIS-L (125 kHz) oraz BIS-M (13,56 MHz), opracowanych przez firmę Balluff, które już wielokrotnie dowiodły swojej przydatności w przemyśle. Aby jednak zoptymalizować czasy cyklów i czasy odczytu/zapisu, opracowano

Rys. 2. Zoptymalizowano oferowane do tej pory głowice odczytująco-zapisujące, szczególnie w zakresie możliwości podłączania do wielofunkcyjnego kontrolera

Fot. Balluff

Rys. 1. Do kompaktowego kontrolera BIS-V RFID można podłączyć głowice odczytująco-zapisujące LF oraz HF, a także czujniki i elementy wykonawcze zgodne ze standardem IO-Link

z urządzeniem stosować można głowice odczytujące HF (13,56 MHz, zgodne z normami ISO 15693 i ISO 14443) oraz LF (125 kHz). Użytkownik nie musi nic konfigurować, ani zaprzątać sobie głowy dopasowaniem przyłączy. Wtyki wystarczy podłączyć do odpowiednich gniazd znajdujących się z przodu kontrolera, który automatycznie rozpozna, czy podłączona została głowica HF czy LF. Urządzenia mogą być stosowane na całym świecie dzięki wykorzystaniu standardowych częstotliwości oraz odczytywania i zapisywania danych na wszystkich nośnikach zgodnych z normami ISO 15693 lub ISO 14443 – zarówno w procesach statycznych, jak i dynamicznych.

Rys. 3. Długość 150 mm, szerokość 60 mm i głębokość 45 mm sprawiają, że do instalacji nowego kontrolera wielofunkcyjnego do celów przemysłowych nie potrzeba dużo wolnej przestrzeni

SENSOR SOLUTIONS AND SYSTEMS

całkiem nowy osprzęt kontrolera oraz jego oprogramowanie. Dodatkowo usprawniono oferowane do tej pory głowice odczytująco-zapisujące, szczególnie w zakresie możliwości podłączania do wielofunkcyjnego kontrolera.

Mają one różne konstrukcje (rys. 2). Do wyboru są modele cylindryczne oraz wersje prostopadłościenne. Niezależnie od rodzaju konstrukcji wszystkie głowice odczytująco-zapisujące spełniają wymagania zabezpieczenia klasy IP67 i są wyposażone w dwie dobrze widoczne diody służące do sygnalizowania stanu i informowania o błędach.

Nowy kontroler także charakteryzuje się kompaktową budową (rys. 3), a jego konstrukcja spełnia wymagania stawiane w przemyśle. Długość 150 mm, szerokość 60 mm i głębokość 45 mm sprawiają, że do instalacji nie potrzeba dużo wolnej przestrzeni. Procesor ma certyfikaty CE, UL oraz FCC, można go instalować w szafce przyłączeniowej lub bezpośrednio na urządzeniu. Jego odlewana, cynkowa obudowa zapewnia wymagany stopień ochrony EMC. Zasilanie 24 V DC jest podłączane z przodu urządzenia za pomocą pięciostykowego wtyku o rozmiarze 7/8 cala. Wszystkie przyłącza są więc łatwo dostępne, dzięki czemu udało się wyeliminować skomplikowane manipulowanie zaciskami i wiązkami kablowymi.

Możliwość podłączania systemów sterowania wyższych poziomów realizowana jest przez interfejs Profibus. Trwają prace nad dodaniem interfejsów kolejnych magistrali, które będą dostępne w przyszłości. Adres magistrali można wprowadzić za pomocą przycisków sterujących na wyświetlaczu. Możliwe jest także wyświetlenie identyfikatorów UID dla nośników danych znajdujących się polu działania głowic czytająco-zapisujących. Status magistrali jest sygnalizowany za pomocą trzech diod. Do wygodnego aktualizowania oprogramowania służy interfejs USB.

Do wszystkich obszarów automatyki przemysłowej

Jako firma globalna, reprezentujemy specjalistyczną wiedzę w dziedzinie kompleksowych systemów, ciągłe innowacje, najwyższą jakość i największą niezawodność.

Balluff oznacza różnorodność technologii i najwyższą jakości obsługi.

2450 pracowników na całym świecie pracuje aby to zagwarantować.

Szeroki zakres zastosowań

www.balluff.pl, www.leuze.pl

Identyfikacja przemysłowa

Detekcja obiektów

Pomiar drogi i odległości

Pomiar ciśnienia i poziomu

REKLAMA

Fot. Balluff

BALLUFF sp. z o.o.

Sieci przemysłowe i połączenia

Akcesoria

BIS-V oferuje całą gamę inteligentnych rozwiązań, dzięki którym urządzenie znajduje wiele różnych zastosowań. Użytkownicy czerpią korzyści w postaci mniejszego osprzętu i redukcji kosztów montażowych związanych z identyfikacją podczas procesów kontrolowania przepływu materiałów w zakładach produkcyjnych, a także w systemach przenośników wykorzystywanych w konstrukcji maszyn, liniach montażowych, elektrycznych szynach podwieszanych oraz wszelkiego rodzaju zastosowaniach intralogistycznych. Zmniejszenie wydatków na osprzęt i montaż powoduje obniżenie kosztów całego systemu. Kontrolery wielofunkcyjne oferują także wiele możliwości dalszej rozbudowy. Przy dodaniu kolejnego systemu identyfikacji cały czas można wykorzystywać przyjętą wcześniej technologię.

e-mail: balluff@balluff.pl

Systemy i usługi

Telefon +48 71 338 49 29

www.balluff.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

49

Nowości Napędy elektryczne

Nowe dyrektywy unijne nakładają na producentów rygorystyczne wymogi utrzymania czystości w różnych sektorach przemysłu.

Danfoss wychodzi naprzeciw tym oczekiwaniom, proponując napęd VLT OneGearDrive zgodny z wymogami EHEDG.

DANFOSS VLT OneGearDrive

W ostatnich kilku latach rozproszone systemy sterowania i kontroli napędami są w centrum zainteresowania inżynierów i osób zarządzających wysokowydajnymi procesami produkcyjnymi w różnych sektorach przemysłu.

Przemysł spożywczy jest obszarem szczególnym, w którym standardy

50

Promocja

higieniczne są na pierwszym planie.

Najbardziej rygorystyczne wymagania w tym względzie dotyczą produkcji napojów, butelkowania wody, produkcji leków i kosmetyków. Obok dyrektyw unijnych powstają także zalecenia przedstawiane przez instytuty branżowe m.in. European Hygienic

Engineering&Design Group (EHEDG), który sporządza specyfikacje i zalecenia dotyczące projektowania maszyn i procesów wytwórczych. Mają one na celu zabezpieczenie produkcji żywności przed bakteriami, grzybami i drożdżami powodującymi zepsucie produktów i zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. Zbiór tych zaleceń to specyfikacja techniczna umownie nazwana hasłem „Urządzenie higieniczne” (ang. Hygienic Design). Odpowiedzialność za wdrożenie wytycznych w pierwszej kolejności spoczywa na producencie maszyn.

VLT OneGearDrive firmy Danfoss to trójfazowy silnik synchroniczny o wysokiej sprawności, z magnesami trwałymi, sprzężony z optymalnie dobraną stożkową przekładnią zębatą. Ten członek rodziny urządzeń Danfoss VLT FlexConcept jest energooszczędnym systemem napędowym, ułatwiającym zoptymalizowanie wydajności linii produkcyjnej oraz zmniejszenie kosztów. System VLT FlexConcept składa się z napędu V LT OneGearDrive współpracującego z przetwornicą częstotliwości VLT Decentral Drive FCD 302 lub VLT Automation Drive FC 302.

Fot. Danfoss Poland

Moc, sprawność i higiena – wszystko w obudowie jednej wielkości

aplikacje

MAKING MODERN LIVING POSSIBLE

Bądź innowacyjny w automatyce napędowej, zaufaj ekspertom Danfoss i produktom marki VLT® AutomationDrive Najlepszą kontrolę silnika elektrycznego napędzającego maszynę zapewni przetwornica częstotliwości VLT®.

Danfoss dzięki globalnej organizacji sprzedaży i serwisu jest obecny i oferuje swoje produkty oraz usługi w ponad 100 krajach. Także w Polsce nasi eksperci służą Klientom fachowym doradztwem. To wszystko aby pomóc zaprojetować efektywny i oszczędny układ sterowania napędem elektrycznym.

Danfoss Drives jest światowym liderem w produkcji elektronicznie regulowanych napędów, stosowanych w każdym obszarze działalności przemysłowej.

Przy projektowaniu urządzenia producent wykorzystał lata doświadczeń na polu inżynierii procesowej i budowy maszyn oraz sięgnął po wiedzę w zakresie mikrobiologii. W efekcie stworzył konkurencyjne rozwiązanie, które można bez trudu wykorzystać w każdym środowisku produkcyjnym. Zastosowanie urządzenia daje znacznie więcej korzyści niż modernizacja czy dostosowywanie istniejącego wyposażenia do standardu spełniającego wymagania higieny – co często jest zarówno bardzo kosztowne, jak i nieskuteczne.

Silnik synchroniczny w VLT OneGearDrive jest wyposażony w magnesy trwałe, które są zamontowane na wirniku. Układ ten o małogabarytowym korpusie może osiągnąć sprawność 89 % oraz wysoki moment obrotowy, co przekracza wymagania dla klasy IE4 Super Premium Efficiency.

Koncepcja oferty oparta jest na jednym tylko wymiarze mechanicznym silnika i dostępna jest z trzema przełożeniami przekładni (400 Nm /8,12/14,13/31,13), obejmując praktycznie cały zakres prędkości napędów przenośników stosowanych w zakładach przetwórstwa spożywczego.

Zmniejszona liczba wariantów zespołu silnik-przekładnia (GMU) użytych w całym zakładzie oznacza też znacznie mniejsze zapasy części zamiennych, a co za tym idzie także znaczące obniżenie kosztów. Zwłaszcza w wypadku napędu przenośników system ten bardzo upraszcza opracowanie projektu, montaż, oddanie do eksploatacji i prace konserwacyjne. Wszystko to niezależnie od tego, czy operator zakładu preferuje zcentralizowaną, czy rozproszoną konfigurację napędów.

Szczegółowe informacje dotyczące przetwornic częstotliwości VLT i innych produktów oferty Danfoss dla przemysłu można znaleźć na stronie internetowej: www.danfoss.pl/napedy.

to rok w historii kiedy to jako pierwsza firma na świecie Danfoss rozpoczął masową produkcję przetwornic częstotliwości o nazwie VLT®

THE REAL DRIVE

Danfoss Poland Sp. z o.o. ul. Chrzanowska 5, 05-825 Grodzisk Mazowiecki tel. 22 755 06 68, fax 22 755 07 01 www.danfoss.pl/napedy

REKLAMA

Fot. Danfoss Poland

www.danfoss.pl/napedy Tadeusz Minksztym

Danfoss Poland sp. z o.o. ul. Chrzanowska 5, 05-825 Grodzisk Mazowiecki Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013 Telefon: (48 22) 755 06 68 . Telefax: (48 22) 755 0751 01

vlt@danfoss.pl 7-8/2012 pomiary automatyka Robotyka

53

Nowości systemy wizyjne

Inteligentne systemy wizyjne 3D Rodzina produktów Gocator 2000 – oferowana przez LMI Technologies – pozwala na stosowanie trójwymiarowej technologii bezpośrednio na robotach przemysłowych czy całych liniach produkcyjnych.

używany jest również w procesie spawania do kontroli położenia łączonych przedmiotów. Równie popularny jest w przemyśle drzewnym, gdzie służy do pomiarów bali drzewnych i optymalizacji cięcia ich na deski.

Informacje handlowe

Zasada działania

Konfiguracja

Gocator składa się z kamery i lasera liniowego. Kamera obserwuje kształt linii laserowej i na jego podstawie oblicza wysokość znajdującego się pod nią przedmiotu. Cały system jest skalibrowany tak, że dane wyjściowe otrzymujemy w milimetrach.

Gocator może komunikować się z innymi urządzeniami za pomocą Ethernetu, protokołu Profibus oraz cyfrowych i analogowych wyjść. Istnieje również możliwość połączenia ze sobą kilku systemów, które będą pracowały jako jeden, dzięki temu otrzymujemy kompletny obraz 3D badanej części.

Więcej informacji na temat produktu można znaleźć na stronach www.lmi3d. com oraz www.parameter.pl.

Firma Parameter AB zaprasza na organizowane cyklicznie szkolenia z systemów wizyjnych 3D Gocator oraz do wzięcia udziału w seminarium, które odbędzie się podczas targów Automaticon 2013, na temat technologii systemów wizyjnych wykorzystujących triangulację laserową.

W celu uzyskania informacji prosimy o kontakt mailowy: sales@parameter.pl lub telefoniczny: +48 664 921 922.

Oprogramowanie

52

Promocja

Dokładność systemu W zależności od modelu można otrzymać dokładność pomiaru w osi Z (wysokość) od 0,006 mm dla małych przedmiotów do 0,55 mm dla przedmiotów dużych. W osi X (szerokość) dokładność ta wynosi dla rodziny Gocator 2000 od 0,03 mm do 2,2 mm, a dla rodziny Gocator 2300 od 0,044 mm do 1,1 mm.

Dokładność w osi Y (długość) determinowana jest przez ekoder, który używany jest do wyzwalania kamery.

Michał Aftewicz PARAMETER AB Sp. z o.o. tel. 664 921 922 fax 46 830 02 33 e-mail: sales@parameter.pl www.parameter.pl

Przykładowe aplikacje System ten najczęściej stosowany jest w przemyśle samochodowym. Służy do kontroli ułożenia części z blachy, kontroli stanu powierzchni, czy pomiarów odległości pomiędzy montowanymi elementami. Bardzo często

Fot. Parameter AB

System ten może działać na trzy sposoby.

Najprostszym oprogramowaniem jest to funkcjonujące w środku kamery. Pozwala ono na pomiar szerokości i wysokości przedmiotu oraz odległości pomiędzy wybranymi punktami. Obliczenia te wykonywane są przy każdym skanie i umożliwiają kontrolowanie parametrów produktów ciągłych. Dodatkowo urządzenie zdolne jest do całościowego skanowania produktów i sprawdzania takich parametrów jak powierzchnia czy objętość.

Drugą metodą oprogramowania systemu jest używanie bibliotek dostarczanych przez producenta. W tym przypadku analiza obrazu może odbywać się zarówno na komputerze, jak i wewnątrz systemu.

Najbardziej zaawansowaną formą wykorzystania Gocatora jest używanie go jako kamery 3D i przesyłanie w postaci chmury punktów całego trójwymiarowego obrazu do bibliotek wizyjnych takich jak HALCON 11. W tym przypadku analiza odbywa się na komputerze.

Czujniki i systemy pomiarowe Nowości

Czujniki bagnetowe made in Poland Czujniki bagnetowe – to drugi, obok czujników kablowych (PAR 1/2013) rodzaj czujników, które Guenther Polska wytwarza w swoim zakładzie produkcyjnym w Długołęce. Czujniki te charakteryzują się wykonaniem z komponentów wysokiej jakości, z wykorzystaniem zaawansowanej

Czujniki bagnetowe są stosowane głównie przy pomiarze temperatury w przemyśle tworzyw sztucznych. Zakres możliwości konfiguracyjnych jest bardzo szeroki, a ich konstrukcja może być dostosowana do indywidualnych wymagań użytkownika. Przystosowane są do pracy – w zależności od budowy i użytych materiałów – w zakresie temperatury –50 °C…+600 °C. Stabilizacja procesów termicznych jest ważna nie tylko w pracy wtryskarek czy wytłaczarek, lecz także ma znaczenie w formach, kanałach grzewczych oraz oprzyrządowaniu. Poniżej umieszczony jest przegląd naszych czujników do pomiarów temperatury, które można zastosować w tych miejscach.

Czujniki z przyłączem bagnetowym są polecane przy pomiarze temperatury do 400 °C w blokach maszyn i urządzeń. Mają specjalny kształt końcówki pomiarowej, dzięki czemu przystosowane są do montażu w otworach płaskich lub stożkowych. Seryjne wyposażenie w sprężynę ze stali kwasoodpornej pozwala nie tylko dobrać odpowiednią Promocja

głębokość zabudowy i siłę docisku w miejscu montażu, lecz także przeciwdziała załamaniom kabla. Przyłącza bagnetowe mają standardowe średnice wewnętrzne (12,3 mm oraz 15,3 mm), ale możliwe są też wykonania specjalne.

Termopary firmy Guenther – do wyboru typ J, K, L lub T – charakteryzują się wysoką dokładnością pomiaru (klasa 1 wg PN-EN 60584-1). Mają spoinę izolowaną lub nieizolowaną – zgodnie z życzeniem klienta.

W czujnikach oporowych seryjnie montowanym elementem pomiarowym jest Pt 100 (klasa dokładności B), ale możliwe są też wykonania z innymi sensorami.

Oto główne zalety czujników bagnetowych firmy Guenther: • gwarantowana odporność mechaniczna – najwyższej jakości kabel w oplocie metalowym, • wysoka dokładność pomiaru (klasa 1 wg PN-EN 60751) dzięki okrągłej końcówce przylegającej do otworu, • możliwa wysoka rezystancja izolacji (wykonanie ceramiczne w celu uniknięcia zakłóceń sygnału).

GUENTHER Polska Sp. z o.o. www.guenther.com.pl

Automaticon 2013 Zapraszamy do współpracy i odwiedzenia naszego stanowiska – hala 1, stoisko D21.

REKLAMA

Fot. Parameter AB, Guenther Polska

technologii i 45-letniego doświadczenia niemieckiej firmy Guenther GmbH.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

53

Nowości Czujniki i systemy pomiarowe

CZAH-POMIAR stawia na jakość Kontrolne termoelementy typu S, R, B oraz kontrolne czujniki rezystancyjne Pt 100 – o takie produkty wzbogaca swoją ofertę CZAH-POMIAR. Firma stara się też o rozszerzenie zakresu akredytacji dla własnego laboratorium wzorcującego.

Każde przedsiębiorstwo, bez względu na branżę i rodzaj wykonywanej działalności, dąży do osiągnięcia ściśle określonego celu. Znany producent aparatury kontrolno-pomiarowej CZAH-POMIAR realizuje swoją politykę w oparciu o zasadę „3 ´ J”: jakość wyrobów, jakość w pomiarach, jakość obsługi klienta. Firma działa na rynku blisko 60 lat, 12 lat temu wdrożyła certyfikowany Zintegrowany System Zarządzania – Jakość, Środowisko, potwierdzający spełnienie wymagań norm PN-EN ISO 9001 oraz PN-EN ISO 14001. Ostatnio wiarygodność firmy już po raz piąty została potwierdzona certyfikatem i złotą statuetką „Przedsiębiorstwo Fair Play”. Wyróżnienia te świadczą o uczciwych praktykach stosowanych w firmie, jej ciągłym rozwoju i stabilności finansowej.

Jakość produktów Produkty CZAH-POMIAR to przede wszystkim czujniki do pomiaru temperatury o różnej konstrukcji (rezystancyjne, termoelektryczne) i przeznaczeniu (pomiarowe, regulacyjne, zabezpieczające). Firma wykonuje je w wersji standardowej oraz dedykowanej (na specjalne zamówienie Klienta). W ramach technologii produkcyjnej wykorzystuje nowoczesne i precyzyjne urządzenia renomowanych producentów oraz stosuje wysokiej jakości materiały. Pełna gama wyrobów jest dostępna na stronie www.czah.pl.

54

Promocja

Jakość w pomiarach Przed producentami stawia się coraz większe wymagania dotyczące jakości produkowanych wyrobów, muszą zatem oni zagwarantować wysokie standardy pomiaru temperatury w trakcie swoich procesów. Tak jest m.in. w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym (normy AMS2750D, BAC5621), spożywczym (świadectwo jakości zdrowotnej Państwowego Zakładu Higieny) oraz farmaceutycznym.

CZAH-POMIAR gwarantuje wszystkie powyższe wymagania. Firmę wyróżnia bowiem na tle konkurencji własne, precyzyjnie i nowocześnie wyposażone, Laboratorium Pomiarów Temperatury. Na życzenie klienta czujnik może zatem mieć świadectwo wzorcowania. Należy podkreślić, że niewielu producentów tego typu urządzeń ma własne akredytowane laboratorium wzorcujące. Dzięki temu CZAH-POMIAR gwarantuje standardy wymagane w produkcji najwyższej jakości czujników do pomiaru temperatury. Pełny zakres usług laboratorium znajduje się na stronie www.laboratorium-pomiarowe.com.

Firma planuje w tym roku uzyskać akredytację na wzorcowanie termoelementów kontrolnych typu S, R i B oraz kontrolnych czujników rezystancyjnych SPRT metodą punktów stałych (w komórkach punktów stałych). Wiąże się to także z uruchomieniem produkcji nowych wyrobów: kontrolnych termoelementów typu S, R, B (w dwóch

odmianach: z wolnymi końcami oraz z odprowadzonymi spoinami odniesienia i wyprowadzeniem miedzianym), kontrolnych, przemysłowych czujników rezystancyjnych Pt 100 (tzw. Semi Standard Pt 100 – SSPRT).

Jakość obsługi klienta Wszystkie powyższe standardy niezmiennie łączą się z jakością obsługi klienta. Działanie CZAH-POMIAR cechuje szybkie przygotowanie ofert handlowych, profesjonalne doradztwo techniczne oraz konkurencyjne ceny sprzedaży produkowanych czujników. W celu uatrakcyjnienia dostępności swoich produktów firma uruchomiła sklep internetowy pod adresem www.czujnikitemperatury.com.pl.

Podstawową zaletą tego serwisu jest atrakcyjność cenowa oferowanych czujników oraz ich dostępność przez 24 godziny – siedem dni w tygodniu. Standardowo towar jest wysyłany do klienta po trzech dniach od zamówienia. W sklepie można kupić kilkadziesiąt typów czujników, które podzielone są na różne podtypy m.in. ze względu na wykonanie.

Klient może zakupić również akcesoria do pomiarów temperatury.

CZAH-POMIAR Sp. z o.o.

40-241 Katowice, ul. Porcelanowa 25 tel. 32 607 31 50–75, fax 32 607 31 73 www.czah.pl

systemy komunikacji Nowości

Bezprzewodowe moduły ZigBee o niskim zużyciu energii Komunikacja bezprzewodowa coraz częściej znajduje zastosowanie w aplikacjach kontrolno-pomiarowych.

Dzięki wykorzystaniu takich standardów jak ZigBee można w tani i prosty sposób uzyskać szybki dostęp do zdalnych modułów I/O wyposażonych w przeróżne sensory. Umożliwiają one komunikację bezprzewodową

Fot. CZAH-POMIAR

o zasięgu do kilku kilometrów.

Jednym z ciekawszych rozwiązań zgodnych ze standardem ZigBee jest seria modułów ADAM-2000Z firmy Advantech, pracujących w darmowym paśmie 2,4 GHz. W jej skład wchodzą zarówno moduły z wejściami cyfrowymi, analogowymi, jak i z wbudowanymi czujnikami do pomiaru wilgotności oraz temperatury.

Wszystkie urządzenia mogą być zasilane napięciem zewnętrznym (zakres 10–30 V DC) lub bateryjnie (2 ´ AA). Ich główną zaletą jest niski pobór energii. Wynosi on 130 µW przy odczytach cyklicznych co kilka minut. Właściwość ta ma duże znaczenie w sytuacji, kiedy moduł jest przeznaczony do pracy w terenie pozbawionym stałego zasilania oraz gdzie wymiana baterii powinna odbywać się jak najrzadziej. W przypadku odczytów cyklicznych następujących co jedną minutę gwarantowany czas pracy urządzenia na jednym komplecie baterii wynosi rok.

W serii ADAM-2000Z zastosowano ustandaryzowany protokół komunikacyjny Modbus RTU. Umożliwia on współpracę z urządzeniami różnych producentów czy też z systemami opartymi na oprogramowaniu SCADA. Najważniejszą rolę pełni jednostka centralna ADAM-2520Z, która przekazuje, przy wykorzystaniu protokołu Modbus RTU, sygnał bezprzewodowy na port RS-422/485 lub USB. Zasięg pomiędzy bramą główną a jednostkami pomiarowymi wynosi 110 m, ale dzięki routerowi ADAM-2510Z dystans można zwiększyć o kolejne 1000 m. Urządzenia z serii ADAM-2000Z, zgodne ze standardem IEEE 802.15.4, umożliwiają budowę sieci w postaci drzewa, gwiazdy czy siatki, do której można podłączyć do 32 modułów I/O. Ta najbardziej złożona struktura umożliwia pracę rozległych aplikacji z wykorzystaniem routerów. Dzięki temu tworzone są linie zapasowe zapewniające redundancje w przypadku zerwania połączenia. Wszystkie urządzenia są przystosowane do pracy w temperaturze od –20 do +70 °C (przy zasilaniu bateryjnym od 0 do +50 °C). Każde z nich umożliwia montaż naścienny lub na standardowej szynie DIN (odpowiednia przystawka jest w komplecie).

Jednym z bardziej interesujących modułów jest ADAM -2031Z, który wyposażono w dwa czujniki pomiarowe.

Promocja

Umożliwia on bezprzewodowe zmierzenie temperatury (w zakresie –20…+70 °C) oraz wilgotności (0…100 % RH). Jeżeli zależy nam na wartościach analogowych, to do dyspozycji mamy także moduł ADAM-2017Z, który ma sześć niezależnych kanałów z zakresami napięciowymi ±150 mV, ±500 mV, ±1 V, ±5 V, ±10 V oraz prądowymi ±20 mA, 0… 20 mA, 4…20 mA. Urządzenie umożliwia pomiar z częstotliwością 12 próbek na sekundę w rozdzielczości 16 bitów.

Seria ADAM-2000Z to bardzo ciekawy przykład połączenia standardu bezprzewodowego ZigBee z protokołem komunikacyjnym Modbus RTU. Dzięki wbudowanym zabezpieczeniom, takim jak modulacja DSSS (OQPSK), urządzenia te zapewniają wysoką niezawodność transmisji, a darmowe pasmo transmisji 2,4 GHz pozwala na ich wszechstronne zastosowanie.

Jarosław Molenda ELMARK Automatyka Sp. z o.o. tel. 22 773 79 37 www.elmark.com.pl REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

55

www.nocrobotow.pl

Zapraszamy do współpracy firmy z branży automatyki, robotyki, nowych technologii Kierownik projektu: Bożena Kalinowska, bkalinowska@piap.pl, tel. 22 874-00-15, kom. 603-751-248 Koordynator ds. PR i Fundraisingu: Paulina Wojda, pwojda@piap.pl, tel. 22 874-01-36, kom. 603-751-618

prezentacja firmowa Nowości

SKAMER-ACM – doświadczenie, które procentuje Firma Skamer-ACM jest obecna na rynku automatyki przemysłowej od ponad 25 lat. Największym atutem firmy jest szerokie portfolio produktowe: od prostych urządzeń do pomiaru, regulacji i rejestracji aż po zaawansowane układy sterowania.

Skamer-ACM jest jedną z najbardziej nowatorskich firm w Polsce. Swoją misję realizuje w trzech segmentach działalności.

• Projektowanie, oprogramowanie, montaż, rozruch i serwis. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu firma podejmuje się zleceń związanych z instalacją pomiarów i automatyki przemysłowej – od najprostszych pojedynczych zadań po najbardziej złożone i rozbudowane, wymagające zastosowania sterowania rozproszonego.

• Doradztwo i sprzedaż. Skamer-ACM jest przedstawicielem techniczno-handlowym oraz autoryzowanym dystrybutorem kilkudziesięciu firm krajowych i zagranicznych – producentów elementów automatyki, osprzętu elektrycznego i armatury przemysłowej. Oferowane produkty są dostarczane z dobrze zaopatrzonych magazynów w Tarnowie i Krakowie.

• Katalog Automatyki on-line. Zadaniem systemu informatycznego działającego pod adresem www.katalogautomatyki.pl jest zautomatyzowanie przepływu informacji technicznohandlowych pomiędzy Skamer-ACM a firmami współpracującymi. Katalog pozwala bardzo łatwo porównać produkty o zbliżonych parametrach oferowane przez różnych producentów, stworzyć specyfikację, wygenerować ofertę, wysłać zapytanie i złożyć zamówienie.

Sanok, SGL Carbon Polska (Nowy Sącz i Racibórz), Grupa Azoty (Tarnów, Kędzierzyn, Puławy, Police), Cemex Polska, LERG (Pustków), Federal-Mogul (Gorzyce), Zakłady Chemiczne Organika-Sarzyna, Huta Stalowa Wola, Celsa Huta Ostrowiec, ISD Huta Częstochowa, Krośnieńskie Huty Szkła Krosno, Huta Szkła Jarosław, Fabryka Farb i Lakierów Śnieżka, Tikkurila (Dębica), UTC CCS (Ropczyce), WSK PZL Rzeszów, MPEC Tarnów, rafinerie grupy Orlen i grupy Lotos: Jasło, Jedlicze, Trzebinia, Czechowice, Orion Engineered Carbons (Jasło), PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna (Bełchatów), PGE Energia (Warszawa), PGE Dystrybucja (Rzeszów, Lublin, Kielce, Zamość), Tauron Wytwarzanie, GDF SUEZ Energia Polska (Połaniec), KIZGS Siarkopol (Grzybów), Synthos (Oświęcim), Michelin (Olsztyn), CocaCola, Stalprodukt, Unilever, Kimberly Clark, Nestlé Nutrition Alima-Gerber (Rzeszów), Ceramika Paradyż, Ceramika Opoczno, Philip Morris, Warka, browary: Leżajsk, Okocim, Tychy, Żywiec, cementownie: Chełm, Nowiny, Ożarów, Rejowiec. Klientami firmy Skamer-ACM są także cukrownie, ciepłownie, elektrociepłownie, przedsiębiorstwa energetyki cieplnej, koksownie, kopalnie węgla kamiennego, zakłady energetyczne, przedsiębiorstwa wodociągów i kanalizacji itd. W przedsiębiorstwach tych Skamer -ACM realizuje inwestycje, modernizacje, dostawy i serwis.

Dzięki ciągłemu rozwojowi, inwestycjom w nowe kadry oraz nowe technologie Skamer-ACM zdobywa nowe rynki i gałęzie przemysłu. Więcej informacji o firmie i zrealizowanych inwestycjach można znaleźć na stronie www.skamer.pl.

SKAMER-ACM Sp. z o.o. tel. 14 63 23 400 REKLAMA

Skamer-ACM za swoją działalność został wyróżniony Certyfikatem Innowacyjności przez Międzynarodową Sieć Naukową MSN oraz Instytut Nauk Ekonomicznych PAN. W konkursie organizowanym przez miesięcznik „Napędy i Sterowanie”, pod patronatem PARP i AGH, Skamer-ACM został nagrodzony podwójnie. Za wkład we wdrażanie nowych technologii otrzymał medal Innowacje 2012, natomiast Katalog Automatyki został Produktem Roku 2012. Katalog otrzymał także wyróżnienie na X Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej „Elektrownie Cieplne”. Również „Puls Biznesu” docenił dynamiczny rozwój firmy Skamer-ACM, przyznając jej tytuł Gazeli Biznesu 2012.

Skamer-ACM, jako solidny partner we wdrażaniu i stosowaniu automatyki cieszy się uznaniem licznych firm. Do grona kluczowych klientów należą m.in.: Firma Oponiarska Dębica, Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo, Alfa Laval, Stomil Promocja

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

57

Wydarzenia Kalendarium PAR

Targi | Konferencje | Kongresy | Sympozja | Wystawy Publikujemy w środkowym miesiącu kwartału

Luty 2013 26–28 lutego 2013, Kielce, POLSKA • ENEX – XVI Międzynarodowe Targi Energetyki i Elektroniki • ENEX – Nowa Energia – XI Targi Odnawialnych Źródeł Energii • EKOTECH – XIV Targi Ekologiczne, Komunalne, Surowców Wtórnych, Utylizacji i Recyklingu • PNEUMATICON – VI Targi Pneumatyki, Hydrauliki, Napędów i Sterowań

19–21 marca 2013 Kielce, POLSKA • CONTROL-STOM XVII Targi Przemysłowej Techniki Pomiarowej • STOM-TOOL II Targi Obróbki Metali, Obrabiarek i Narzędzi • SPAWALNICTWO VIII Międzynarodowe Targi Technologii i Urządzeń dla Spawalnictwa • EXPO-SURFACE IV Targi Technologii Antykorozyjnych oraz Ochrony Powierzchni • STOM-BLECH II Targi Obróbki Blach Kontakt:

Kontakt:

Targi Kielce Sp. z o.o.

TARGI KIELCE S.A.

ul. Zakładowa 1, 25-672 Kielce

ul. Zakładowa 1, 25-672 Kielce

tel. 41 365 12 22, fax: 41 345 62 61

tel.: 41 365 12 22, fax: 41 345 62 61

e-mail: biuro@targikielce.pl

e-mail: biuro@targikielce.pl

19–22 marca 2013. Warszawa, POLSKA 26–27 lutego 2013, Warszawa, POLSKA • Programy oszczędzania energii i mediów, V edycja konferencji

• AUTOMATICON 2013 XIX Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów AUTOMATYKA POMIARY ELEKTRONIKA

Kontakt:

Kontakt:

GBI Partners Sp. z o.o.

Biuro Targów AUTOMATICON

ul. Wałbrzyska 11, 02-739 Warszawa

02-486 Warszawa, Al. Jerozolimskie 202

tel.: 22 458 66 10

tel. 22 863 82 52, 22 874 03 02, fax: 22 874 01 49

e-mail: beata.mrozek@gbip.com.pl

e-mail: targi@automaticon.pl; www.automaticon.pl

Marzec 2013 5–9 marca Hanower, NIEMCY • CeBIT Światowe Targi Technologii Informatycznych, Telekomunikacji, Oprogramowania oraz Usług

20–22 marca, Warszawa, POLSKA • AUTOMATION 2013 XVII Konferencja Naukowo-Techniczna Automatyzacja – Nowości i Perspektywy Kontakt:

Kontakt:

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Przedstawicielstwo w Polsce, Deutsche Messe AG, Hannover,

02-486 Warszawa, Al. Jerozolimskie 202

ul. Kochanowskiego 27/2, 01-864 Warszawa

tel.: 22 874 02 05, 22 874 01 62

tel.: 22 639 72 53, 22 866 75 12, fax: 22 866 75 14

fax: 22 874 02 20, 22 874 02 21

e-mail: info@hf-poland.com; www.hf-poland.com

www.piap.pl/automation

5–6 marca 2013, Warszawa, POLSKA

Kwiecień 2013

• Zaawansowane zarządzanie projektami – Seminarium Kontakt:

8–12 kwietnia 2013, Hanower, NIEMCY

GBI Partners Sp. z o.o. tel.: 22 458 66 10

• HANNOVER MESSE 2013 – Międzynarodowe Targi Technologii, Innowacji i Automatyki w Przemyśle

e-mail: beata.mrozek@gbip.com.pl

Kontakt:

ul. Wałbrzyska 11, 02-739 Warszawa

Przedstawiciel w Polsce Deutsche Messe AG Hannover

7 marca 2013 roku, Warszawa, POLSKA

ul. Kochanowskiego 27/2, 01-864 Warszawa

• Forum Technologii – Efektywność Energetyczna

tel. 22 6397253, fax: 22 8667514

Kontakt:

e-mail: info@hf-poland.com; www.hf-poland.com

Center for Business Education ul. Chmielna 35/200, 00-021 Warszawa

10–12 kwietnia 2013, Warszawa, POLSKA

tel./fax: 22 82 77 123

• EuroLab 2013 XV Międzynarodowe Targi Analityki i Technik Pomiarowych

biuro@cbepolska.pl

58

• CrimeLab II Międzynarodowe Techniki kryminalistycznej

Targi

14–16 maja Norymberga, NIEMCY

MT Targi Sp. z o.o. sp. k.

• PCIM Europe – Międzynarodowe Specjalistyczne Targi i Konferencja, Energoelektronika, Inteligentna Technika Napędów, Power Quality

tel.: 22 529 39 32, 22 529 39 00, fax: 22 529 39 36

Kontakt:

lab@mttargi.pl

MERITUM s.c.

Kontakt:

Przedstawicielstwo Targów Norymberskich w Polsce

Maj 2013

ul. Kwiatkowskiego 1/29, 03-984 Warszawa tel. 22 828 27 34

7–9 maja 2013, Bydgoszcz, POLSKA

e-mail: meritum@meritum.it.pl

• WOD–KAN 2012 XX Międzynarodowe Targi Maszyn i Urządzeń dla Wodociągów i Kanalizacji

14–16 maja, Norymberga, NIEMCY

Izba Gospodarcza Wodociągi Polskie

• SENSOR+TEST – Targi Techniki Pomiarów, Międzynarodowe Targi Techniki Czujników, Pomiarów i Kontroli w połączeniu z towarzyszącym Kongresem

ul. Jana Kasprowicza 2, 85-073 Bydgoszcz

Kontakt: MERITUM s.c.

tel.: 52 376 89 26, fax: 52 376 89 29

Przedstawicielstwo Targów Norymberskich w Polsce

e-mail: a.panko@igwp.org.pl

ul. Kwiatkowskiego 1/29, 03-984 Warszawa

Kontakt:

tel. 22 828 27 34

14–16 maja 2013 Poznań, POLSKA

e-mail: meritum@meritum.it.pl

• EXPOPOWER – Międzynarodowe Targi Energetyki • GREENPOWER – Międzynarodowe Targi Energii Odnawialnej

21–22 maja 2013, Rytro, POLSKA • RYTRO 2013 – XVII KONFERENCJA AUTOMATYKÓW Kontakt:

Kontakt:

SKAMER ACM

Międzynarodowe Targi Poznańskie Sp. z o.o.

ul. Rogoyskiego 26, 33-100 Tarnów

ul. Głogowska 14, 60-734 Poznań

tel. 14 63 23 400, fax: 14 63 23 401

tel. 61 869 20 00, fax 61 869 29 66

e-mail: tarnow@skamer.pl

e-mail: automa@mtp.pl, expopower@mtp.pl, greenpower@mtp.pl REKLAMA

Rozkładamy na części pierwsz

e

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

www.AutomatykaOnline.pl

59

NAUKA

Nauka

xEmotion – obliczeniowy model emocji dedykowany dla inteligentnych systemów decyzyjnych Zdzisław Kowalczuk, Michał Czubenko Katedra Systemów Decyzyjnych, Wydział Elektroniki Telekomunikacji i Informatyki, Politechnika Gdańska

Streszczenie: Artykuł prezentuje cybernetyczne podejście do zagadnienia modelowania ludzkich emocji, oparte na psychologicznych teoriach (ocennej i somatycznej). Opracowany model przeznaczony jest do integracji z Inteligentnym Systemem Decyzyjnym – IDS. Może być on używany jako silnik aplikacji lub jako system sterowania niezależnego urządzenia, np. robota autonomicznego.

Słowa kluczowe: obliczeniowy model emocji, systemy podejmowania decyzji, podejście rozmyte, inteligentny system

1. Wprowadzenie Podstawowa różnica pomiędzy robotem humanoidalnym a człowiekiem polega na odczuwaniu i okazywaniu emocji.

Z tego powodu roboty w kulturze masowej przedstawiane są jako bezduszne. Aby zmienić to uczucie, projekty prowadzone w obszarze robotyki zaczęły brać pod uwagę okazywanie (choć nie odczuwanie) emocji. W pewnych przypadkach roboty odzwierciedlają emocje wykryte u człowieka. Powstało wiele mechanizmów przedstawiania emocji, takich jak Kismet, MEXI, iCub, czy EMYS [1–3]. Sedno problemu tkwi jednak nie w sposobie okazywania uczyć, ale w roli siły sprawczej zwanej emocją, i celu jej odczuwania.

Aby lepiej oddać sens działania emocji, warto zadać pytanie: Czym właściwie jest emocja? Istnieje wiele odpowiedzi, często rozbieżnych i niejednoznacznych. Podejście fizjologiczne postuluje, iż emocje wykształciły się z procesów homeostazy. Biorąc pod uwagę teorie cybernetyczne, mówiące o homeostacie jako podsystemie mającym na celu „utrzymywanie systemu autonomicznego w równowadze funkcjonalnej” [4] poprzez przeciwdziałanie przepływom informacji i energii zmniejszającymi możliwość oddziaływania na środowisko, można przyjąć, że emocja jest takim homeostatem. Innymi słowy, emocje stanowią element mechanizmu adaptacji człowieka służącego optymalizacji jego reakcji na bodźce pochodzące z otaczającego go środowiska.

Przy dużej ilości informacji do przetworzenia emocje ułatwiają właściwy/szybki wybór reakcji. Projekt tego rodzaju systemu, rozwijany pod nazwą xEmotion (od ang. eXternal emotion), jest przedmiotem niniejszego opracowania.

Taką interpretację potwierdza opinia [5], że „emocje są adaptacyjną odpowiedzią naszego organizmu. Istnieją one nie po to, aby dawać nam ciekawe doświadczenia, ale w celu zwiększenia naszych szans na przetrwanie. Kiedy stajemy przed wyzwaniem, emocje pozwalają skupić naszą uwagę i wzbudzić naszą akcję. Nasze serce rusza z kopyta. Nasze tętno przyspiesza. Wszystkie nasze zmysły są w najwyższej gotowości”. W powszechnym rozumieniu emocje są psycho-

60

fizjologicznym doświadczeniem stanu umysłu danej osoby, współdziałającym z wewnętrznymi i zewnętrznymi wpływami. Warto też wspomnieć definicję [6], wnioskującą, iż emocje to tylko zbiory procesów nerwowych prowadzących do uczuć i ich wyrażania. Jest jeszcze mniej konstruktywna definicja wywodząca się z podejścia ewolucyjnego [7], która mówi, że „emocja jest to złożony łańcuch luźno powiązanych ze sobą zdarzeń, które zaczynają się od bodźca, obejmują uczucia, zmiany psychologiczne, motywację do działania oraz specyficzne, ukierunkowane na cel zachowanie”.

W niniejszej pracy przyjmujemy definicję emocji podaną poniżej.

Definicja 1. Emocje stanowią wewnętrzne stany związane zarówno z zewnętrznymi obiektami, jak i wewnętrznymi odczuciami, które pozwalają na szybkie podejmowanie decyzji, adekwatnej do danej sytuacji.

Oprócz definicji, ważna koncepcyjnie jest lokalizacja i sposób jej pojawienia się emocji. Psychologia mówi o dwóch głównych szkołach: somatycznej i ocennej. Teoria somatyczna zakłada, że emocje są pierwotne wobec procesów poznawczych [8]. Zanim mózg przeanalizuje obiekt, a czasem nawet zanim zostaną zarejestrowane wrażenia i obiekt zostanie rozpoznany, może pojawić się emocja związana z tym obiektem. Ważnym przykładem potwierdzającym somatyczną teorię emocji jest odczuwanie emocji w odniesieniu do nowych obiektów lub osób. Teoria ocenna emocji (ang. appraisal theory) dowodzi, że emocje powstają po zajściu odpowiednich procesów poznawczych [9], są zatem wtórne względem procesów kognitywnych. Taki typ emocji może wystąpić nawet po procesach myślowych, bez pojawienia się bodźców zewnętrznych. Takie emocje dotyczą samego siebie, wybranych uczynków, bądź zdarzeń z przeszłości.

W języku angielskim używa się około 100 słów charakteryzujących różne emocje. Wśród nich wyróżnia się kilka grup emocji podobnych (jak na przykład radość i szczęście), które opisuje się jedną barwą. Jest to podstawowy parametr opisu emocji. Innym parametrem opisującym emocję jest jej natężenie. W ramach jednej grupy można bowiem dostrzegać różne stany (intensywności) tej samej emocji (barwy). Trzecim parametrem charakteryzującym emocje jest ich czas trwania, który pozwala na wyróżnienie trzech rodzajów emocji: – sub-emocja (odczucie, afekt), o bardzo krótkim czasie trwania, skojarzona z przedmiotami (uzasadniona somatyczną teorią emocji),

2/2013 Pomiary Automatyka Robotyka

1

2

NAUKA – emocja klasyczna, trwająca przez określony czas, opierająca się na sub-emocjach i wewnętrznych wrażeniach niespełnienia (wspierana ocenną teorią emocji),

Samodoskonalenia: kreatywności. . .

Szacunku: sławy, wolności. . .

– nastrój, długotrwały efekt emocjonalny.

Afiliacji: przyjaźni, intymności. . .

2. Obliczeniowe systemy emocji

Istnieje spora liczba systemów opisujących emocje. Większość z nich oparta jest jednak tylko na ocennej teorii emocji, bez brania pod uwagę możliwości wystąpienia emocji przed rozpoznaniem obiektu. Do systemów tego rodzaju, bazujących w głównej mierze na podejściu [10], należą (w kolejności chronologicznej): ACRES [11], AR [12], Will [13], EM [14], FLAME [15], TABASCO [16], EMILE [17], ParleE [18], EMA [19], FearNot! [20], Thespian [21].

Wymienionych wyżej FLAME jest systemem rozmytym, który na podstawie zaobserwowanych zdarzeń/obiektów generuje własną emocję i wdraża związane z nią zachowania.

System posiada wbudowane algorytmy uczące, zwiększające zdolność adaptacyjną modelu. Emocje nie są ściśle zdefiniowane. ParleE jest systemem emocji przystosowanym dla wieloagentowego środowiska, w szczególności dla agentów konwersacyjnych. Implementuje on model osobowości Rousseau [22], oparty głównie na teorii prawdopodobieństwa.

EMA (z ang. EMotion and Adaptation, ściśle oparty na teorii ocennej Lazarusa [9]) modeluje zmiany emocji w zależności od historii, aktualnie widzianych obiektów/zdarzeń, oraz zleconych zadań, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak plan, wierzenia, intencje etc.

Wśród systemów opartych na innych niż ocenna teoriach, wyróżnić można: – Cathexis [23], oparty na anatomicznej teorii emocji, – Wasabi [24], wzorujący się na wymiarowej teorii, – Minder [25], nawiązujący do teorii racjonalnej.

3. Motywacja w ISD

Inteligentny System Decyzyjny (ISD) [26], który stanowi narzędzie autonomizacji sterowania, oparty jest na modelu psychologii człowieka. Składa się z podsystemów opartych na psychologii poznawczej oraz psychologii osobowości, a w szczególności na teorii motywacji. Zastosowane czynniki motywacyjne można podzielić na dwie grupy: potrzeb i emocji. Stanowią one obiekt niniejszej analizy.

Potrzeby są zasadniczym elementem ludzkiej motywacji.

W wyjątkowych okolicznościach, gdy istota musi reagować w błyskawiczny sposób (ograniczając proces myślenia), jej system główny reaktywny (potrzeb) jest „wyciszany” i reakcja jest generowana na podstawie emocji.

Potrzeba związana jest z abstrakcyjnym stanem doznawania poczucia niespełnienia [27]. Im silniejsze jest poczucie, tym trudniej je pominąć. Istnieje bliżej nieokreślona liczba potrzeb człowieka. Można je pogrupować w kilka klas, pokazanych na rys. 1 wraz z przykładami. Im niższa klasa, tym silniej oddziałuje ona na motywację jednostki.

Zaspokajanie realizowane jest priorytetowo. Dopóki potrzeby niższego rzędu/klasy nie są zaspokojone, dopóty nie można przejść do zaspokajania potrzeb wyższego rzędu.

Aby oddać złożoność systemu motywacji człowieka i uniknąć typowej dla automatów jednoznaczności, do modelowania poszczególnych potrzeb użyto zbiorów rozmy-

1

2

Pomiary Automatyka Robotyka 2/2013

Bezpieczeństwa: ładu, zdrowia, dobrego samopoczucia. . .

Fizjologiczne: jedzenie, oddychanie, picie, sen. . .

Rys. 1. Piramida potrzeb Maslowa Fig. 1. Maslow’s hierarchy of needs

µs/p/a (ηi )/ ω (ηi ) 100

80

60

40

20

0 0

ηi

25

50

75

100

Rys. 2. Rozmyty model potrzeby; zbiory rozmyte od lewej oznaczają kolejno spełnienie (µs (ηi )), prealarm (µp (ηi )) oraz alarm (µa (ηi )), linia przerywana zaś oznacza funkcję wagi (ω(ηi )) [28] Fig. 2. Fuzzy model of a need; (from left) satisfaction (µs (ηi )), prealarm (µp (ηi )) and alarm (µa (ηi )) states, whereas the dashed line denotes a weighting function(ω(ηi )) [28]

tych. Każda z potrzeb może należeć do zbiorów spełnienia (satysfakcji), prealarmu oraz alarmu (rys. 2). Opisując pojedynczą potrzebę (przestrajanymi) parametrami określającymi jądro i nośnik tych trzech zbiorów, można uzyskać rozmaite wersje dynamiki systemu.

3.1. Procesy emocjonalne w ISD

Jak wcześniej wspomniano, procesy emocjonalne przyjmują u człowieka różne formy [29]: – sub-emocje (afekty) – o krótkim czasie trwania, powiązane z rozpoznanym obiektem (spostrzeżeniem – rys. 3), – emocje (klasyczne emocje) – zmienne stany emocjonalne o silnym zabarwieniu, z wyraźną oceną, – nastrój (super-emocja) – stan emocjonalny o słabym zabarwieniu, z długim czasem trwania [30].

Procesy emocjonalne pełnią cztery funkcje: informacyjną, aktywacyjną, meta-poznawczą oraz modulacyjną.

Ich głównym zadaniem w prezentowanym modelu jest moPomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

61

NAUKA

Nauka

mówi o wystąpieniu emocji w zależności od własnych, wewnętrznych przeżyć – w związku z czym pojawi się ona jako efekt wyboru reakcji, bądź jako jej fiasko albo spełnienie (w zaspokajaniu potrzeb).

Jak wspomniano, istnieje wiele słów określających emocje. Niektóre z nich wiążą się z barwą, inne z natężeniem, jeszcze inne ze znakiem. Dla uproszczenia przyjmujemy teorię [7] z drobnymi zastrzeżeniami.

obiekt etykieta wrażenia:

afekt

wrażenie 1 ...

potrzeby: potrzeba 1 ... potrzeba N

wrażenie N

4.1. Model emocji Plutchika

Rys. 3. Model spostrzeżenia Fig. 3. Model of a discovery

dulacja, czyli rozszerzanie bądź zawężanie poczucia stopnia spełnienia. Funkcja informacyjna emocji pogłębia informacje dotyczące postrzeganego obiektu, dzięki czemu ułatwia jego rozpoznanie. Pozostałe funkcje (meta-poznawcza i aktywacyjna) pomagają uzyskać więcej informacji na temat postrzeganych obiektów poprzez bezpośredni wpływ na aktualne procesy poznawcze [31]: funkcja meta-poznawcza przełącza metody poznawcze pomiędzy sobą, natomiast funkcja aktywacyjna wyszukuje nowe punkty widzenia dotyczące poznawanego obiektu.

update H

Plutchik [7] zaobserwował istnienie kilku rodzin emocji, które mogą być zgrupowane według ich barwy: np. żal, smutek i zaduma są podobne, jednak różnią się tylko intensywnością. Ponadto istnieją przeciwstawne grupy emocji – dla wymienionej górnej grupy przeciwieństwem jest grupa utworzona z ekstazy, radości i spokoju. Plutchik sformułował w ten sposób osiem różnych rodzin emocji. Następnie pomiędzy tymi rodzinami zostały dodane emocje pochodne, np. z radości i akceptacji wynika miłość. Cała paraboloida emocji jest ukazana na rys. 5.

κ Ξ ξ

Rys. 4. Model psychologii osobowości jako relacja pomiędzy sub-emocjami (κ), emocjami (ξ), nastrojem (Ξ) oraz potrzebami (H) Fig. 4. Personality psychology model

Zastosowaną relację pomiędzy potrzebami a emocjami przedstawiono na rys. 4. Reprezentuje ona ideę naturalnych emocji opartych na rozmaitych teoriach psychologicznych.

Sub-emocje, wykryte przez system percepcji w rozpoznanych (właściwie lub błędnie) obiektach, wpływają na klasyczną emocję (szerzej opisano to na rys. 6). Na podstawie ewolucji emocji, modyfikowany jest nastrój, który wpływa na stopień zaspokojenia potrzeb, a konkretnie na parametry opisujące określone potrzeby (jądra i nośniki zbiorów rozmytych).

4. xEmotion – ewolucja emocji w ISD

W koncepcji ISD, a zwłaszcza w części opartej na psychologii osobowości, można skonstruować system oparty zarówno na nurcie somatycznym, jak i ocennym. Według nurtu somatycznego, emocja powinna wystąpić w bloku percepcji wrażeń [26]. W wyniku takiej emocji system może uruchomić nieświadomą reakcję. Natomiast nurt ocenny

62

Rys. 5. Model emocji wg Plutchika [7] Fig. 5. Plutchik model of emotions [7]

4.2. Koło emocji Przy komputerowej symulacji zestawu emocji należy uwzględnić założenie, że emocja jest też pojedynczym stanem, który może przyjmować więcej niż jedną wartość.

Tworzenie pochodnych emocji, dość naturalnie kojarzy się ze zmiennymi rozmytymi. Dlatego też proponujemy „rozmywanie” emocji, podobne jak w systemu FLAME, jednakże bez używania pełnego systemu wnioskowania rozmytego.

Przyglądając się paraboloidzie z rys. 5, trudno zaakceptować niestabilność systemu, „miotającego się” po jakichś wzbudzonych stanach emocjonalnych. Dlatego też postuluje się odwrócenie skali emocji oraz dodanie (w stanie uspokojenia) łączącego stanu neutralnego. W ten sposób uzyskujemy naturalny wzrost intensywności emocji wraz

2/2013 Pomiary Automatyka Robotyka

3

4

NAUKA ze wzrostem odległości od stanu neutralnego. Dodatkowo, z przyczyn implementacyjnych, stosujemy przejście z paraboloidy do dwuwymiarowego koła. Skutkiem takich zmian jest model emocji ukazany jest na rys. 6.

4.3. Od bodźca po emocje

Po posadowieniu systemu ISD na psychologii osobowości [26] należy zastanowić się, w jaki sposób ma funkcjonować przedstawiony wyżej model emocji. Przy przyjętych założeniach emocja powinna być formowana na podstawie spostrzeżonych obiektów oraz wewnętrznych przemyśleń.

Koncepcja ISD zakłada, że do obiektów przypisany jest kontekst emocjonalny (rys. 3), który pojawia się jako subemocja w momencie rozpoznania danego obiektu. Należy wspomnieć, że oprócz kontekstu emocjonalnego, obiekt (spostrzeżenie) posiada również kontekst wpływający na potrzeby systemu.

Kontekst emocjonalny może pojawiać się wielokrotnie (w powiązaniu z różnymi obiektami) oraz posiadać różne wartości. W przypadku wystąpienia wielu sub-emocji, wyznaczane jest centrum sub-emocji, które wpływa na właściwą (klasyczną) emocję. Jej zmiana z kolei generuje zmianę nastroju. Dodatkowo, jako element teorii ocennej, zbiór potrzeb agenta, generuje sygnał podobny do subemocji. Zatem na emocję wpływają zarówno potrzeby, jak i sub-emocje. Opisany system przedstawiono na rys. 7.

Zakładając, że rozpoznano obiekty skojarzone z poszczególnymi emocjami: wstręt, antycypacja, strach, oblicza się centrum sub-emocji. Istnieją na to dwa sposoby, metoda prosta, jak w metodzie k-średnich (1), albo ważona, z wagami wynikającymi z funkcji przynależności dla danej emocji (2): 1 i=n Σi=0 κi n

(1)

1 i=n Σi=0 κi ∗ max (µ (κi )) n

(2)

κc = κc =

gdzie: κc to centrum sub-emocji, κ jest punktem sub-emocji oznaczonym na kole emocji, µ oznacza funkcję przynależności.

Drugim elementem wpływającym na emocję jest parametr określający zaspokojenie potrzeb. Parametr ten wpływa tylko na ruch po okręgu, przy stałym promieniu.

Dominacja potrzeb niezaspokojonych powoduje ruch w kierunku emocji negatywnych, zaś zaspokojonych – w kierunku przeciwnym.

ζ = 45 ∗

1 Σi=ns µs (ηi ) ns i=0 1 a − na Σi=n i=0 µa (ηi )

gdy gdy

ns >= na n s < na

(3)

gdzie: ζ oznacza parametr określający stopień zaspokojenia wszystkich potrzeb, ns to liczba potrzeb zaspokojonych, na określa liczbę potrzeb alarmowanych, µs oznacza liczbę funkcji przynależności do lingwistycznej satysfakcji, µa symbolizuje liczbę funkcji przynależności do lingwistycznego alarmu, ηi oznacza i-tą potrzebę.

4

Ostatni czynnik wpływający na emocję daje efekt uspokajania (ang. come down effect). Po krótkim czasie emocja (jako stan krótkotrwały) dąży do stanu neutralnego. Parametrem opisującym efekt uspokajania jest δ. Zatem emocję w j-tej chwili czasu można opisać jako: ξj = T0.3 ( ∗ R (ξj−1 , ζ) , κc )

gdzie: opisuje parametr określający szybkość zapominania emocji, R (X, a) oznacza operację rotacji punktu X, o a◦ , Td (X, Y ) symbolizuje operację translacji punktu X, w kierunku Y , o odległość d (patrz rys. 6).

Kolejny element systemu dotyczy wpływu emocji na nastrój, jak to pokazano na rys. 7. Nastrój umożliwia zmianę jądra funkcji przynależności potrzeb, co powoduje ich szybsze lub wolniejsze zaspokajanie.

Zmiana nastroju realizowana jest za pomocą (specyficznie „różniczkującej”) funkcji TAWS pokazanej na rys. 8).

Nastrój rośnie wraz ze wzrostem emocji, aż do uzyskania nasycenia. Podobnie zaś spada natychmiast, kiedy emocja obniża swoją wartość.

W zależności od wartości nastroju przeliczany jest parametr określający funkcje przynależności potrzeb. Dodatkowo, nastrój wpływa na nowo zapamiętane obiekty (spostrzeżenia). Po zarejestrowaniu nowego spostrzeżenia nastrój jest przeskalowywany na kąt określający sub-emocję z nim związaną. W przypadku wielokrotnego wystąpienia danego spostrzeżenia promień sub-emocji jest odpowiednio zwiększany. Nastrój wpływa także na znane spostrzeżenia.

Jeśli nastrój jest pozytywny, kontekst emocjonalny (subemocja) wykrytego spostrzeżenia przesuwa się po stałym promieniu w stronę pozytywnych emocji, w przeciwnym wypadku – w stronę negatywnych.

5. Rola emocji

Jaki jest cel opisanego systemu emocjonalnego w ISD? Mianowicie, system emocjonalny zawęża zbiór analizowanych reakcji, które mają zaspokoić aktualne potrzeby, oraz umożliwia implementację reakcji podświadomych (opartych na emocjach).

Oprócz hipotetycznego (znanego jednostce) wpływu na system potrzeb, model reakcji zawiera kontekst emocjonalny. Kiedy emocja pozostaje w neutralnym stanie, dostępne są wszystkie reakcje bez kontekstu emocjonalnego. Jeśli zaś emocja zmieni się na konkretną (pozytywną, bądź negatywną) zbiór dostępnych reakcji zawęża się, dzięki czemu system może szybko wybrać adekwatną do danej sytuacji reakcję (np. ucieczkę w przypadku poczucia strachu). Nowe, wyuczone reakcje uzyskują kontekst oparty na aktualnej emocji, przy której reakcja dała pozytywny skutek.

6. Wnioski

Proponowany model emocji xEmotion daje możliwość adaptacyjnej optymalizacji przy wyborze reakcji w systemie ISD, w określonych warunkach (np. po wykryciu niebezpieczeństwa, bądź innych mniej lub bardziej ekstremalnych warunków). Dzięki temu agent lub robot zaopatrzony w system ISD może działać szybciej i skuteczniej (niż dotychczas).

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

Pomiary Automatyka Robotyka 2/2013

(4)

63

NAUKA

Nauka

sub-emocje

aktualna emocja czujność

wściekłość

gniew

antycypacja

wstręt

ota nie

obrzydzenie

nu da

zai nte r

łop zak

eso wa ni

e

1. effekt potrzeb

ekstaza radość

spo

j kó

2. Efekt uspokojenia

smutek

zaskoczenie

akc ept acj a zaufanie

lęk

centrum sub-emocji

żal

roz pro sze nie

neutral

a um zad

podziw

strach

3. Efekt sub-emocji

terror

zdumienie

Rys. 6. Proponowane koło emocji oraz sposób wyznaczania ewolucji emocji; pełny kolor oznacza jądra funkcji przynależności, zaś spadek barwy – zbocza tych funkcji Fig. 6. The proposed circle model of emotions and their evolution; full colors show the kernels of membership functions, whereas the greyed-out places show their slopes

środowiska), jak i okazywanie na zewnątrz swoich emocji (wykorzystywane w tzw. robotach socjalnych).

spostrzeżenia

Pamięć Kontekst emocjonalny

Bibliografia sub-emocja

System potrzeb

aktualizacja emocji emocja aktualizacja nastroju nastrój

Rys. 7. Model emocji oparty na założeniach psychologii osobowości Fig. 7. Model founded on personality psychology Ξ(ξ) 1.0

0.5

−100

−80

−60

−40

20

−20

40

60

80

100

ξ

−0.5

−1.0

Rys. 8. Mechanizm zmiany nastroju Ξ w funkcji (TAWS) klasycznej emocji ξ Fig. 8. Mood Ξ as a TAWS-function of emotion ξ (TAWS: Temporary Amplifier With Saturation)

Proponowany model jest zgodny ze współczesnymi wynikami i teoriami psychologicznymi, umożliwiając zarówno wykrywanie emocji u obserwowanych obiektów (elementów

64

1. Breazeal (Ferrell) C., Velasquez J., Toward Teaching a Robot ‘Infant’ using Emotive Communication Acts, [in:] Simulation of Adaptive Behavior Workshop on Socially Situated Intelligence, Zurich, Switzerland, 1998, 25–40.

2. Esau N., Kleinjohann B., Kleinjohann L., Stichling D., MEXI: Machine with Emotionally eXtended Intelligence, Conference on Hybrid and Intelligent Systems, 2003.

3. Metta G., Sandini G., Vernon D., Natale L., Nori F., The iCub humanoid robot: an open platform for research in embodied cognition, [in:] Performance Metrics for Intelligent Systems, 2008.

4. Mazur M., Cybernetyka i Charakter, Plus Minus, PIW, Warszawa 1976.

5. Mayers D. G., Emotions, Stress, and Health, Worth Publishers, New York 2010, 9th edition, 497–527.

6. Izard C. E., Malatesta C. Z., Perspectives on emotional development I: Differential emotions theory of early emotional development, Wiley, New York 1987, 494– 554.

7. Plutchik R., The nature of emotions, ”American Scientist” 2001, 344.

8. Zajonc R. B., Murphy S. T., Inglehart M., Feeling and facial efference: Implications of the vascular theory of emotion, ”Psychological Review” 96/1989, 395–416.

9. Lazarus R. S., The cognition-emotion debate: A bit history, Wiley, New York 1999, 3–19.

10. Lazarus R. S., Emotion and Adaptation, Oxford University Press, USA 1991.

2/2013 Pomiary Automatyka Robotyka

5

6

NAUKA 11. Swagerman J., The Artificial Concern REalization System ACRES: A computer model of emotion, PhD thesis, University of Amsterdam, Amsterdam 1987.

12. Elliott C., The Affective Reasoner: A Process Model of Emotions in a Multi-Agent System, PhD thesis, Northwestern University, Chicago 1992.

13. Moffat D., Frijda N. H., Where there’s a Will there’s an agent, [in:] Wooldridge M., Jennings N. (eds.), Intelligent Agents, Lecture Notes in Computer Science, volume 890, Springer Berlin Heidelberg 1995, 245–260.

14. Reilly W. S. N., Believable Social and Emotional Agents, PhD thesis, Carnegie Mellon University, Pittsburgh (PA) 1996.

15. El-Nasr M. S., Yen J., Ioerger T. R., Flame – fuzzy logic adaptive model of emotions, ”Autonomous Agents and Multi-agent systems” 3/2000, 219–257.

16. Staller A., Petta P., Introducing Emotions into the Computational Study of Social Norms: A First Evaluation, ”Journal of Artificial Societies and Social Simulation” 1/2001. ´ 17. (2000): Emile: marshalling passions in thraining and education, Barcelona, Spain.

18. Bui T., Heylen D., Poel M., Nijholt A., ParleE: An adaptive plan based event appraisal model of emotions, ”KI 2002: Advances in Artificial Intelligence” 2002, 1–9.

19. Gratch J., Marsella S., Evaluating a computational model of emotion, ”Journal of Autonomous Agents and Multiagent Systems” 2004 (special issue on the best of AAMAS 2004), 23–43.

20. Dias J. A., earNot!: Creating Emotional Autonomous Synthetic Characters for Emphatic Interactions, Master’s thesis, Instituto Superior T´ecnico, Lisbon 2005.

21. Si M., Marsella S. C., Pynadath D. V., Thespian: Modeling Socially Normative Behavior in a DecisionTheoretic Framework,6th International Conference on Intelligent Virtual Agents, Marina del Rey, 2006.

22. Rousseau D., Personality in Computer Characters, [in:] Artificial Intelligence, AAAI Press, 1996.

23. Vel´ asquez J. D., Maes P., Cathexis: a computational model of emotions, [in:] Proceedings of the 1th international conference on Autonomous agents, ACM, New York (NY) 1997, 518–519.

24. Becker-Asano C., WASABI: Affect Simulation for Agents with Believable Interactivity, PhD thesis, Faculty of Technology, University of Bielefeld 2008.

25. Wright I., Sloman A., MINDER1: An implementation of a protoemotional agent architecture, Technical report, 1996.

26. Kowalczuk Z., Czubenko M., Intelligent DecisionMaking System for Autonomous Robots, ”International Journal of Applied Mathematics and Computer Science” 4/2011, 621–635.

27. Maslow A. H., Toward a Psychology of Being, 2nd edition, Van Nostrand Reinhold, New York 1968.

28. Kowalczuk Z., Czubenko M., Model of human psychology for controlling autonomous robots, [in:] Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR), 15th International Conference on, Aug. 2010, 31–36.

29. Biddle S., Fox K. R., Boutcher S. H., Physical Acti-

5

vity and Psychological Well-being, Psychology Press, London 2000.

30. Blechman E. A., Emotions and the Family: For Better or for Worse, Lawrence Erlbaum, New Jersey 1990.

31. Ekman P., Davidson R., Natura Emocji, Gdańskie Wydawnictwo Psychologiczne, Gdańsk 1999.

xEmotion – a computational model of emotions dedicated to intelligent decision-making systems Abstract: The paper presents a cybernetic approach to the task of modelling human emotions based on the psychology theories (both appraisal and somatic theories are applied). The proposed system is designed for integration into an intelligent system of decision-making – IDS. It can, for instance, be used as an application engine, as well as, a control system in autonomous unit.

Keywords: Artificial intelligence, computation model of emotions, decision-making system, fuzzy approach, intelligent system

prof. dr hab. inż. Zdzisław Kowalczuk Prof. dr hab. inż. (2003, 1993, 1986, 1978).

Od 1978 pracuje na wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki PG. Jest profesorem zwyczajnym w dziedzinie Automatyki i Robotyki oraz kierownikiem katedry Systemów Decyzyjnych. Wykładał na Uniwersytecie w Oulu (1985), Australijskim Uniwersytecie Narodowym (1987), Politechnice w Darmstadt (1989) oraz na Uniwersytecie George’a Mansona (1990–1991).

Interesuje się głównie adaptacyjnym sterowaniem procesami, identyfikacją i estymacja systemów, diagnostyką procesów, detekcją błędów, przetwarzaniem sygnałów, sztuczną inteligencją oraz inżynierią sterowania i informatyką. Napisał kilkanaście książek (WNT, Springer, PWNT), około 100 artykułów oraz 300 referatów konferencyjnych i rozdziałów książkowych (posiada ponad 600 cytowań, Index Hirscha = 7 wg ISI oraz 10 wg Google Scholar). W 1990 i 2003 otrzymał Nagrody Ministra Edukacji Narodowej (MENiS), a w 1999 Nagrodę Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej w zakresie sterowania. Członek Komitetu Automatyki i Robotyki PAN oraz władz TKP (NOT) i prezes PolSPAR (IFAC). Założyciel i redaktor naczelny Pomorskiego Wydawnictwa Naukowo-Technicznego. e-mail: kova@pg.gda.pl mgr inż. Michał Czubenko W 2009 roku uzyskał tytuł magistra inżyniera w katedrze Systemów Decyzyjnych na wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki PG w dziedzinie Automatyki i Robotyki. Od tego czasu prowadzi dalszą edukację w katedrze Systemów Decyzyjnych, gdzie spełnia się jako nauczyciel akademicki. Interesuje się sztuczną inteligencją, robotyką, psychologią oraz szachami. e-mail: m.czubenko@gmail.com

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

6

Pomiary Automatyka Robotyka 2/2013

65

Nauka

Niestandardowy sposób wymiany danych w hierarchicznym systemie sterowania dla orientowanych ogniw słonecznych Krzysztof Oprzędkiewicz*, Kamil Szumlański**, Marcin Szejki* *AGH Akademia Górniczo-Hutnicza **Przedsiębiorstwo Usługowo-Produkcyjne "SKAMER-ACM" Sp. z o.o., Tarnów

Streszczenie: W pracy zaprezentowano system wymiany danych między aplikacją SCADA i mikrokontrolerowym sterownikiem zespołu orientowanych ogniw słonecznych. Aplikacja SCADA została przygotowana w środowisku Wonderware InTouch, sterownik został zbudowany na mikrokontrolerze STM-32L. Opracowany system wymiany danych zawiera dedykowany driver komunikacyjny oraz bazę danych. Wykonane testy wykazały poprawność zaproponowanych rozwiązań. Zaproponowane rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie w każdej sytuacji, gdy korzystne jest połączenie aplikacji SCADA z mikrokontrolerem.

Słowa kluczowe: systemy SCADA, mikrokontrolery, orientowane ogniwa słoneczne

1. Uwagi wstępne Systemy i aplikacje SCADA są szeroko stosowane w praktyce przemysłowej od wielu lat. Ich przydatność jest bezdyskusyjna, dostępne na rynku środowiska programistyczne oferują coraz większe możliwości funkcjonalne i są niezwykle „przyjazne” dla użytkowników, którymi są zwykle automatycy, a nie informatycy.

Typowym obszarem zastosowań systemów SCADA jest monitorowanie i nadzór procesów i urządzeń przemysłowych, które są sterowane przez sterowniki PLC/PAC lub inne urządzenia podobnej klasy. Z tego względu do każdego środowiska programistycznego SCADA producent dostarcza stosunkowo duży zestaw driverów komunikacyjnych, dedykowanych do sterowników PLC/PAC różnych typów.

Jednocześnie, co jest charakterystyczne, żadne z dostępnych na rynku środowisk SCADA nie oferuje gotowych narzędzi komunikacyjnych do wymiany danych między aplikacją SCADA a specjalizowanymi sterownikami wbudowanymi, realizowanymi na mikrokontrolerach. Prawdopodobnie wynika to z faktu, że w przypadku tej klasy sterowników producent zwykle dostarcza proste środowisko do monitorowania i nadzoru pracy systemu. Jednocześnie funkcjonalność takiego systemu jest zwykle ograniczona, a modyfikacja nie jest możliwa ze względu na brak kodów źródłowych oprogramowania.

Omówiona sytuacja ma również miejsce w przypadku systemów sterowania zespołów orientowanych ogniw słonecznych. Sterowanie bezpośrednie jest zwykle realizowane z wykorzystaniem sterowników bazujących na mikro-

66

kontrolerach. Oprogramowanie nadzorujące i monitorujące dla tej klasy obiektów regulacji jest dostępne przeważnie jako element dedykowany do konkretnego systemu, zwykle dość kosztowny i o ograniczonej funkcjonalności.

Z powyższych względów celowe wydaje się opracowanie systemu SCADA w typowym środowisku programistycznym, jednocześnie umożliwiającego współpracę z zespołem sterowników bazujących na mikrokontrolerze. Jako przykład rozważono sterownik dla zespołu orientowanych ogniw słonecznych, zrealizowanego na mikrokontrolerze STM-32L, zbudowany przez firmę Sat Control. Zaprezentowane rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie w każdym systemie ze sterownikiem mikrokontrolerowym.

W pracy omówiono następujące zagadnienia: –– struktura systemu sterowania, –– architektura systemu wymiany danych, –– baza danych, –– driver komunikacyjny „Solar Driver”, –– funkcjonalność zbudowanego systemu, –– testy poprawności działania.

2. Struktura systemu sterowania Rozważany hierarchiczny system sterowania ma nietypową dla tego typu systemów strukturę warstwową (rys. 1).

Z punktu widzenia użytkownika na szczycie piramidy obrazującej hierarchię poszczególnych komponentów znajduje się aplikacja SCADA. Stanowi ona podstawowy element odpowiedzialny za komunikację z użytkownikiem. Niżej w hierarchii znajduje się baza danych SQL. Baza ta realizuje dwa zadania.

Pierwszym, nietypowym zadaniem bazy jest utworzenie „pomostu komunikacyjnego” między aplikacją SCADA a driverem komunikacyjnym, który jest następnym elementem systemu. Driver komunikacyjny (aplikacja Solar Driver) został zbudowany od podstaw w ramach realizacji projektu i jego zadaniem jest wymiana danych ze sprzętowym sterownikiem układu ogniw i udostępnienie ich systemowi SCADA. Solar Driver został przygotowany w środowisku .NET3.5. i teoretycznie powinien prowadzić wymianę danych bezpośrednio z systemem SCADA z użyciem mechanizmu DDE lub ActiveX. W praktyce jednakże wystąpiły trudności z współpracą sterownika ze środowiskiem InTouch wersja 10.0, zastosowanym w projekcie. Prawdopodobnie w przypadku użycia wersji 10.1 lub nowszej te kłopoty już nie wystąpią i system będzie mógł być prze-

Rys. 1. Hierarchiczna struktura rozważanego systemu Fig. 1. The hierarchical structure of the considered system

budowany do typowej postaci, w której driver komunikacyjny wymienia dane bezpośrednio z aplikacją SCADA. Drugie zadanie realizowane przez bazę jest typowe i jest to archiwizacja danych związanych z pracą aplikacji i niezbędnych funkcji związanych z realizacją projektu. Dane te opisują miedzy innymi „własne” zużycie energii przez układ sterowania, aktualne warunki atmosferyczne, zdarzenia występujące podczas pracy systemu itp.

Kolejnym elementem układu jest sterownik obiektu regulacji, którym jest zestaw orientowanych ogniw słonecznych (tzw. tracker). Sam tracker znajduje się w najniższej warstwie fizycznej nadążnego systemu fotowoltaicznego.

3. Architektura systemu wymiany danych Ogólna architektura zbudowanego systemu wymiany danych pokazana jest na rys. 2. Do wymiany informacji między driverem komunikacyjnym a systemem SCADA

Rys. 2. Ogólna architektura zbudowanego systemu Fig. 2. The general architecture of built system

wykorzystano interfejs ODBC z zewnętrzną bazą danych.

Takie podejście pozwala archiwizować wszystkie parametry i informacje związane z pracą oraz sterowaniem układem. Dodatkowo otwiera ono wiele możliwości związanych np. z wykorzystaniem zdalnego dostępu do bazy danych za pośrednictwem strony WWW i urządzeń mobilnych wyposażonych w dedykowane oprogramowanie, które może zostać zrealizowane w przyszłości.

Praktyczna realizacja proponowanego systemu wymiany danych bazuje na następujących elementach: –– aplikacja SCADA, –– baza danych SQL, –– driver komunikacyjny, –– dedykowany sterownik, oparty na mikrokontrolerze, pełniący rolę serwera.

Aplikacja SCADA została zrealizowana z wykorzystaniem środowiska Wonderware InTouch wersja 10.0 i będzie szczegółowo opisana w następnej części artykułu.

Komunikacja między aplikacją SCADA a sterownikiem odbywa się przez driver komunikacyjny oraz bazę danych, z którą SCADA ma bezpośredni kontakt. Komunikacja programu InTouch z bazą danych MySQL odbywa się za pomocą protokołu wymiany danych ODBC. Konfiguruje się go przez stworzenie listy połączeń, która przypisuje zmiennym w InTouch odpowiednie kolumny bazy danych według ustalonego schematu.

4. Baza danych W projekcie zastosowano system zarządzania bazą danych MySQL 5.0 zaimplementowany w pakiecie WebServ. Baza danych została założona na serwerze MySql i nosi nazwę „db_solartracker”. W bazie tej stworzono dwie tabele dla jednego urządzenia i ze względu na to, że baza została przewidziana do obsługi dwóch urządzeń, założono cztery tabele zawierające dane ze sterowników oraz dodatkowo jedną tabelę z danymi pogodowymi, wspólną dla obu urządzeń (rys. 3).

Funkcje tabel (rys. 3) są następujące: –– dane_A – zawiera informacje przychodzące ze sterownika urządzenia A oraz dane potrzebne do wymiany informacji między aplikacją SCADA a driverem komunikacyjnym, –– dane_B – zawiera informacje przychodzące ze sterownika urządzenia B i ma takie same pola jak tabela „dane_A”, –– dane_pogodowe – w tej tabeli są zapisywane dane o pogodzie, jaka panowała podczas zapisu informacji z któregoś urządzenia, Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

67

Nauka

A

B

Rys. 3. Schemat bazy danych dla rozważanego systemu Fig. 3. The scheme of database for the considered system

–– archiwum_A – kopia zapasowa danych dla tabeli „dane_A”, –– archiwum_B – kopia zapasowa danych dla tabeli „dane_B”.

5. Driver komunikacyjny “Solar Driver” Driver komunikacyjny jest głównym elementem rozważanego systemu. Z punktu widzenia interfejsu użytkownika stanowi element nadrzędny w stosunku do fizycznego sterownika. Do zadań drivera należy: –– nawiązanie komunikacji i wymiana danych z dedykowanym fizycznym sterownikiem systemu fotowoltaicznego za pośrednictwem standardu RS-485, –– kodowanie i dekodowanie odpowiednich komunikatów (rozkazów), –– monitorowanie aktualnych parametrów systemu, –– sterowanie systemem i konfigurowanie parametrów systemu, –– zapis i odczyt odpowiednich danych z/ do zewnętrznej bazy danych.

Do realizacji wymienionych zadań wykorzystano metodę programowania wielowątkowego. Takie podejście do implementacji programu pozwoliło znacznie usprawnić działanie programu i wyeliminować problemy związane z obsługą portu szeregowego. Praktycznie realizowany system wymiany danych opiera się na standardzie RS-485. Takie podejście do realizacji komunikacji między komputerem PC i fizycznym sterownikiem pozwala stworzyć jeden uniwersalny driver komunikacyjny, kompatybilny zarówno z oryginalnym fizycznym sterownikiem urządzenia firmy Sat Control (zakupionym wraz z zespołem ogniw), jak również alternatywnym sterownikiem doceloUSB wym, bazującym na kontrolerze STM32.

Sterownik ten jest aktualnie konstruowany i testowany w ramach projektu w Katedrze Automatyki i Inżynierii Biome-

68

dycznej Wydziału EAIiIB AGH w Krakowie.

Pierwszy wątek odpowiedzialny jest za odczytywanie danych z zewnętrznego sterownika. Jego zadaniem jest nasłuchiwanie portu szeregowego oraz odpowiednia reakcja na odebrane dane.

W przypadku odebrania informacji, odebrane dane są dekodowane, odpowiednio interpretowane i zapisywane do pomięci prograA B mu. Kolejnym etapem jest aktualizacja kontrolek programu oraz zapis do bazy danych. Cała sekwencja realizowana jest niezależnie od innych operacji wykonywanych w programie.

Drugi wątek pozwala przesyłać informacje w odwrotną stronę. Jego zadaniem jest odczyt odpowiednich danych z bazy danych oraz kontrolek programu, następnie ich zakodowanie i wysłanie do zewnętrznego sterownika za pośrednictwem portu szeregowego (rys. 4).

Fizyczna komunikacja ze sterownikiem może odbywać się z wykorzystaniem portu USB lub łącza RS-485.

Komunikacja przy pomocy portu USB (rys. 5) umożliwia podłączenie tylko jednego sterownika fizycznego na jednej linii (większa liczba urządzeń wymaga zastosowania koncentratora lub osobnego portu dla każdego urządzenia), komunikaty między komputerem PC z zainstalowanym driverem komunikacyjnym a fizycznym sterownikiem wysyłane są niezależnie od siebie.

Komunikacja z wykorzystaniem portu RS-485 (rys. 6) umożliwia podłączenie wielu sterowników fizycznych.

W tym wypadku system działa wg schematu klient-serwer, komputer PC z zainstalowanym driverem komunikacyjnym wysyła zapytanie z konkretnym adresem sterownika i oczekuje na odpowiedź. Program umożliwia jednocze-

Rys. 4. Działanie wątków programu Solar Driver Fig. 4. The work of threads in Solar Driver

Komunikat Komunikat

Rys. 5. Wymiana danych z wykorzystaniem USB Fig. 5. Data exchange with the use of USB

RS-485

Zapytanie Odpowiedź

Rys. 6. Wymiana danych z wykorzystaniem RS-485 Fig. 6. Data exchange with the use of RS-485

Rys. 7. Test wymiany danych – część 1 Fig. 7. The data exchange test – part 1

sne połączenie z dwoma urządzeniami, dzięki czemu możliwe jest porównanie ich działania. Urządzenia są naprzemiennie odpytywane, a ich parametry systemowe są zapisywane do bazy danych.

6. Funkcjonalność zbudowanego systemu Prezentowany system wymiany danych realizuje następujące funkcjonalności: –– import danych ze specjalistycznego sterownika opartego na mikrokontrolerze za pośrednictwem standardu RS-485, –– archiwizowanie aktualnych danych i tworzenie danych historycznych do celów badawczych, –– udostępnianie zebranych danych nadrzędnej aplikacji SCADA. Dla zbudowanego systemu można wskazać następujących jego użytkowników: –– „zwykły” użytkownik – obsługa systemu, –– aplikacja SCADA – traktowana również jako użytkownik, –– baza danych, –– driver komunikacyjny – traktowany także jako użytkownik.

Wymienionych użytkowników można podzielić na dwie klasy. Pierwszą z nich jest użytkownik fizyczny, czyli operator systemu SCADA, który ma dostęp do danych zebranych w bazie danych oraz może komunikować się z fizycznym sterownikiem zespołu ogniw, co pozwala między innymi na definiowanie parametrów algorytmów regulacyjnych, przełączanie trybu pracy zespołu lub realizację pomocniczego sterowania ręcznego.

Należy dodać, że żadne z powyższych zadań nie jest „twardym” zadaniem czasu rzeczywistego i w związku z tym opóźnienia w torze wymiany danych między aplikacją SCADA i fizycznym sterownikiem urządzenia nie są czynnikiem, który może znacząco zakłócić pracę systemu.

Drugą klasą użytkowników są użytkownicy systemowi.

Obie te klasy użytkowników mają różne poziomy uprawnień, niezbędnych do realizacji ich zadań. W omawianym systemie rozróżniamy trzech użytkowników fizycznych:

–– zwykły użytkownik, –– administrator, –– programista. oraz dwóch użytkowników systemowych: –– driver komunikacyjny, –– aplikacja SCADA. ––

7. Testy poprawności działania systemu W ramach weryfikacji poprawności działania opracowanego programu Solar Driver wykonano testy sprawdzające następujące funkcjonalności: –– wymiana danych za pośrednictwem standardu RS-485 oraz poprawność dekodowania komunikatów systemowych, –– bezpośrednie sterowanie fizycznego urządzenia z użyciem zbudowanego oprogramowania, –– wymiana danych pomiędzy programem Solar Driver i bazą danych.

Wyniki wszystkich testów potwierdziły poprawność działania zbudowanego oprogramowania. Poniżej jako przykład zostanie omówione sprawdzenie poprawności działania komunikacji za pośrednictwem standardu RS-485 oraz przetestowanie poprawności dekodowania komunikatów systemowych. Test ten składał się z dwóch części.

W pierwszej części testu sprawdzono działanie komunikacji na wirtualnych portach szeregowych utworzonych za pomocą programu Virtual Serial Port Driver. Na komputerze z zainstalowanym systemem operacyjnym Microsoft Windows XP uruchomiono dwie instancje programu Solar Driver. Każda z tych instancji została podłączona do jednego z dwóch skojarzonych ze sobą wirtualnych portów szeregowych (rys. 7). Test wymiany komunikatów odbywał się dla kilku wybranych zestawów konfiguracyjnych portu (szybkość transmisji, parzystość, bit stopu, bity danych) zarówno dla znakowego typu transmisji jak również heksadecymalnego.

Rys. 8. Test i wymiany danych – część 2 Fig. 8. The data exchange test – part 2 Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

69

Nauka

Druga część testu polegała na sprawdzeniu poprawności działania wymiany danych między programem Solar Driver z fizycznym sterownikiem trackera (rys. 8) za pośrednictwem USB oraz RS-485. Po ustawieniu odpowiednich parametrów transmisji dokonano porównania wyświetlanych parametrów systemu w programie Solar Driver z danymi wyświetlanymi w oryginalnym programie Helios Analytics firmy Sat Control. W tym wypadku komunikacja również przebiegała prawidłowo.

Podczas realizacji obu części testu stwierdzono, że wymiana danych w wirtualnym systemie odbywa się poprawnie. Wszystkie odbierane komunikaty były zgodne z komunikatami wysłanymi, bez względu na konfigurację i tryb transmisji. Porównanie działania aplikacji Solar Driver z aplikacją Helios Analytics pozwoliło wykazać, iż proces dekodowania wykorzystywanych komunikatów przebiega prawidłowo.

8. Uwagi końcowe Zaprezentowany układ wymiany danych w istotny sposób zwiększa funkcjonalność typowych aplikacji i środowisk SCADA, umożliwiając im współpracę ze sterownikami mikrokontrolerowymi.

Proponowane rozwiązanie może być także traktowane jako platforma bazowa do budowy systemów sterowania dla zespołów orientowanych ogniw słonecznych wykorzystujących nowe, nietypowe algorytmy, bazujące np. na prognozie pogody.

Podziękowanie Praca została sfinansowana ze środków NCN, umowa nr 6693/B/T02/2011/40.

Bibliografia 1. Duszeńko A., Budowa i zastosowanie interfejsów ODBC – JDBC, mat. do przedmiotu „Bazy Danych”, Politechnika Śląska, 2010, dostępne pod adresem: zti.polsl.pl/ bd3wsz/ODBC_JDBC.pdf.

2. Troelsen A., Język C# 2008 i platforma NET 3.5, PWN, 2009.

3. Szumlański K., Szejki M., System wymiany danych pomiędzy aplikacją SCADA i dedykowanym systemem sterowania bazującym na mikrokontrolerze, praca dyplomowa magisterska, zrealizowana na Wydziale EAIiE AGH w 2012 r. pod kierunkiem K. Oprzędkiewicza.

4. [http://msdn.microsoft.com/netframework].

5. [http://wsi.edu.pl/~sismolna/xml.htm].

6. [www.codewalkers.com/c/a/Miscellaneous/Using-SOAP-with-PHP/].

7. [www.controlengineering.pl].

8. [www.cs.put.poznan.pl/csobaniec/edu/rso/rpc.pdf].

9. [www.ethernetprzemyslowy.pl].

10. [www.mysql.com/products/connector].

11. [www.wunderground.com/weather/api/d/documentation.html].

12. [www.w3.org/TR/2000/NOTE-SOAP-20000508].

70

Non-standard method for data exchange in the hierarchical control system for oriented PV Abstract: In the paper a data exchange system between SCADA application and microcontroller-based controller for oriented PV system is presented. The SCADA application was built with the use of Wonderware InTouch, the controller was constructed with the use of STM-32L microcontroller. The data exchange system contains dedicated communication driver and a database. After tests it turn out, that all proposed solutions were proper and the system runs correctly. The proposed solutions can be applied in each situation, when a microcontroller-based control unit is applied.

Keywords: SCADA systems, microcontrollers, oriented PV systems dr hab. inż. Krzysztof Oprzędkiewicz Absolwent Akademii Górniczo-Hutniczej im. S. Staszica w Krakowie z 1988 r. (Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Elektroniki, kierunek studiów: Elektronika, specjalność Automatyka). Aktualnie zatrudniony w Katedrze Automatyki i i Inżynierii Biomedycznej na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH na stanowisku profesora nadzwyczajnego oraz w Państwowej Wyższej Szkole Zawodowej w Tarnowie na stanowisku profesora nadzwyczajnego. Zainteresowania naukowe: problemy sterowania systemami dynamicznymi o niepewnych parametrach, sterowanie cyfrowe, automatyka przemysłowa. e-mail: kop@agh.edu.pl mgr inż. Kamil Szumlański Absolwent Instytutu Politechnicznego Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Tarnowie oraz Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie na kierunku Automatyka i Robotyka. specjalność Komputerowe Systemy Sterowania z 2012 r.

Obecnie zatrudniony w wydziale projektowym firmy SKAMER-ACM w Tarnowie. e-mail: szumi88@gmail.com mgr inż. Marcin Szejki Absolwent Instytutu Politechnicznego Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Tarnowie oraz Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie na kierunku Automatyka i Robotyka specjalność Komputerowe Systemy Sterowania z 2012 r. Zainteresowania: projektowanie, konstrukcja, zastosowanie robotów w przemyśle i w życiu codziennym oraz programowanie. e-mail: mszejki@gmail.com

Analiza doświadczalna odkształcenia elementów klejonych w próbie statycznego oddzierania Władysław Zielecki, Andrzej Kubit, Łukasz Święch Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Politechnika Rzeszowska

Streszczenie: W artykule zaprezentowano dwie eksperymentalne metody pomiaru przemieszczeń wykorzystane do określenia względnego przemieszczenia elementów klejonych w próbie wytrzymałościowej złącza. Przedmiotem badań było złącze klejowe poddane statycznej próbie oddzierania.

Pierwszą z przedstawionych metod jest trójwymiarowa cyfrowa korelacja obrazu – 3D DIC (ang. 3D Digital Image Correlation).

Zaprezentowano możliwości systemu pomiarowego ARAMIS opierającego się na tej metodzie. Proces pomiaru polega na rejestracji zjawiska przy użyciu dwóch kamer oraz obróbce numerycznej rejestrowanych obrazów. W efekcie możliwe jest uzyskanie pól przemieszczeń, jak i odkształceń. Druga z metod polega na rejestracji obrazu fragmentu obiektu, poprzez mikroskop optyczny wyposażony w kamerę cyfrową. Obraz poddany jest analizie przy użyciu programu MATLAB (Image Acquisition Toolbox). W tym przypadku uzyskuje się jedynie informację o przemieszczeniu poddanego rejestracji obszaru.

W podsumowaniu porównano wyniki obydwu metod oraz wykazano zalety i wady.

Słowa kluczowe: pomiar odkształcenia, skanowanie konstrukcji, połączenie klejowe, system wizyjny

1. Wstęp Połączenia klejowe, jako połączenia konstrukcyjne, zyskują coraz większe zastosowanie ze względu na szereg swoich zalet i rozwój samych substancji klejących. Cechą decydującą o rosnącym zainteresowaniu takimi złączami jest przede wszystkim ich mała masa. Dlatego prowadzone są

a)

intensywne badania nad mocnymi substancjami klejącymi pozwalającymi uzyskać dużą wartość adhezji.

Znaczącą zaletą tej formy łączenia elementów jest możliwość spajania ze sobą materiałów różnego typu, dlatego klejenie jest procesem szeroko stosowanym w technologii konstrukcji kompozytowych. W odniesieniu do innych metod łączenia, połączenia adhezyjne cechują się równomiernym rozkładem naprężeń w złączu. Brak konieczności wykonania otworów do utworzenia połączenia to również przewaga wobec połączeń śrubowych, czy nitowych.

Klejenie w wielu sytuacjach jest niezawodną metodą służącą spajaniu elementów w przypadku napraw, remontów maszyn i urządzeń. Jest to często stosowana forma doraźnego wzmocnienia uszkodzonych konstrukcji. [3–5, 11].

Technologia klejenia nie jest jednak pozbawiona wad.

Istotnym mankamentem spoin klejowych jest (porównując z metalami konstrukcyjnymi) szybkie starzenie się kleju oraz mała odporność na warunki atmosferyczne [2]. Wytrzymałość spoiny klejowej zależna jest od wielu czynników, co również zniechęca konstruktorów do sięgania po ten typ złączy.

Dominującą formą badań wytrzymałości połączeń klejowych jest statyczna próba ścinania określona przez normę PN-69/C-89300 Kleje do metali. Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie. Połączenia klejowe powinny być projektowane w taki sposób, by skleina pracowała na ścinanie.

Jest to najkorzystniejsza forma obciążenia tego typu złączy, która zapewnia dostateczną nośność [6, 7].

Oddzieranie jest z kolei niekorzystną formą obciążenia spoiny klejowej ze względu na występujące tu spiętrzenie naprężeń przy krawędzi złącza. Mimo zaleceń unikania tego typu obciążeń [10] w praktyce, naprężenia nor-

b)

Rys. 1. Modele wykorzystywane do badań wytrzymałości na oddzieranie pakietów klejonych; układ dwóch belek a); układ pojedynczej belki na sztywnym podłożu b) Fig. 1. Typical glue joint models subjected to peel used to strength tests; a) double cantilever beam; b) cantilever beam Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

71

Nauka

Rys. 2. Wymiary próbki klejowej używanej w próbie oddzierania Fig. 2. Dimensions of sample used to strength tests

malne do warstwy kleju są często przyczyną destrukcji konstrukcji klejonych. Zniszczenia połączeń powstałe na skutek sił oddzierających są typowe dla kompozytów warstwowych oraz klejonych łat naprawczych wzmacniających konstrukcje [8, 15]. W wymienionych przypadkach niszczenie konstrukcji następuje zazwyczaj na skutek cyklicznych obciążeń wywołujących zmęczenie połączenia klejowego.

W badaniach eksperymentalnych podejmujących tematykę rozwarstwiania układów klejonych, wykorzystuje się model dwóch belek sklejonych na określonej długości (rys. 1a) – tzw. DCB (ang. Double Cantilever Beam) [12–15]. W opisywanych rozważaniach przyjęto układ pojedynczej belki przyklejonej do sztywnego podłoża (rys. 1b).

2. Badania własne W artykule opisano przeprowadzone badania mające na celu analizę odkształcenia warstwy kleju w złączu poddanym obciążeniu oddzierania. Zwrócono szczególną uwagę na analizę odkształceń czołowej części złącza, gdzie następuje

Rys. 3. Próbka klejowa z wykazaniem wielkości mierzonych oraz teoretycznym rozkładem naprężenia Fig. 3. Diagram of sample with measured quantity and theoretical stress-distance curve for this case

72

inicjacja zniszczenia. Pomiary przeprowadzono przy statycznej próbie oddzierania.

Główny nacisk położono na pomiar odkształcenia bezwzględnego warstwy kleju w strefie czoła spoiny, w kierunku działania siły obciążającej, zatem w kierunku normalnym do powierzchni warstwy kleju.

Do badań przyjęto próbkę o wymiarach, kształcie oraz sposobie obciążenia zgodnych z rys. 2. Elementy klejone wykonano ze stali S235JT, do ich łączenia zastosowano dwuskładnikowy klej epoksydowy – BISON EPOXY METAL. Ze względu na znacząco mniejszy moduł sprężystości utwardzonej masy klejowej w stosunku do modułu elementów klejonych założono, iż odkształcenie bezwzględne warstwy kleju w danym punkcie jest tożsame z przemieszczeniem elementu klejonego I względem elementu klejonego II (rys. 3). Skupiono się więc na pomiarze wartości przemieszczenia względnego elementów klejonych w obszarze spoiny.

Ideę pomiaru przedstawiono na rys. 3. Rosnąca siła obciążająca P(t), od zera do wartości niszczącej wywołuje przemieszczenie elementu klejonego I, które w zakresie x = (0–12,5) mm jest tożsame (wedle założenia) z odkształceniem bezwzględnym warstwy kleju. Zaprezentowano tu także teoretyczny przebieg naprężeń normalnych do warstwy kleju według przyjętego modelu matematycznego [6]. Spodziewając się maksymalnej wartości odkształcenia warstwy kleju w płaszczyźnie czołowej złącza, szczególną uwagę zwrócono na pomiar właśnie tej wielkości, która wedle rysunku przyjmuje wartość dy. Dla czytelności rysunku grubość warstwy kleju dk zaznaczono przesadnie grubą kreską, w rzeczywistości dla tego typu złączy wielkość ta przyjmuje wartość dk = (0,05–0,15) mm [1, 9].

W pierwszej kolejności przeprowadzono kompleksową analizę względnego przemieszczenia elementów klejonych przy zastosowaniu metody trójwymiarowej cyfrowej korelacji obrazu.

Następnie, stosując inną metodę, dokonano pomiaru jedynie wielkości przemieszczenia względnego w obranym punkcie pomiarowym w czasie próby wytrzymałościowej. Przy wybo-

rze punktu pomiarowego kierowano się miejscem spodziewanego spiętrzenia naprężeń, oczekując maksymalnej wartości przemieszczeń w tym punkcie (w obszarze spoiny). Pomiar ten polegał na rejestracji obrazu przez mikroskop optyczny obszaru zawierającego punkt pomiarowy w czasie próby oddzierania. Na podstawie nagrania wyznaczony został przebieg przemieszczenia w czasie próby.

Celem stosowania drugiej metody pomiarowej było sprawdzenie efektywności relatywnie prostej metody służącej pomiarom maksymalnej wartości odkształcenia bezwzględnego warstwy kleju w próbie oddzierania. Potrzeba określenia dokładności tej metody uzasadniona jest faktem, iż wobec metody trójwymiarowej korelacji obrazu, cechuje się brakiem wymogu stosowania zaawansowanego sprzętu/systemu pomiarowego oraz czasochłonnego procesu przygotowania próbek.

W celu uzyskania obciążenia próbki wywołującego stan oddzierania w spoinie, zastosowano układ pneumatyczny (rys. 4). Układ wyposażony jest w czujnik siły, tak więc równolegle z pomiarem szukanego przemieszczenia w czasie, mierzona jest wywołująca je siła.

nych badań od materiału obiektu. W odróżnieniu od wielu innych metod doświadczalnych (np. elastooptyka), nie istnieje tutaj wymóg stosowania materiału modelowego o specjalnych właściwościach fizycznych, dzięki czemu pomiary są możliwe do wykonania nawet na rzeczywistych konstrukcjach w czasie ich eksploatacji.

System pomiarowy zawiera dwa zasadnicze komponenty.

Pierwszym z nich jest urządzenie nazywane skanerem, składające się z dwóch kamer cyfrowych o wysokiej rozdzielczości usytuowanych względem siebie w taki sposób, aby możliwe było zbudowanie obrazu przestrzennego. System umożliwia wykonywanie zdjęć z maksymalną szybkością 25 klatek na sekundę. Kolejnym elementem zestawu jest komputer ze specjalnym oprogramowaniem do numerycznej obróbki zdjęć wykonywanych w takcie badań.

Rys. 5. Skaner ARAMIS [GOM mbH] Fig. 5. ARAMIS scanner [GOM mbH]

3.1. Zasada pomiaru

Pomiar odbywa się na uprzednio przygotowanym obiekcie.

Czynności przygotowawcze polegają na pokryciu powierzchni elementu białą farbą, na której następnie należy nanieść stochastyczny wzór czarnych plamek (rys. 6). Dobór wielkości plamek uzależniony jest od wielkości badanego obiektu oraz właściwości optycznej części aparatury pomiarowej.

Rys. 4. Schemat układu obciążania próbek klejowych Fig. 4. Schematic diagram of loading system of adhesive joint

Zasada działania stanowiska obciążającego polega na wymuszeniu siły prostopadłej do płaszczyzny spoiny. Liniowy ruch tłoczyska stykającego się z wolnym końcem elementu klejonego I, wymusza stan oddzierania w spoinie. Posuw wywołujący obciążenie próbki, realizowany jest przez siłownik pneumatyczny. Szybkość posuwu, równoznaczna z szybkością zmiany obciążenia, może być płynnie regulowana za pomocą zaworu dławiącego przed wejściem zasilającym siłownika. Układ zasilany jest stałym ciśnieniem o wartości 0,4 MPa. Zastosowano siłownik o średnicy cylindra 50 mm i skoku 70 mm.

3. Metoda trójwymiarowej cyfrowej korelacji obrazu 3D DIC Trójwymiarowa cyfrowa korelacja obrazu jest eksperymentalną techniką optyczno-numeryczną pozwalającą na wyznaczanie pól deformacji badanych konstrukcji. Do niewątpliwych zalet tej metody należy zaliczyć wysoką dokładność pomiarów, umożliwiającą wyznaczanie zarówno pól przemieszczeń, jak i odkształceń, jak również uniezależnienie przeprowadza-

Rys. 6. Próbka przygotowana do badań Fig. 6. Sample prepared to measurements

Pomiary polegają na wykonaniu serii zdjęć obiektu w kolejnych fazach obciążania. Zdjęcia przesyłane są do oprogramowania komputerowego, gdzie w pierwszym kroku, korelacja obrazów z obu kamer umożliwia określenie pozycji każdego piksela przez nadanie im współrzędnych w trójwymiarowym układzie odniesienia. Następnie obrazy dzielone są na tak zwane siatki odkształceniowe (rys. 7), z których każda zawiera unikalny układ plamek. Konfiguracja początkowa staje się etapem referencyjnym. W czasie obciążania elemenPomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

73

Nauka

wyników badań. Na rys. 8b umieszczono usytuowanie układu współrzędnych względem otrzymanego obrazu próbki.

Oś Y pokrywa się z krawędzią czołową. Początek układu nie znajduje się dokładnie w lewym dolnym narożu, ze względu na ograniczenie obszaru przeliczeniowego (patrz rys. 8a). Jednak ze względu na sposób zamocowania próbki eliminujący wszelkie deformacje w całym obszarze sąsiadującym z dolną krawędzią, tym samym nie wpływa na otrzymywane wyniki. Fakt ten ma natomiast wpływ na definicję położenia przekrojów, omówionych w dalszej części artykułu.

Przedstawione składowe przemieszczenia (rys. 9–11) i składowe odkształcenia (rys. 12 i 13), zarejestrowano w chwili bezpośrednio poprzedzającej zniszczenie badanego elementu, co odpowiada maksymalnej sile obciążającej.

Rys. 7. Siatka odkształceniowa Fig. 7. Mesh of strain

tu, na skutek odkształceń jego powierzchni plamki, w każdym elemencie siatki zmieniają swoją pozycję względem siebie, co jest podstawą do obliczenia deformacji układu w stosunku do pozycji referencyjnej.

3.2. Wyniki pomiarów

Przyjęty obszar obliczeniowy przedstawiono na rys. 8a. Siatka odkształceniowa składa się z kwadratów o boku około 0,28 mm, co zapewnia wysoką dokładność wyników i możliwość obserwowania efektów lokalnych. Pozostałą część próbki uznano za nieistotną z punktu widzenia spodziewanych

Rys. 9. Składowa przemieszczenia v – siła maksymalna Fig. 9. Displacement v – maximal force

a)

b)

Rys. 8. a) Zdjęcie próbki z zaznaczonym polem pomiarowym; b) Przyjęty układ współrzędnych na tle cyfrowej reprezentacji próbki Fig. 8. a) Marking of measurement area on sample; b) Assumed coordinate system for digital representation of sample

74

Rys. 10. Składowa przemieszczenia u – siła maksymalna Fig. 10. Displacement u – maximal force

Rys. 11. Składowa przemieszczenia w – siła maksymalna Fig. 11. Displacement w – maximal force

Punkty opisane na rys. 14 znajdują się w pobliżu górnej krawędzi próbki, na przedłużeniu prostopadłej krawędzi czołowej. Wybrano trzy punkty, ponieważ najwyżej położony punkt nie pokrywa się dokładnie z krawędzią próbki. Barwna legenda przedstawia przemieszczenia względem osi Y, które udowadniają, że różnice poziomu przemieszczeń tych punktów są pomijalnie małe i można przyjąć, iż przemieszczenia punktu 0 mogą być utożsamiane z deformacją górnej krawędzi próbki.

Na rys. 15 przedstawiona jest zależność przemieszczenia punktu 0 w funkcji czasu badania.

Na kolejnych wykresach zobrazowano rozkład składowej ey odkształcenia wzdłuż przekroju poprowadzonego na wy-

Rys.15. Zależności przemieszczenia punktu 0 w funkcji czasu badania Fig. 15. Displacement-time curve of point ”0”

Rys.12. Składowa odkształcenia ex Fig. 12. Component ex of strain

Rys. 16. Rozkład składowej ey odkształcenia wzdłuż obszaru spoiny Fig. 16. Distribution ey strain along joint edge

Rys.13. Składowa odkształcenia ey Fig. 13. Component ey of strain

Rys. 14. Współrzędne punktów użytych do wyznaczenia przemieszczeń Fig. 14. Coordinates of measurement points

Rys. 17. Rozkład składowej Y odkształcenia wzdłuż obszaru spoiny z pominięciem wypływki kleju Fig. 17. Distribution of strain of Y-direction along joint edge without fash of glue Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

75

Nauka

sokości 16,35 mm od krawędzi dolnej próbki, przecinając obszar zawierający skleinę.

Teoretyczne rozważania dotyczące rozkładu odkształceń wzdłuż szczeliny nie uwzględniają wpływu wypływki kleju.

Na kolejnym wykresie (rys. 17) zobrazowano rozkład odkształcenia z pominięciem obszaru szczeliny.

Dalej przedstawiono rozkład składowej Y przemieszczenia, wzdłuż przekroju (definiowanego jw.). Maksymalne przemieszczenie wystąpiło w pobliżu krawędzi skleiny i wyniosło 91,64 μm.

Rys. 18. Rozkład składowej Y przemieszczenia wzdłuż obszaru spoiny Fig. 18. Distribution of displacement of Y-direction along joint edge

Rys. 19. Schemat ilustrujący koncepcję pomiaru przemieszczenia poprzez obserwację obszaru pomiarowego Fig. 19. Demonstrate of displacement measurement idea by image analysis

4. Pomiar na podstawie analizy obrazu mikroskopowego Druga z przedstawionych metod umożliwia pomiar przemieszczenia fragmentu elementu klejonego w kierunku siły obciążającej złącze. Koncepcja pomiaru polega na poddaniu obserwacji za pomocą mikroskopu optycznego obszaru wokół punktu znajdującego się na skrzyżowaniu górnej krawędzi elementu klejonego I z przedłużeniem krawędzi czołowej próbki (rys. 19).

Uzyskany obraz mikroskopowy strefy pomiarowej składa się z dwóch obszarów: ciemnego – fragmentu elementu klejonego I oraz jasnego – tła. Przykład rzeczywistego obrazu wraz z odpowiadającym mu obrazem binarnym przedstawiono na rys. 20. Rzeczywiste stanowisko pomiarowe zaprezentowano na rys. 21.

Przedstawiony układ wyposażono w mechanizm umożliwiający precyzyjne ustawienie obserwowanego pola. Siłownik obciążający zamontowano na tym samym sztywnym profilu, na którym przymocowano próbkę, co ma zapewnić odpowiednią sztywność układu, a tym samym ustrzec od znaczących błędów wynikłych z przemieszczenia układu, które nakładałyby się na odkształcenie mierzone.

System wizyjny, wyznaczający szukane przemieszczenie, działa dwuetapowo. Pierwszy etap to akwizycja obrazów mikroskopowych z czasu trwania eksperymentu. Drugim etapem jest analiza zarejestrowanych danych, celem uzyskania przebiegu przemieszczenia w czasie.

Ta sama klatka poddana binaryzacji

Przykładowa klatka nagrania jednego z eksperymentów

Binaryzacja obrazu

Punkt pomiarowy

Tło

Kierunek przemieszczenia (d y (t)) punktu pomiarowego

Określenie relacji w obrazie pomiędzy polem czarnym i białym (B/W)

Fragment elementu klejonego I

Rys. 20. Przykładowa klatka nagrania próby ukazująca sposób analizy obrazu Fig. 20. Exemplary image from experiment movie showing idea of analysis of image

76

Wyznaczenie wartości szukanego przemieszczenia na podstawie stosunku B/W

Rys. 21. Stanowisko pomiarowe służące wyznaczaniu przemieszczenia względnego elementów klejonych Fig. 21. Measurement site used to obtain adhesive joint curve of displacement

Zastosowana kamera cyfrowa, sprzężona z mikroskopem, pozwala na pobieranie obrazów RGB o rozdzielczości 640 × 480 pikseli z szybkością 30 kl./s. Skorzystano tu z darmowego narzędzia AMCap [16], którego funkcją jest m.in. rejestracja nieskompresowanego materiału filmowego w pliku AVI. Poddany obserwacji fragment elementu klejonego I pod wpływem obciążenia ulega odkształceniu oraz przemieszcze-

Rys. 22. Przemieszczenie punktu pomiarowego w kierunku Y w czasie badania Fig. 22. Displacement-time curve of measured point

niu względem elementu II, a co za tym idzie obserwowany przez kamerę fragment przemieszcza się w czasie. Dobrano tak ustawienia toru wizyjnego, że przemieszczenie fragmentu badanej próbki jest obserwowane od górnej (0, 0) w stronę dolnej (640, 480) części rejestrowanego obrazu. Próbka w trakcie przemieszczania wypełnia ciągły obszar pola obserwacji, tj. od górnej krawędzi do aktualnego położenia. Zapewniono odpowiednie warunki oświetleniowe, tak aby tło było wyraźnie kontrastowe (zbliżone do koloru białego) w stosunku do próbki (kolor szary). Najistotniejszym było zarejestrowanie ostrej i kontrastowej krawędzi próbki.

Określenie szukanej wielkości przemieszczenia dokonane jest na podstawie obliczenia pola widocznego obszaru próbki na podstawie wyznaczonej dolnej krawędzi. Pole wyrażone jest w μm2, dlatego też należało dokonać przeliczenia jednostek obrazu (pikseli) na jednostki długości (μm). W tym celu dokonano skalowania, obserwując przez mikroskop element znajdujący się na stole z posuwem poprzez śrubę mikrometryczną i wykonując zdjęcia z położeń śruby: 0 μm (startowe), 10 μm, 20 μm, 30 μm, 40 μm. Następnie w programie graficznym odczytano różnice między prawymi krawędziami elementu obserwowanego w poszczególnych pozycjach.

Wynikiem pomiaru jest przebieg przemieszczenia obranego fragmentu w czasie próby wytrzymałościowej. Na rys. 22 zaprezentowano tę charakterystykę, natomiast na rys. 23 przywołano w celach porównawczych analogiczny wykres uzyskany w metodzie pierwszej.

Czynniki mogące mieć wpływ na różnice porównywanych przebiegów są wynikiem stosowania różnych metod pomiarowych, ale również same próbki, mimo zachowania danego ich charakteru, wykazują różnice. Pomimo zapewnienia możliwie stałych warunków i zastosowaniu jednej metodyki przygotowania próbek, trudna jest do uzyskania pełna powtarzalność ich ostatecznego kształtu. Znaczący wpływ ma tu wielkość wypływki czołowej kleju.

Czynnikiem, który wpłynął w nieznanym stopniu na cechy spoiny dla próbki użytej w pierwszym pomiarze, jest oddziaływanie podwyższonej temperatury, będące efektem procesu przygotowawczego (operacja szlifowania profilu próbki).

Jeżeli chodzi o różnice wynikłe ze specyfiki poszczególnych metod pomiarowych, zwraca uwagę fakt, iż metoda trójwymiarowej korelacji obrazu objęła swym zasięgiem makroskopowo całą próbkę. W takim ujęciu uchwycone są odkształcenia – przemieszczenia we wszystkich kierunkach. Na podstawie zbioru tych danych system pomiarowy umożliwił wyodrębnienie jedynie pożądanych wielkości. Natomiast w metodzie pomiaru mikroskopowego, przez wzgląd na konstrukcję układu, uchwycone jest przemieszczenie w żądanym kierunku, jednakże na szukaną wielkość nakładają się tu inne wielkości, przede wszystkim przemieszczenie wynikające z ograniczonej sztywności układu pomiarowego.

5. Podsumowanie

Rys. 23. Zależności przemieszczenia punktu 0 w funkcji czasu badania Fig. 23. Displacement-time curve of point ”0”

Metoda trójwymiarowej cyfrowej korelacji obrazu, będąca efektywnym narzędziem do analizy odkształceń obciążonego układu, umożliwia wyznaczenie wartości przemieszczeń (odkształceń) z dużą dokładnością w strefie klejenia. Co istotne, metoda bazuje na systemie wizyjnym, toteż nie wprowadza zakłóceń do obiektu badanego.

Mankamentem metody, dla przypadku opisanego pomiaru, jest konieczność przygotowania powierzchni bocznej próbek Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

77

Nauka

do pomiaru. Próbki podczas szlifowania ulegały nagrzaniu do relatywnie wysokich (dla kleju) temperatur. To oddziaływanie temperaturowe w nieznanym stopniu mogło wpłynąć na właściwości wytrzymałościowe, które były przedmiotem badań.

Jak zostało wykazane, gdy nie jest wymagana szczególna dokładność pomiaru przemieszczeń, z powodzeniem można użyć bardziej przystępnych metod pomiarowych, jak druga z opisanych metod. Metoda pomiaru mikroskopowego cechuje się prostotą i zastosowaniem ogólnodostępnych, uniwersalnych narzędzi, jakimi są mikroskop optyczny wyposażony w kamerę cyfrową oraz program MATLAB. Niewątpliwą wadą metody jest brak możliwości wyodrębnienia jedynie wielkości szukanej w pomiarze.

Bibliografia 1. Godzimirski J., Kozakiewicz J., Łunarski J., Zielecki W., Konstrukcyjne połączenia klejowe elementów metalowych w budowie maszyn, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1997.

2. Mirski Z., Piwowarczyk T., Podstawy klejenia, kleje i ich właściwości, „Przegląd Spawalnictwa”, 8/2008, 12–24.

3. Baker A.A., Jones R., Bonded repair of aircraft structures, Martinius Nijholf Publ, Dortecht – Boston – Lancaster 1988.

4. Baker A.A., Bonded composite repair of fatigue – cracked primary aircraft structure, „Composite Structures”, Vol. 47, 1997.

5. Chester R.J., Walker K., Chalkley P., Adhesively bonded repairs to primary aircraft structure, „International Journal of Adhesion and Adhesives”, Vol. 19, 1/1999, 1–8.

6. Godzimirski J., Wytrzymałość doraźna konstrukcyjnych połączeń klejowych, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2002.

7. Skoć A., Spałek J., Podstawy konstrukcji maszyn, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2006.

8. Andre A., Haghani R., Biel A., Application of fracture mechanics to predict the failure load of adhesive joints used to bond CFRP laminates to steel members, „Construction and Building Materials”, 27, 2012, 331–340.

9. Cisek Z., Zielecki W., Wyznaczanie maksymalnych naprężeń w połączeniach klejowych w warunkach oddzierania, „Technologia i automatyzacja montażu”, 2/1994.

10. Prospekt informacyjny firmy LOCTITE, Der LOCTITE, Monachium 1988.

11. Sikora R., Tworzywa epoksydowe w naprawach maszyn, WNT, Warszawa 1971.

12. Blackman B.R.K., Kinloch A.J., Rodriguez Sanchez F.S., Teo W.S., Williams J.G., The fracture behaviour of structural adhesives under high rates of testing, “Engineering Fracture Mechanics”, 76, 2009, 2868–2889.

13. Makoto Imanaka M., Takeuchi Y., Nakamura Y., Nishimura A., Iida T., Fracture toughness of spherical sili-cafilled epoxy adhesives, „International Journal of Adhesion & Adhesives”, 21, 2001, 389–396.

14. Azari S., Papini M., Schroeder J.A., Spelt J.K., The effect of mode ratio and bond interface on the fatigue behavior of a highly-toughened epoxy, “Engineering Fracture Mechanics”, 77, 2010, 395–414.

15. Shokrieh M.M., Heidari-Rarani M., Ayatollahi M.R., Delamination R-curve as a material property of uni-

78

di-rectional glass/epoxy composites, “Materials and Design”, 34, 2012, 211–218.

16. [http://noeld.com/programs.asp?cat=video] – Videoconferencing and Video Capture Tools.

Experimental analysis of strain field of adherent in adhesive joint subjected to peel Abstract: This paper describes results of investigation which main aim was to prepare methodology of measurement of deformation of adherent element in adhesive joint. Two different methodology of measurement were considered. Both of them are based on vision system. Research were conduct on adhesive joint specimen subjected to peel. In first paragraph was presented 3D Digital Image Correlation methodology. Potential of ARAMIS system was presented that based on this method. In this case measurement system is equipped with two digital cameras which records specimen during strength test and then upon analysis on personal computer we can obtain displacement or strain field in require area of specimen. Second method of measurement presented in article based on microscope. Optical microscope equipped with digital camera was used to register displacement of particular field of specimen during strength test. Registered movie was processed using Image Acquisition Toolbox MATLAB to obtain binary image of these area. It enables to retrieve displacement in time. In summary both of method were compared.

Keywords: strain measurement, construction scanning, adhesive joint, vision system

dr hab. inż. Władysław Zielecki Profesor w Katedrze Technologii Maszyn i Inżynierii Produkcji Politechniki Rzeszowskiej. Jest autorem kilkudziesięciu publikacji naukowych z zakresu konstrukcji i technologii połączeń montażowych oraz obróbki umacniającej części maszyn. e-mail: wziel@vp.pl mgr inż. Andrzej Kubit Doktorant w Katedrze Technologii Maszyn i Inżynierii Produkcji Politechniki Rzeszowskiej. Zainteresowania naukowe: analiza doświadczalna oraz numeryczna dotycząca wytrzymałości statycznej i zmęczeniowej połączeń adhezyjnych; badania wpływu nanonapełniaczy na właściwości kompozycji klejowych. e-mail: kubit.andrzej@gmail.com mgr inż. Łukasz Święch Asystent w Katedrze Samolotów i Silników Lotniczych Politechniki Rzeszowskiej. Zainteresowania naukowe: eksperymentalne oraz numeryczne badania cienkościennych struktur nośnych w stanach deformacji pokrytycznych. e-mail: lukasz.swiech@gmail.com

NAUKA

Wielorobotowa rekonfigurowalna forma mocująca obrabiane detale – układ sterowania Cezary Zieliński∗ , Piotr Trojanek∗ , Tomasz Kornuta∗ , Tomasz Winiarski∗ , Michał Walęcki∗ , Włodzimierz Kasprzak∗ , Wojciech Szynkiewicz∗ , Teresa Zielińska∗∗ ∗∗

Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, Politechnika Warszawska ∗

Streszczenie: Formy mocujące muszą być idealnie dopasowane do detali, które maja podpierać. Nawet mała modyfikacja kształtu w projekcie detalu powoduje, że kosztowna forma staje się bezużyteczna.

nywane jest na stanowisku obróbczym, czyni je przez ten czas nieproduktywnym.

Stąd duże zainteresowanie przemysłu formami rekonfigurowalnymi.

Zastąpienie tradycyjnych form przez wiele robotów stanowiących ruchome podpory wymaga zaprojektowania specjalnego układu sterowania oraz dedykowanej metody programowania umożliwiającej szybką rekonfigurację takiego systemu. Układ sterowania systemu wielorobotowego został zaprojektowany na podstawie formalnej specyfikacji definiującej strukturę tego układu za pomocą agentów, których zachowanie określane jest za pomocą funkcji przejścia.

W ten sposób stworzono system modularny, umożliwiający parametryzację oprogramowania ułatwiające wprowadzanie zmian przy sprawdzaniu różnych rozwiązań technicznych, co jest nieodzowne przy konstrukcji systemu prototypowego. Eksperymenty przeprowadzone w fabryce wykazały, że zaprojektowany system usztywnia detal na tyle, aby wynik obróbki mechanicznej był zadowalający.

Jeżeli liczba różnych detali podlegających obróbce jest znaczna, to zaprojektowany system stanowi względnie tanią alternatywę dla wytworzenia i późniejszego magazynowania wielu form. Ponadto zaprojektowany układ sterowania może sterować zespołami robotów o różnej liczności oraz dopuszcza zmiany konstrukcyjne poszczególnych części robotów. Pierwsza część artykułu przedstawia problemy związane z konstrukcją form podpierających oraz prezentuje strukturę układu sterowania systemu wielorobotowego, natomiast część druga koncentruje się na programie planującym działania robotów.

Słowa kluczowe: rekonfigurowalne formy mocujące, systemy wielorobotowe, systemy wieloagentowe, układy sterowania

M

imo tego, że obecne badania w dziedzinie robotyki koncentrują się na robotach usługowych i terenowych, w przemyśle nadal istnieją nierozwiązane istotne problemy wymagające zastosowania robotów. Przykładowo, w przemyśle lotniczym stosowane są kosztowne formy mocujące detale (rodzaj kopyt kowalskich), na których wykonywane są operacje obróbcze. Z przyczyn technologicznych cienkie płaty blachy o znacznych rozmiarach i przestrzennych kształtach przed obróbką mechaniczną (np. wierceniem lub frezowaniem) muszą zostać przytwierdzone do usztywniającej je formy. Obecnie do tego celu najczęściej stosuje się osobne formy dla każdego z obrabianych detali (rys. 1). Rzadziej stosowane są zestawy ręcznie konfigurowanych podpór. Pierwsze rozwiązanie wymaga wielu precyzyjnie dopasowanych form, a więc jest bardzo kosztowne, natomiast w drugim przypadku przy zmianie rodzaju obrabianego detalu każdorazowo trzeba precyzyjnie ustawić podpory, co jest czasochłonne, a ponieważ wyko-

84

Pomiary Automatyka Robotyka 9/2011

Rys. 1. Typowa forma mocująca stosowana w zakładach Piaggo Aero Fig. 1. A standard fixture used by Piaggo Aero

Dotychczas wytwarzane były dwie postacie rekonfigurowalnych systemów mocujących dla cienkościennych detali: modułowe wymienne uchwyty (ang. MFFS – Modular Flexible Fixture Systems) oraz uchwyty o zmiennym kształcie i jednolitej strukturze (ang. SSFFS – Single Structure Flexible Fixture Systems). Te pierwsze składają się z zestawu modułów mocujących o różnych kształtach, mocowanych do podstawy, natomiast te drugie zazwyczaj składają się z gęstej sieci podpór o zmiennej wysokości lub tworzone są na bazie materiałów, które zmieniają swoją sztywność. Niestety obie wersje mają ograniczoną zdolność do rekonfiguracji [6, 7]. Głównymi wadami są wysokie koszty, ograniczona zdolność do zmiany kształtu oraz znaczny czas potrzebny do zmiany ustawienia takich uchwytów, co czyni je trudnymi lub nieefektywnymi w wykorzystaniu do detali o różnych rozmiarach i skomplikowanych kształtach. Istnieją jeszcze systemy wykorzystujące roboty przemysłowe (ang. Robotic Fixtureless Assemblies – RFA), które zastępują tradycyjne podpory zestawami manipulatorów z chwytakami wspólnie podpierającymi detal podlegający obróbce [2, 3]. Przy wykorzystaniu systemów typu RFA różne detale mogą być obrabiane w ramach jednego stanowiska, a przejścia do obróbki detali innego typu są stosunkowo szybkie – rekonfiguracja polega tu na wymianie programu, a nie na zmianie ustawienia mechanicznych części systemu. Jednak istniejące i proponowane systemy typu RFA nadają się tylPomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

79

NAUKA

Nauka ko do części sztywnych i stosunkowo niewielkich detali, ponieważ wykorzystują ograniczoną liczbę tradycyjnych, stacjonarnych manipulatorów robotów, które nie zmieniają swojego miejsca zamocowania, a co więcej, wzajemnie sobie przeszkadzają, ponieważ duża część ich przestrzeni roboczej jest wspólna. Proponowany w tym artykule system podpierania łączy zalety systemów RFA i MFFS, a mianowicie zdolność do przemieszczania podpór w czasie i przestrzeni ze zdolnością dostosowywania się głowicy podpierającej do kształtu podpieranej powierzchni, przy zachowaniu wysokiej sztywności podparcia.

Rys. 2. Wielorobotowa rekonfigurowalna forma mocująca Fig. 2. The multi-robot fixture

Zauważono, że w praktyce detal podlegający obróbce musi być sztywny jedynie w pobliżu miejsca, gdzie ta obróbka się odbywa. Ta obserwacja doprowadziła do pomysłu wytworzenia samo-rekonfigurowalnego urządzenia składające się z roju robotów zdolnych do przemieszczania się pod arkuszem blachy, podpierając ją tylko w aktualnym rejonie obróbki (rys. 2) [4]. Liczba robotów wspomagających produkcję może być różna dla arkuszy o różnej wielkości, jednak system sterujący powinien pozostać niezmieniony.

Artykuł ten pokazuje, jakie powinny być cechy sterownika takiego systemu. Liczby robotów podpierających nie można określić a priori, więc do projektowania struktury systemu sterowania zostało wybrane podejście wieloagentowe. Specyfikacja systemu opera się na wcześniejszych pracach [9, 11, 13] wykorzystujących podejście agentowe i funkcje przejścia opisujące zachowania każdego agenta.

Inspiracją tej metody specyfikacji systemów sterowania robotów był sposób określania znaczenia rozkazów języków programowania przez definiowanie, jaki efekt będzie miało wykonanie ich instrukcji na działanie pewnej abstrakcyjnej maszyny obliczeniowej, a więc określenie ich semantyki operacyjnej [8].

1. Koncepcja urządzenia samorekonfigurowalnego

Skonstruowany system działa w następujący sposób. Panele (cienkie blachy ukształtowane przez prasę) wprowadzane są do urządzenia ręcznie. Statyczne zaciski pozycjonują panel w płaszczyźnie poziomej, natomiast siła grawitacji powoduje ugięcie blachy w pionie. Roboty podpierające

80

przemieszczają się w pobliże miejsca obróbki, aby usztywnić panel tam, gdzie będzie pracowało narzędzie maszyny CNC. Każdy z robotów składa się z trzech części: bazy mobilnej przemieszczającej robota pod panelem, manipulatora o strukturze równoległej (ang. Parallel Kinematic Machine – PKM) poruszającego trzecim elementem, czyli głowicą bezpośrednio podpierającą blachę. Roboty przemieszczają się na ławie, z której wystają elementy dokujące – trzpienie. Baza mobilna ma trzy nogi zakończone elementami dokującymi – dokładniej gniazdami. Owe gniazda nasadzane są na trzpienie wystające z ławy. Tworzą one na ławie siatkę trójkątów równobocznych. Podstawa robota, podpierając obrabiany panel, jest przytwierdzona do trzech sąsiednich elementów dokujących, tworzących trójkąt. Przemieszczając się do nowego położenia, baza mobilna odłącza się od dwóch trzpieni, podnosi nogi, do których były one przytwierdzone, i obraca się wokół trzeciego elementu dokującego – tego, który pozostał złączony z ławą. Gdy robot w nowym położeniu bezpiecznie przytwierdzi przenoszone nogi do ławy, manipulator unosi głowicę do zdefiniowanej programowo pozycji, zapewniając tym samym podparcie dla obrabianych blach. Po zetknięciu głowicy z blachą wytwarzane jest podciśnienie, które zapobiega odskoczeniu blachy. Początkowo głowica jest podatna, ale po osiągnięciu właściwego położenia jest utwardzana, a podciśnienie utrzymuje blachę w ścisłym kontakcie z robotem.

Program działający off-line, na podstawie geometrycznych danych CAD opisujących panel i danych CAM opisujących przewidzianą procedurą obróbki, generuje plan ruchu robotów. Panele są poddawane wierceniu lub frezowaniu. Wiercenie wykonywane jest, gdy roboty podpierające są nieruchome. Frezowanie wymaga, aby roboty przemieszczały się podczas obróbki. Sterownik nadrzędny korzysta z planu wygenerowanego off-line do sterowania robotami podczas obróbki. Wpływa również na sterownik maszyny CNC, synchronizując pracę robotów z działaniami tej maszyny.

2. Urządzenia składowe Prototypowy system został przedstawiony na rys. 2. Roboty podpierające panel przemieszczają się ponad ławą z trzpieniami, do których dokują się nogi robotów. Ława z jednej strony stanowi rodzaj planszy, po której przemieszczają się roboty, a z drugiej strony jest odpowiedzialna za dostarczenie do nich zasilania i sprężonego powietrza.

Oba media są dostarczane za pośrednictwem trzpieni stanowiących elementy dokujące. W chwili dokowania wtyczka znajdująca się na szczycie trzpienia wchodzi w gniazdo umieszczone w nodze robota, natomiast samozamykające się połączenie przewodów pneumatycznych znajduje się w kołnierzu otaczającym podstawę trzpienia.

Baza mobilna każdego robota ma trzy nogi umieszczone w trzech wierzchołkach trójkąta równobocznego [4]. Każda noga może być opuszczona lub podniesiona. Ten ruch jest wykonywany przez dwupołożeniowy siłownik pneumatyczny sterowany elektrycznymi zaworami pneumatycznymi.

Wszystkie nogi są w stanie obracać się wokół pionowej osi (osi trzpienia, do którego przytwierdzona jest noga).

Jeden silnik elektryczny jest odpowiedzialny za jednoczesny obrót wszystkich nóg. Wszystkie nogi są sprzężone

9/2011 Pomiary Automatyka Robotyka

85

86

NAUKA z silnikiem za pomocą wspólnej przekładni, ich ruch jest zsynchronizowany, tzn. wszystkie nogi utrzymują niezmienną orientację. Nogi są mocowane do trzpieni znajdujących się w ławie przez pneumatyczne urządzenia dokujące (zamki) firmy Schunk. Robot podpierający blachę ma trzy nogi przytwierdzone do ławy. Podczas translokacji bazy mobilnej dwa zamki zostają otwarte, odpowiadające im dwie nogi są podnoszone powyżej trzpieni, a robot obraca się wokół trzeciej nogi nadal przytwierdzonej do trzpienia. Manipulator umieszczony na wierzchu bazy mobilnej może być obracany niezależnie. Za ten ruch jest odpowiedzialny drugi, niezależny silnik elektryczny. Stąd baza mobilna wymaga sterowania: dwoma silnikami, trzema siłownikami pneumatycznymi i trzema pneumatycznymi zamkami dokującymi.

Manipulator (PKM) [5, 14] ma 6 stopni swobody, równo podzielonych między równoległą strukturę kinematyczną i kiść sferyczną, a więc sterowanych musi być sześć silników.

Trójkątna głowica podpierająca panele umieszczona jest na kiści manipulatora. Zawiera ona płyn magnetoreologiczny, który może przyjmować postać ciała stałego lub płynu w zależności od położenia magnesu stałego poruszanego siłownikiem pneumatycznym [1]. Ponadto sterowania wymaga wytwarzanie podciśnienia umożliwiającego przyssanie panelu do głowicy. Oba urządzenia pneumatyczne wymagają jedynie sterowania dwustanowego. Głowica, gdy nie jest przyssana do panelu, może być obracana, co wymaga sterowania pojedynczym dodatkowym silnikiem. Ława jest odpowiedzialna za dystrybucję energii i powietrza dostarczanego pod ciśnieniem do nóg robotów. Napięcie dołączane jest do łącza znajdującego się w trzpieniu za pomocą przekaźnika. Wyspa zaworowa Festo odpowiada za dystrybucję sprężonego powietrza, między inny pośredniczy w dostarczaniu sprężonego powietrza do czyszczenia trzpieni z wiórów powstających podczas pracy maszyny CNC.

3. Struktura układu sterującego i zachowanie systemu Wszystkie silniki robota połączone są z przemysłowymi sterownikami ruchu Maxon EPOS2, które z kolei przyłączone są do jego komputera pokładowego za pomocą magistrali CAN. Sterowniki EPOS2 mają podwójne zasilanie, aby zapobiec restartowi komputera podczas prawdopodobnych, ale jak dotychczas nigdy nie zaobserwowanych, krótkich przerw w zasilaniu mogących powstać przy rozłączaniu zasilania przy podnoszeniu nóg robota. Uzwojenia silników są zasilane napięciem stałym 48 V, które jest dostarczane niezależnie od stabilizowanego zasilania o napięciu stałym 24 V na potrzeby komputera pokładowego. Wszystkie urządzenia wymagające sterowania dwustanowego są obsługiwane przez wyjścia binarne sterowników EPOS2. Dziewięć takich sterowników wystarcza dla każdego robota: 6 do silników manipulatora, 2 do silników bazy mobilnej i 1 dla silnika obrotu głowicy. Sterowanie zasilaniem ławy jest obsługiwane osobno przez wejścia-wyjścia cyfrowe karty znajdującej się w komputerze nadrzędnym umieszczonym poza robotami, a zawory pneumatyczne sterujące przepływem powietrza do układu dysz czyszczących będących w podstawach trzpieni są obsługiwane przez oddzielną magistralę CAN przyłączo-

85

86

ną do tego komputera. Komputer nadrzędny i komputery pokładowe komunikują się za pośrednictwem bezprzewodowej sieci Ethernet. Oprogramowanie uruchomione w tej sieci zbudowane jest z niezależnych agentów programowych.

CAD data Off-line planner Supervisory agent

a0

a 11

a 12

a 13

• • •

an1

an2

an3

an+1

Rys. 3. Struktura wieloagentowego systemu sterującego Fig. 3. Structure of the multi-agent control system

Każdy z robotów (wyróżnionych w tekście indeksem j) jest sterowany przez trzy agenty upostaciowione (ajk , k = 1, 2, 3). Agenty te odpowiadają za sterowanie wyżej opisanymi trzema częściami składowymi robota: manipulatorem steruje agent aj1 , bazą mobilną aj2 , natomiast głowicą aj3 (rys. 3). Ponieważ agenty te związane są z fizyczną postacią urządzeń mechanicznych, którymi sterują, stąd ich nazwa – upostaciowione. W ogólności robotów może być dowolnie wiele j = 1, ..., n, ale w przedstawionym prototypowym zestawie n = 2. Można by zaprojektować monolityczny system sterowania, ale to utrudniłoby niezależny rozwój oprogramowania dla każdej z części składowych robotów.

Ponadto początkowo przewidywano, że docelowy system będzie często modyfikowany wraz z rozwojem prototypu.

W takich okolicznościach modularność oprogramowania jest koniecznością. Ponieważ trzy części każdego z robotów powstawały oddzielnie, trzy agenty zostały stworzone dla każdego z robotów. Całkowita liczba agentów wynika z liczby robotów w zestawie (pomnożonej przez trzy), a dodatkowo istnieją jeszcze: koordynator systemu a0 oraz agent an+1 bezpośrednio sterujący ławą. Oprogramowanie systemu sterowania zostało formalnie wyspecyfikowane, przez zdefiniowanie zachowania agentów za pomocą funkcji przejścia [11]. Agenty upostaciowione sterujące poszczególnymi częściami robotów, co do zasady, mogą komunikować się ze sobą bezpośrednio, jednak w tym przypadku wystarczy komunikacja tych agentów jedynie z koordynatorem.

Poniżej wyszczególniono zadania poszczególnych agentów.

Agent sterujący manipulatorem (aj1 ): 1) przemieszcza manipulator w taki sposób, że głowica zostanie ustawiona we wskazanej przez koordynatora pozycji podparcia panelu, 2) podpiera panel, 3) opuszcza głowicę do pozycji początkowej. W tej konfiguracji agent pozostaje w stanie uśpienia. W tym stanie baza mobilna może bezpiecznie przemieszczać całego robota.

Pierwsza i trzecia operacja są wykonywane przez to samo zachowanie zdefiniowane pojedynczą odpowiednio sparametryzowana funkcją przejścia. Druga nie wymaga żadnej aktywności – robot pozostaje nieruchomy.

Agent sterujący bazą mobilną (aj2 ): 1) uwalnia dwie nogi z trzpieni, Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

Pomiary Automatyka Robotyka 9/2011

Embodied agents

81

NAUKA

Nauka 2) podnosi te dwie nogi,

inter-agent transmission

3) obraca się na nodze zadokowanej do trzpienia, 4) opuszcza podniesione nogi, 5) dokuje właśnie opuszczone nogi, 6) stoi na wyprostowanych i przytwierdzonych do trzpieni trzech nogach.

Gdy wszystkie nogi robota przytwierdzone są do trzpieni wystających z ławy, agent sterujący bazą mobilną pozostaje w stanie uśpienia, stąd potrzebnych jest jedynie pięć zachowań. W stanie uśpienia agenta aj2 , agent aj1 może poruszać manipulatorem, a w szczególności ustawić głowicę tak, aby podpierała obrabiany panel. Baza mobilna podczas pracy ma co najmniej jedną nogę wyprostowaną (cały czas unosi się na tym samym poziomie).

Agent sterujący głowicą (aj3 ): 1) obraca głowicę do pożądanej orientacji, 2) załącza podciśnienie, 3) utwardza zawartość głowicy,

i x cTj

transmission buffers

i+1 y cTj

cj

internal i/i+1 c variables cj

i+1 y cej

effector images

i x cej

effector control-state

ej Rys. 4. Struktura agentów upostaciowionych: aj1 , aj2 , aj3 Fig. 4. Structure of embodied agents: aj 1 , aj 2 , aj 3

4) podpiera panel, 5) odłącza podciśnienie, 6) upłynnia zawartość głowicy.

Podpieranie panelu nie wymaga żadnych działań, a więc znowu pięć zachowań wystarcza.

Agent sterujący ławą (an+1 ): 1) załącza lub wyłącza zasilanie dostarczane do robotów przez trzpienie i nogi, 2) załącza lub wyłącza sprężone powietrze używane do czyszczenia trzpieni z wiórów metalowych powstających podczas obróbki mechanicznej.

Agent (a0 ) koordynujący działania całego systemu jest odpowiedzialny za: 1) współdziałanie z operatorem, 2) czytanie planu stworzonego przez program off-line, 3) koordynowanie działań agentów sterujących robotami przez wydawanie odpowiednich poleceń, 4) sterowanie agentem sterującym ławą.

4. Sterownik

Struktura każdego agenta w systemie jest podyktowana ogólnymi właściwościami agentów upostaciowionych, które sterują swymi efektorami, uzyskują informacje o otoczeniu przez swoje receptory (dokładniej eksteroreceptory) oraz kontaktują się bezpośrednio z innymi agentami, a ponadto mają własną pamięć wewnętrzną (rys. 4) [11, 13].

Generalnie każdy taki agent ma możliwość: wydawania poleceń swojemu efektorowi, konfigurowania swoich eksteroreceptorów, dostarczania informacji do innych agentów, jak również aktualizację własnej pamięci. Definiują to jego funkcje przejścia, które wykonują niezbędne obliczenia na podstawie: proprioreceptywnej informacji uzyskanej z efektora, zagregowanych odczytów z eksteroreceptorów, informacji dostarczanej przez inne agenty oraz zawartość własnej pamięci. Jednak w tym konkretnym przypadku agenty nie wykorzystują eksteroreceptorów, a ich kontakt z innymi agentami jest ograniczony jedynie do wymiany informacji z koordynatorem. Ponadto ta wymiana danych

82

// Wyznacz stan początkowy – i = i0 ej x ciej ; Vj x ciVj ; ......... loop // Pobierz polecenie od koordynatora i i y cT0j x cTj0 ; // Zinterpretuj polecenie ......... // Wykonaj polecenie (operację zdefiniowaną // funkcją przejścia i warunkiem końcowym) loop // Wykonanie operacji // Sprawdź warunek końcowy if mfτj ( x cij ) = false then // Wyznacz następny stan // podsystemu sterowania i+1 := mfc j ( x cij ); y cj // Prześlij wyniki obliczeń i+1 i+1 y cVj Vj ; y cej ej ;

// Czekaj na następną iterację i := i + 1; // Wyznacz bieżący stan agenta ej x ciej ; Vj x ciVj ; endif endloop; // Koniec operacji // Poinformuj koordynatora o wykonaniu polecenia i i y cTj0 x cT0j ; endloop;

Rys. 5. Pseudokod agenta upostaciowionego: aj1 , aj2 , aj3 Fig. 5. Pseudocode of an embodied agent: aj1 , aj2 , aj3

zachodzi sporadycznie – tylko wtedy, gdy koordynator zleca nowe zachowanie, po tym jak poprzednie zostało zakończone. Te założenia znacznie uprościły wewnętrzną strukturę programu sterującego pracą agentów upostacio-

9/2011 Pomiary Automatyka Robotyka

87

88

NAUKA wionych. Struktura agentów upostaciowionych wyraża się pseudokodem przedstawionym na rys. 5, gdzie oznacza transmisję danych pomiędzy elementami agenta lub między agentami, j jest numerem agenta (0 dla koordynatora), e oznacza efektor, T bufor transmisji międzyagentowej, c jest podsystemem sterowania agenta, x i y odnoszą się do buforów wejściowych lub odpowiednio wyjściowych podsystemu sterowania, fc to funkcja przejścia, fτ jest warunkiem końcowym, a m jest etykietą pary tych dwóch funkcji, natomiast i jest numerem dyskretnej chwili czasu (operacja rozpoczyna swoje wykonanie w chwili i0 ). Zachowanie agenta w czasie wykonania wewnętrznej pętli tego kodu jest zdefiniowane przez parę funkcji skomponowana z funkcji przejścia oraz warunku końcowego. Koordynator (agent a0 ) wskazuje do wykonania właśnie te pary funkcji. Zostały one zdefiniowane formalnie, a następnie zrealizowane zgodnie z tą specyfikacją. Zawiłość specyfikacji funkcji przejścia zależy od wymaganego zachowania i sposobu reprezentacji sterowanego urządzenia. W omawianym przypadku najbardziej skomplikowanym zachowaniem był ruch manipulatora po prostej określonej w przestrzeni kartezjańskiej, biorący pod uwagę ograniczenia narzucone zarówno na prędkości jak i przyspieszenia ruchu poszczególnych silników oraz możliwości urządzenia bezpośrednio sterującego wykonaniem wygenerowanej trajektorii, czyli sterowników ruchu EPOS2 [12]. Warunki końcowe mają formę predykatów (funkcji o wartościach boolowskich), a więc są one proste do zdefiniowania i łatwe do implementacji.

Działanie koordynatora (agenta a0 ) sprowadza się jedynie do dwóch zachowań, które zostały wyspecyfikowane formalnie. Pierwsze z nich odpowiada za wydawanie poleceń podległym agentom upostaciowionym, drugie sprowadza się do zatrzymania działania systemu w przypadku awarii któregokolwiek z jego składników. Koordynator jest pobudzany przez dwa rodzaje zdarzeń: wewnętrzny zegar taktowany adekwatnie do planu wygenerowanego off-line oraz przez informacje uzyskane od agentów upostaciowionych. Dane przesyłane z koordynatora do poszczególnych agentów składają się z identyfikatora polecenia i jego parametrów, tj.: stanu skupienia materiału magnetoreologicznego w głowicy, potrzeby generacji podciśnienia przez głowicę, jej orientacji, pozycji docelowej manipulatora, sekwencji ruchów bazy mobilnej oraz zestawu trzpieni ławy, które mają dostarczyć napięcie i sprężone powietrze. Pozostałe agenty potwierdzają pomyślnie zakończenie uprzednio zleconej operacji lub raportują awarię, w razie jej wystąpienia. Koordynator rejestruje te zdarzenia i wykrywa ewentualne przekroczenie granicznych czasów wykonania operacji zdefiniowanych w planie.

5. Podsumowanie System sterujący został zaimplementowany przy użyciu programowej struktury ramowej MRROC++ [10, 13]. Modułowość oprogramowania sterującego okazała się istotną zaletą podczas wstępnego badania poszczególnych części robota, a także podczas ostatecznej integracji systemu.

Wybrane elementy dostępne na rynku okazały się działać poprawnie, pomimo znacznych zakłóceń elektromagnetycznych generowanych przez liczne urządzenia produkcyjne zainstalowane w pobliżu. Zrealizowane plany działań wy-

87

88

Pomiary Automatyka Robotyka 9/2011

magały do kilku pozycji podparcia i do 10 translokacji baz mobilnych. Podobne trajektorie były używane zarówno do wiercenia jak i frezowania, gdyż większość detali wymaga wywiercenia otworów wzdłuż pewnych konturów. Parametry kinematyczne systemu zostały skalibrowane przy użyciu maszyny CNC zastosowanej jako narzędzie pomiarowe.

Wykonano szereg eksperymentów, aby ocenić funkcjonowanie systemu sterowania. Poszczególne agenty zostały uznane za poprawnie działające przez wykonanie poleceń ruchu przykładowego planu krok po kroku. Następnie uruchamiano kompletne sekwencje ruchów. Szczegółowe wskaźniki jakości, które odnoszą się do wymagań mechanicznych systemu (np. sztywność podczas podparcia detali lub czas translokacji bazy mobilnej) zależą od parametrów mechanicznych urządzeń napędowych oraz elementów przeniesienia napędu. System sterowania nie ma negatywnego wpływu na ich działanie. Celem eksperymentów była ocena funkcjonowania poszczególnych agentów oraz ich współdziałania. Zarówno części jak i całość funkcjonowały poprawnie.

W drugiej części tego artykułu zostanie przedstawiony automatyczny sposób generowania planów, które opisany tu układ sterowania realizuje.

Podziękowania Badania w ramach projektu SwarmItFIX były finansowane w ramach 7. Programu Ramowego (wspólny projekt 214678). Partnerami w ramach projektu były nastepujące instytucje: University of Genova (Włochy), Piaggio Aero ` Koˇsice Industries (Włochy), Exechon (Szwecja), ZTS VVU a.s. (Słowacja), Fiat (Włochy) i Politechnika Warszawska (Polska). Publikacja ta jest finansowana ze środków statutowych Politechniki Warszawskiej.

Bibliografia 1. Avvenente, R., Khan, M. A., Li, X., Zoppi, M., Zlatanov, D., Molfino, R. M. (2010): Development and Analysis of a Shape-Conformable Supporting Head for a Self-Reconfigurable Intelligent Swarm Fixture System.

In: ISR/ROBOTIK’10, pp. 792–799.

2. Bi, Z. M., Zhang, W. J. (2001): Flexible fixture design and automation: review, issues and future directions.

International Journal of Production Research 39(13), 2867–2894.

3. Kang, Y., Rong, Y., Yang, J., Ma, W. (2002): Computer-aided fixture design verification. Assembly Automation 22(4), 350–359.

4. Molfino, R., Zoppi, M., Zlatanov, D. (2009): Reconfigurable Swarm Fixtures. In: ASME/IFToMM International Conference on Reconfigurable Mechanisms and Robots, pp. 730–735.

5. Neumann, K. (1988): US Patent Number 4732525.

6. Sela, M. N., Gaudry, O., Dombre, E., Benhabib, B. (1997): A reconfigurable modular fixturing system for thin-walled flexible objects. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 13(9), 611–617.

7. Shirinzadeh, B., Tie, Y. (1995): Experimental investigation of the performance of a reconfigurable fixturing system. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 10(5), 330–341.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

83

Nauka 8. Slonneger, K., Kurtz, B. L. (1995): Formal Syntax and Semantics of Programming Languages: A Laboratory Based Approach. Addison-Wesley Publishing Company, Reading.

9. Winiarski, T., Zieliński, C. (2008): Sterowanie interakcją manipulatora ze środowiskiem (część pierwsza i druga). In: X Krajowa Konferencja Robotyki – Problemy Robotyki, volume 2, pp. 473–492, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.

10. Zieliński, C. (1999): The MRROC++ System. In: Proceedings of the First Workshop on Robot Motion and Control, RoMoCo’99, pp. 147–152.

11. Zieliński, C. (2006): Transition-Function Based Approach to Structuring Robot Control Software. In: Kozłowski, K. (Ed.), Robot Motion and Control, Lecture Notes in Control and Information Sciences, volume 335, pp.

265–286, Springer-Verlag.

12. Zieliński, C., Kornuta, T., Trojanek, P., Winiarski, T., Walęcki, M. (2012): Specification of a Multi-agent Robot-Based Reconfigurable Fixture Control System.

Robot Motion & Control 2011 (Lecture Notes in Control & Information Sciences) 422, 171–182.

13. Zieliński, C., Winiarski, T. (2010): Motion Generation in the MRROC++ Robot Programming Framework.

International Journal of Robotics Research 29(4), 386– 413.

14. Zoppi, M., Zlatanov, D., Molfino, R. (2010): Kinematics analysis of the Exechon tripod. In: Proceedings of the ASME DETC, 34th Annual Mechanisms and Robotics Conference (MR), Montreal, Canada.

Multi-Robot-Based Reconfigurable Fixture – Control System Abstract: Machining fixtures must fit exactly the work piece to support it appropriately. Even slight change in the design of the work piece renders the costly fixture useless. Substitution of traditional fixtures by a programmable multi-robot system supporting the work pieces requires a specific control system and a specific programming method enabling its quick reconfiguration. The multi-robot control system has been designed following a formal approach based on the definition of the system structure in terms of agents and transition function definition of their behaviour. Thus a modular system resulted, enabling software parameterisation. This facilitated the introduction of changes brought about by testing different variants of the mechanical structure of the system. The shop-floor experiments with the system showed that the work piece is held stiffly enough for both milling and drilling operations performed by the CNC machine.

If the number of diverse work piece shapes is large the reconfigurable fixture is a cost-effective alternative to the necessary multitude of traditional fixtures. Moreover, the proposed design approach enables the control system to handle a variable number of controlled robots and accommodates possible changes to the hardware of the work piece supporting robots. The first part of the paper introduces the fixturing problem and presents the control system of the designed multi-robot fixture, while the second part presents the planer deciding where and when the supports should be located.

Keywords: reconfigurable fixtures, robotic fixtureless assemblies, multi-robot systems, multi-agent systems, control systems

NAUKA

prof. dr hab. inż. Cezary Zieliński Jest profesorem na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. W latach 2002-2005 sprawował na tym wydziale funkcję prodziekana ds. nauki i współpracy międzynarodowej, 20052008 zastępcy dyrektora Instytutu Automatyki i Informatyki Stosowanej (IAiIS) ds. naukowych, a od 2008 pełni funkcję dyrektora tego instytutu. Od roku 1996 jest kierownikiem Zespołu Robotyki w IAiIS. Od 2007 roku jest członkiem Komitetu Automatyki i Robotyki Polskiej Akademii Nauk. Od 2008 roku współpracuje z Przemysłowym Instytutem Automatyki i Pomiarów. Jego zainteresowania badawcze koncentrują się na zagadnieniach związanych z programowaniem i sterowaniem robotów. e-mail: c.zielinski@ia.pw.edu.pl mgr inż. Tomasz Kornuta Absolwent Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej.

W 2003 roku uzyskał tytuł inżyniera, w 2005 tytuł magistra inżyniera. Od 2008 roku pracuje na etacie asystenta w Instytucie Automatyki i Informatyki Stosowanej (IAiIS), w ramach którego prowadzi zajęcia dydaktyczne, a od 2009 roku pełni funkcję Kierownika Laboratorium Podstaw Robotyki.

Od 2005 roku w ramach doktoratu prowadzi badania związane z projektowaniem systemów robotycznych wykorzystujących paradygmat aktywnego czucia do analizy otoczenia. Jego główne zainteresowania naukowe obejmują wykorzystanie informacji wizyjnej w robotyce. e-mail: tkornuta@ia.pw.edu.pl mgr inż. Piotr Trojanek Jest doktorantem oraz pracuje jako konstruktor w Instytucie Automatyki i Informatyki Stosowanej Politechniki Warszawskiej.

Swoje doświadczenie zdobywał pracując nad układami sterowania robotów mobilnych. Obecnie prowadzi badania dotyczące systemów wieloagentowych oraz zastosowań metod inżynierii oprogramowania w robotyce. Od lat związany ze studenckim kołem naukowym Bionik. e-mail: piotr.trojanek@gmail.com dr inż. Wojciech Szynkiewicz Jest adiunktem na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. W latach 1999-2003 był zastępcą dyrektora i sekretarzem rady naukowej Centrum Automatyki i Technik Decyzyjnych. Jego zainteresowania badawcze dotyczą problematyki planowania ruchu robotów mobilnych i manipulatorów, a także manipulacji robotów. e-mail: W.Szynkiewicz@elka.pw.edu.pl

84 9/2011 Pomiary Automatyka Robotyka

89

90

NAUKA specjalizowanymi konstrukcjami robotyki mobilnej oraz sprzętowymi dr inż. Tomasz Winiarski

sterownikami do zadań robotycznych.

Jest adiunktem w Instytucie Automatyki i Informatyki Stosowanej Politechniki War-

prof. nzw. dr hab. inż. Włodzimierz Kasprzak

szawskiej. Sprawuje funkcje kierownika laboratorium robotyki w macierzystym instytucie, a także opiekuna studenckiego koła naukowego Bionik, które współtworzył i z którym organizował imprezy popularyzujące robotykę oraz realizował granty badawcze.

W 2010 r. otrzymał za osiągnięcia naukowe nagrodę indywidualną drugiego stopnia rektora PW, w 2011 r. wyróżnienie w konkursie innowator mazowsza, a także pierwszą nagrodę w konkursie młodzi innowacyjni. Jego zainteresowania naukowe dotyczą z jednej strony konstrukcji i nawigacji robotów mobilnych dedykowanych do zadań usługowych, z drugiej strony specyfikacji i implementacji zadań manipulatorów i chwytaków ze szczególnym uwzględnieniem hybrydowego sterowania pozycyjno-siłowego oraz sterowania

e-mail: m.walecki@elka.pw.edu.pl

Jest pracownikiem naukowo-dydaktycznym Politechniki Warszawskiej od 1997 r. W latach 1988-1996 prowadził badania naukowe w Niemczech i Japonii w zakresie wizji komputerowej i analizy sygnałów. Z zawodu jest inż. informatyki, w 2002 r. uzyskał stopień doktora habilitowanego ze specjalnością Automatyka i Robotyka, od 2005 r. jest profesorem nadzwyczajnym w Politechnice Warszawskiej. Specjalizuje sie w zagadnieniach rozpoznawania obrazów i sygnałów mowy oraz metod sztucznej inteligencji. Jest autorem ponad 100 prac naukowych z tej dziedziny, w tym 3 książek. e-mail: W.Kasprzak@elka.pw.edu.pl

impedancyjnego.

prof. dr hab. inż. Teresa Zielińska

e-mail: tmwiniarski@gmail.com

Profesor, pracownik Wydziału Mechanicz-

mgr inż. Michał Walęcki

Warszawskiej. W latach 2002-2008 kierownik Zakładu Teorii Maszyn i Robotów na tym

W latach 2004–2010 studiował na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych PW, uzyskując tytuł magistra inżyniera ze specjalnością Elektronika i Inżynieria Komputerowa. W 2010 rozpoczął studia doktoranckie w Instytucie Automatyki i Informatyki Stosowanej PW. Uczestniczył w wielu projektach związanych z robotyką – zarówno naukowych, jak i komercyjnych. W latach 2010-2011 pracował w IAiIS PW na stanowisku Konstruktora, obecnie od 2011 zajmuje stanowisko asystenta. Jego zainteresowania naukowe obejmują zagadnienia związane z planowaniem i modyfikacją on-line trajektorii manipulatora. Interesuje się również

nego Energetyki i Lotnictwa Politechniki

Wydziale, od 2008 pełni funkcję prodziekana ds. ogólnych. Jest Sekretarzem Generalnym International Federation for the Promotion of Mechanism and Machine Science (IFToMM), oraz opiekunem międzynarodowych studiów European Master on Advanced Robotics (EMARO) programu Erasmus Mundus. Członek Komitetu Automatyki i Robotyki Polskiej Akademii Nauk. Jej zainteresowania badawcze koncentrują się na zagadnieniach związanych z maszynami kroczącymi, z planowaniem i sterowaniem ruchu robotów oraz z biorobotyką. e-mail: teresaz@meil.pw.edu.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

89

90

Pomiary Automatyka Robotyka 9/2011

85

Nauka

Określenie zasady pomiaru dla bezdotykowych optycznych pomiarów średnic wałków Jerzy Mąkowski

Streszczenie: Przedstawione opracowanie pokazuje możliwość zastosowanie zjawiska dyfrakcji w pomiarach realizowanych w warunkach przemysłowych. Oznacza to uwzględnienie wymiaru źródła rozciągłego oraz średnicy wałka jako przeszkody przestrzennej. Rozwiązanie takie pozwala na przyjęcie zjawiska dyfrakcji jako zasady pomiaru w procesie optycznych bezdotykowych pomiarów średnic wałków. Obecnie pokazano tylko możliwość tego zastosowania. Pełne uzasadnienie podane zostanie w następnym artykule po przedstawieniu modyfikacji wzorów dyfrakcyjnych oraz wykresów rozkładu amplitudy fal geometrycznej, krawędziowej i dyfrakcyjnej w funkcji położenia na płaszczyźnie obserwacji.

Słowa kluczowe: dyfrakcja, fala geometryczna, fala krawędziowa

1. Wstęp „Analiza wybranych właściwości metrologicznych mikrometrów laserowych” przedstawiona w [1] wykazała brak określenia zasady pomiaru przy obecnie stosowanej optycznej bezdotykowej metodzie pomiarów średnic wałków. Zgodnie z [2] „Zasada pomiaru jest to zjawisko fizyczne stanowiące podstawę pomiaru”. Stosowane mikrometry laserowe korzystają z tzw. metody „cienia”. Rozwiązanie takie nie ma oparcia na konkretnym zjawisku fizycznym. Nie istnieje teoretyczne opracowanie pozwalające na przeprowadzenie symulacji metody. Zadaniem artykułu jest podanie podstawowych informacji o możliwości modyfikacji teorii dyfrakcji do warunków rzeczywistych i zastosowania jej jako zjawiska będącego podstawą optycznych pomiarów bezdotykowych.

Na podstawie ściśle zdefiniowanego (dla warunków rzeczywistych) zjawiska dyfrakcji możliwe będzie pełne opracowanie systemu pomiarowego zawierającego trzy elementy [2]: – zasadę pomiaru – opis zjawiska fizycznego pozwalający na cyfrową symulację pomiaru, – sposób pomiaru – wykaz kolejnych czynności niezbędnych do wykonania pomiaru, – metodę pomiaru – określenie sposobu porównania z wartością wzorcową (obliczeniami teoretycznymi).

Nowa – dyfrakcyjna – metoda pomiarowa umożliwi eliminację etapu stosowania wzorca czyli zmniejszy liczbę miejsc powstawania błędów.

2. Teoria dyfrakcji Znane teorie dyfrakcji opierają się na: – zastosowaniu punktowego źródła światła, – przyjęciu przesłony w postaci otworu lub ostrej krawędzi.

Oba wymienione elementy (źródło, przesłona), w rozważaniach teoretycznych, nie mają wymiarów. Przypadek taki umożliwia analizę układów falowych, lecz nie może być zastosowany w rozważaniach teoretycznych dla warunków

86

rzeczywistych. Teoretyczne podejście do zjawiska dyfrakcji zaproponowane przez W. Rubinowicza w pracach [3, 4] przyjęto jako podstawę do opracowania modyfikacji umożliwiającej przejście z ww. założeń do warunków rzeczywistych. W ramach przedstawionej modyfikacji uwzględniono wymiar źródła światła i średnicę wałka stanowiącego przesłonę powodującą zjawisko dyfrakcji.

2.1. Teoria dyfrakcji Wojciecha Rubinowicza

W obrębie kirchhoffowskiej teorii dyfrakcji uwzględnia się dwie różne interpretacje tego zjawiska: A. Model Younga-Rubinowicza bazujący na tzw. fali krawędziowej, którego pierwotna idea pochodzi od T. Younga i który został rozbudowany i uzasadniony teoretycznie przez W. Rubinowicza.

B. Model dyfrakcji A. Fresnela, bazujący na koncepcji stref, który był przez długi okres czasu uważany za jedynie słuszny.

Young interpretował zjawiska dyfrakcji jako wynik superpozycji fali, jaka rozprzestrzenia się w przestrzeni swobodnej z falą, która pojawia się w obecności przesłony i może być interpretowana jako fala odbita od krawędzi przesłony uginającej. Rubinowicz wykazał matematycznie, że istnieje możliwość rozdziału pola dyfrakcyjnego Kirchhoffa na dwa składniki. Jeden ma charakter fali przechodzącej przez otwór w przysłonie, a drugi reprezentuje falę, o powstaniu której decyduje oddziaływanie pola padającego z krawędzią otworu dyfrakcyjnego. Oddziaływanie to ma charakter odbicia.

Wówczas całka Kirchhoffa [4, 5] redukuje się w obszarze niezawierającym źródeł do postaci

  1 ∂ eikr eikr ∂ U ( P) = U Q U (Q ) df − (1) ( )  ∫∫ S r ∂n 4p ∂n r   Rubinowicz zauważył, że wyrażenie podcałkowe w całce (1) można zapisać w postaci iloczynu

n ⋅ V (P ,Q )

1 e ikr e ikr  V (P ,Q ) = gradQU (Q ) − U (Q )gradQ   (2) 4π  r r 

gdzie n jest wersorem prostopadłym do rozważanego elementu df powierzchni całkowania, a r jest odległością punktu całkowania Q na powierzchni od rozważanego punktu

( ) div V P , Q = 0 obserwacji P (rys. 1). Ponieważ jest więc Q

widoczne, że pole wektorowe V (P ,Q ) , jako funkcja punktu Q, jest polem bezźródłowym i jako takie daje się przedstawić rotacji jakiegoś innego pola wektorowego, tj. w postaci

V = rotQW (P ,Q ) To pozwala zapisać całkę dyfrakcyjną (2) po powierzchni otworu uginającego w postaci U K (P ) =

∫ W (P,Q ) ⋅ ds + ∑ ∫( K

j

Cj

W (P ,Q ) ⋅ ds . )

(3)

Pierwsza z całek krzywoliniowych jest liczona wzdłuż krawędzi uginającej K, a pozostałe – po krzywych wokół miejsc osobliwych pola W (P ,Q ) , leżących na powierzchni całkowania. To, że pole W (P ,Q ) musi rzeczywiście mieć punkty osobliwe, wynika z tego, że całka (1) po powierzchni zamkniętej, obejmującej rozważany punkt P, przy braku punktów osobliwych wyrażenia podcałkowego byłaby tożsamościowo zerem, co jest sprzeczne z twierdzeniem całkowym Helmholtza-Kirchhoffa. Aby wyjaśnić charakter punktów osobliwych wystarczy rozważyć szczególny przypadek, gdy fala padająca na przesłonę jest izotropową falą kulistą. Okazu je się wtedy [5], że dla takiej fali funkcja wektorowa W (P ,Q ) (którą nazywa się potencjałem) przyjmuje postać:

1 eik (r + ρ) (r × ρ ) (4) W (P ,Q ) = .

4π r ρ r ρ + r ⋅ ρ Oznaczenia występujące we wzorze (4) są zgodne z rys. 1 (P1 – źródło światła, Q – punkt na powierzchni otworu, P – punkt obserwacji, ρ – odległość punktu źródła od punktu na otworze, r – odległość punktu obserwacji od punktu na otworze, R – odległość punktu źródła P1 od punktu obserwacji P.)

Rys. 1. Schemat dyfrakcji Younga-Rubinowicza Fig. 1. Young-Rubinowicz model of diffraction

Ze wzoru (4) widać, że gdy wektory r i ρ leżą na prostej, wówczas mianownik i licznik znikają. Okazuje się jednak, że można zapisać

r ×ρ sin α α (5)

= tan = 1 + cos α 2 rρ + r ⋅ ρ

gdzie a jest kątem między wektorami r i ρ .

Jeżeli a → π to tan(a/2) → ∞, co potwierdza występowanie osobliwości.

Można więc stwierdzić, że w przypadku padającej na

przesłonę pierwotnej fali kulistej, potencjał W (P ,Q ) ma punkt osobliwy i że jest on umiejscowiony w punkcie przecięcia powierzchni całkowania z prostą łączącą punktowe źródło P1 z punktem obserwacji P. Obliczenie całki krzy woliniowej z W (P ,Q ) wokół punktu osobliwego daje w punkcie P wyrażenie

UG =

δe ikr , ( ) W P Q d s , ⋅ = 0 ∫(C j ) R

(6)

gdzie: d = 1 dla punktów obserwacji w stożku świetlnym, d = 0 dla punktów obserwacji w obszarze cienia, R jest odległością punktu źródła P1 od punktu obserwacji P. Fala (6) jest zaburzeniem, jakie dochodzi do punktu obserwacji P w przypadku braku jakiejkolwiek przesłony, jeśli leży on w tzw. stożku świetlnym, i jest zerem, jeżeli znajduje się on w obszarze geometrycznego cienia. Nosi ona nazwę fali geometrycznej. Zgodnie z modelem Rubinowicza kirchhoffowskie pole dyfrakcyjne opisuje ruch falowy,

który jest ciągły wszędzie w przestrzeni poza źródłem światła i na podstawie wzoru (3) daje się przedstawić w postaci

U K (P ) = U G (P ) + U B (P ) ,

(7)

gdzie: UK(P) – kirchhoffowska fala dyfrakcyjna w punkcie obserwacji, UG(P) – fala geometryczna w punkcie obserwacji (fala niezakłócona), UB(P) – fala krawędziowa w punkcie obserwacji.

U B (P ) = ∫ W ⋅ τ dl jest falą krawędziową odbitą od kra H wędzi H, τ – jest wersorem stycznym do elementu łuku jej krawędzi dl. Zgodnie z [4] wzór na falę krawędziową, po przekształceniach przyjmuje postać ikr ±

gdzie

U B (P ) =

π

e 4 r 2

∫

υ

+∞

e

i

πυ 2 2

dυ

2k (r + ρ − R )

(8) .

W literaturze model dyfrakcji zaproponowany przez Rubinowicza i oparty na założeniach Younga nosi nazwę modelu Younga-Rubinowicza. Szczegółowe rozważania Rubinowicza dotyczące tego zjawiska znajdują się w pracach [3, 4].

Przedstawione wzory reprezentują gęstość energii pola elektrycznego. Wynikiem obliczeń ma być natężenie wypadkowe fali dyfrakcyjnej w punkcie obserwacji obliczone wg wzoru (9)

2 2 (9)

I = U G + U B + 2U G U B cos(ϕG − ϕ B ) .

υ=

π

ażnym składnikiem wzoru (9) jest element zawierający różW nicę faz. Pojawiająca się fala krawędziowa jest wynikiem oddziaływania fali geometrycznej z krawędzią. Źródłem obu fal występujących w punkcie obserwacji jest przyjęte na wstępie jedno źródło punktowe emitujące fale o stałej fazie.

Różnica faz w punkcie obserwacji wynika wówczas z różnicy dróg optycznych oraz teorii dyfrakcji Rubinowicza.

3. Modyfikacja teorii Younga-Rubinowicza Pełna modyfikacja teorii Younga-Rubinowicza obejmuje: – zastosowania nieskończonej liczby ostrych krawędzi, których suma stanowi powierzchnię wałka, – zastosowanie nieskończonej liczby źródeł punktowych emitujących fale w zgodnej fazie i zlokalizowanych na jednej linii (o ściśle określonej długości) równoległej do płaszczyzny obserwacji, – przekształcenie równań Rubinowicza, dotyczących fal geometrycznej i krawędziowej, do postaci zawierającej wprowadzone parametry geometrii układu dyfrakcyjnego.

Schemat układu dyfrakcyjnego dla źródła punktowego i ostrej krawędzi przedstawia rys. 2. Zaznaczono tam możliwość obrotu przesłony 0Q (posiadającej ostrą krawędź Q) wokół punktu 0. Otrzymamy wówczas nieskończoną liczbę ostrych krawędzi. Fale emitowane przez źródło punktowe Kj wytworzą wiele fal krawędziowych od różnych ostrych krawędzi. W punkcie obserwacji np. P otrzymamy wypadkowy efekt dyfrakcyjny od wielu ostrych krawędzi. Przytoczone rozważanie stanowi pierwszy etap modyfikacji teorii Rubinowicza.

W przedstawionym rozwiązaniu zastosowano wiele przesłon (ostrych krawędzi) umieszczonych na obwodzie wałPomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

87

Nauka

Rys. 2. Układ dyfrakcyjny dla przypadku źródła punktowego i ostrej krawędzi Fig. 2. Diffraction pattern (setting) for the case of spot source and sharp edge

Rys. 3. Schemat analizy zjawiska dyfrakcji dla przypadku rzeczywistego Fig. 3. Diagram of the analysis of the diffraction phenomenon for real case

ka. Pozostaje problem źródła światła. Jako źródło światła przyjęto wiązkę laserową. Mamy wówczas do czynienia z: – średnicą wiązki, – zbieżnością wiązki, – zmianą promienia frontu falowego wzdłuż osi, – rozkładem intensywności.

Wzór (9) uwzględnia różnicę faz fal geometrycznej i krawędziowej. Uzyskanie kontrolowanej informacji o różnicy faz w punktach obserwacji jest możliwe tylko w przypadku, gdy wszystkie źródła punktowe zawarte w źródle rozciągłym będą promieniowały w tej samej fazie. Różnicę faz fal (geometrycznej i krawędziowej) padających na płaszczyznę obserwacji można będzie wówczas obliczyć na podstawie teorii Rubinowicza i po uwzględnieniu superpozycji wielu źródeł i wielu krawędzi. Jedynym przypadkiem pozwalającym na uzyskanie źródła światła o żądanej właściwości jest uznanie przewężenia wiązki światła laserowego jako źródła użytego w procesie dyfrakcji. Zgodnie z [6] „faza w całej płaszczyźnie z = 0 jest stała i równa zero, co oznacza, że w tej płaszczyźnie istnieje płaskie czoło falowe, ale ze zmiennym rozkładem amplitudy”. Płaszczyzna z = 0 oznacza przewężenie wiązki laserowej. Prowadząc płaszczyznę styczna do osi wiązki światła i prostopadłą do osi wałka, stanowiącego przesłonę dyfrakcyjną, uzyskujemy rozciągłe źródło światła (średnica przewężenia leżąca na przyjętej płaszczyźnie) złożone z nieograniczonej liczby źródeł punktowych, Dysponując tak wyznaczonym rozciągłym źródłem światła oraz przesłoną o określonej matematycznie geometrii (wałek), tj. posiadającą nieograniczoną liczbę krawędzi można przystąpić do modyfikacji wzorów dyfrakcyjnych opracowanych przez W. Rubinowicza. Przyjęte rozwiązanie stanowi bazę umożliwiającą dalsze prace nad obliczeniem efektu dyfrakcyjnego dla różnych średnic wałków oraz zastosowanie tych obliczeń w procesie pomiarowym. Zastosowanie przewężenia wiązki światła laserowego jako źródło i prowadzenie rozważań zjawiska dyfrakcji na tej podstawie stano-

88

Rys. 4. Określenie obszarów obserwacji Fig. 4. Specifying the area of observation

wi nowość i umożliwia przejście z dotychczas znanych teorii dyfrakcji do teorii uwzględniającej warunki rzeczywiste.

Rozwiązanie takie przyjęto w dalszych rozważaniach i w procesie cyfrowej symulacji zjawiska dyfrakcji. Geometrię przedstawionego rozwiązania omówiono na podstawie rys. 3.

Oznaczenia na rys. 3: K – źródło rozciągłe zawarte między punktami xp i xk, M – promień wałka, Z0 – odległość źródła od osi x, L – odległość płaszczyzny obserwacji od osi x, Kj – aktualnie rozpatrywany punkt źródła, ρj – odległość punktu Kj od punktu styczności z walcem Qj, rj – odległość punktu Qj od punktu obserwacji P, R – odległość punktu Kj od punktu obserwacji P, η – punkt obserwacji leżący na stycznej do wałka wychodzącej z aktualnie rozpatrywanego punktu źródła.

W przyjętym na rys. 3 układzie współrzędnych oś y pokrywa się z osią wałka. Dla każdego źródła punktowego Kj otrzymano punkt granicy cienia η oraz odległości r, ρ i R zależne od Z0, L i położenia punktu obserwacji P. Przyjęte parametry zostaną wykorzystane w obliczeniach dyfrakcji. Rozpatrując geometrię przedstawionego przypadku sporządzono rys. 4. Wyznaczono tam granice cienia dla skrajnych źródeł punktowych źródła rozciągłego K. Dla uproszczenia procesu analizy, lecz bez strat dla analizowanego procesu, wyznaczono skrajne linie ograniczające wiązkę laserową. Praktycznie światło rozchodzi się poza teoretycznymi granicami wiązki.

Zjawisko to nie ma wpływu na efekt dyfrakcyjny.

Na rys. 4 oznaczono dodatkowo punkty: P1 – punkt obserwacji leżący na przecięciu stycznej do wałka wychodzącej z punktu xk z płaszczyzną obserwacji, P2 – punkt obserwacji leżący na przecięciu stycznej do wałka wychodzącej z punktu xp z płaszczyzną obserwacji, xj – aktualnie rozpatrywane źródło punktowe. Pozostałe oznaczenia są zgodne z rys. 3.

Na płaszczyźnie obserwacji otrzymano trzy obszary.

1. Obszar światła wspólny dla wszystkich punktów źródła rozciągłego.

2. Obszar zawarty między granicami cienia dla skrajnych źródeł punktowych źródła rozciągłego. W tym obszarze

poszczególne źródła punktowe leżące między punktami skrajnymi mają swoje granice cienia.

3. Obszar, w którym występuje cień dla wszystkich źródeł punktowych.

Występujące pola falowe na lewo od granicy obszaru 3 oraz na prawo od granicy obszaru 1 nie mają żadnego znaczenia dla przeprowadzanych rozważań. Wypadkowa fala dyfrakcyjna generowana przez rozciągłe źródło na przesłonie walcowej, zgodnie z teorią Rubinowicza, zachowuje się różnie w każdym obszarze obserwacji.

W obszarze 1 wszystkie składowe fale krawędziowe są w fazie przeciwnej do poszczególnych fal geometrycznych a wypadkowa fala geometryczna jest sumą wszystkich fal geometrycznych generowanych przez poszczególne źródła punktowe.

W obszarze 2 na wypadkową falę dyfrakcyjną składają się zarówno występujące tu fale geometryczne od widocznych źródeł punktowych jak i generowane przez wszystkie źródła fale krawędziowe. Należy więc brać pod uwagę pełne pole dyfrakcyjne dla poszczególnego źródła punktowego.

W obszarze 3 występuje tylko wypadkowa fala będąca sumą fal krawędziowych generowanych przez poszczególne źródła punktowe. Wypadkowa fala geometryczna jest zerowa. Faza wypadkowej fali krawędziowej jest w obszarze 3 zgodna z fazą wypadkowej fali geometrycznej w obszarze 1 Podany opis układów falowych w poszczególnych obszarach wskazuje na celowość szczególnego zainteresowania obszarem 2. Obecnie właściwości tego obszaru nie będą omawiane.

Na podstawie wprowadzonych założeń dokonano modyfikacji wzorów na fale: geometryczną i krawędziową.

ikR xk e UG = ∫ dx (10)

xj R

gdzie

UB =

∫

xj

xp

π  i  kR ± 

e  4 R 2

υ=

∫

2k

π

(r + ρ − R )

+∞

e

i πυ 2 2

2k (r + ρ − R )

π

d υ dx ,

(11)

Obliczenie podanych wzorów oraz obliczenie natężenia wypadkowej fali dyfrakcyjnej zgodnie z (9) zostanie omówione w kolejnym artykule. Porównanie uzyskanych wyników teoretycznych z eksperymentem umożliwi przedstawienie dyfrakcyjnej metody bezdotykowych optycznych pomiarów średnic wałków.

Przyjęcie wielu ostrych krawędzi o ściśle określonym położeniu w stosunku do poszczególnych źródeł umożliwi zastosowanie parametrów geometrycznych występujących we wzorach dyfrakcyjnych. Obliczenie efektów dyfrakcyjnych metodą superpozycji pozwoli na ich porównanie z eksperymentem i na przyjęcie zmodyfikowanej teorii dyfrakcji Rubinowicza jako zasady optycznych pomiarów bezdotykowych.

Bibliografia 1. Mąkowski J., Analiza wybranych właściwości metrologicznych mikrometrów laserowych, „Pomiary Automatyka Robotyka”, 1/2013, 68–72.

2. Dusza J., Gortat G., Leśniewski A., Podstawy miernictwa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002.

3. Rubinowicz A., Die Beugungswelle in der Kirchhoffschen Teorie der Beugung, PWN, 1966 4. Rubinowicz W., Teoria dyfrakcji Kirchhoffa i jej interpretacja na podstawie poglądów Younga, Ossolineum, 1972.

5. Petykiewicz J., Optyka falowa, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1986.

6. Jóźwicki R., Optyka laserów, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, 1981.

Definition of the principle of measuring for touchless optical measurements of cylinder diameters Abstract: Presented study shows possibility of applying the phenomenon of diffraction to real conditions. It means taking into consideration the dimension of extensive source as well as the dimension of cylinder as spatial obstacle. This kind of solution enables assuming the phenomenon of diffraction as the principle of measuring in the process of optical touchless measuring of cylinders’ diameters. At present the possibility of this application has only been shown. Full justification will be given in the next article after presentation of modifications of diffraction patterns and diagrams of distribution of the amplitude of geometric, edge and diffraction waves in the function of position on the observation plane.

Keywords: diffraction, geometric wave, edge wave

4. Podsumowanie Modyfikacja teorii dyfrakcji opracowanej przez Rubinowicza do warunków eksperymentu możliwa jest po wprowadzeniu niżej wymienionych założeń: – analizę zjawiska dyfrakcji należy prowadzić dla rozciągłego źródła światła, – wszystkie źródła punktowe składające się na źródło rozciągłe mają posiadać stałą fazę co możliwe jest tylko w przypadku przyjęcia średnicy przewężenia wiązki światła laserowego jako źródła rozciągłego, – przyjęcie powierzchni wałka jako zbioru ostrych krawędzi.

Zastosowanie podanych założeń pozwala na prowadzenie rozważań dla wielu źródeł punktowych o stałej fazie i amplitudach posiadających gaussowski rozkład na długości źródła.

mgr inż. Jerzy Mąkowski Absolwent Politechniki Warszawskiej Wydziału Mechaniki Precyzyjnej (obecnie Mechatroniki), projektant systemów zarządzania w przemyśle.

Obecnie bada bezdotykowe optyczne metody pomiarowe w Instytucie Metrologii i Systemów Biomedycznych Politechniki Warszawskiej. e-mail: jurek.mako@wp.pl

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

89

Forum młodych

Robotyka podwodna Krzysztof Giełdziński Naukowe Koło Studentów Automatyki, Politechnika Gdańska

Streszczenie: Artykuł poświęcony jest wybranym zagadnieniom związanym z wykorzystaniem robotów w pracach pod powierzchnią wody. Obejmuje krótki rys historyczny dotyczący eksploracji środowiska wodnego, podział robotów podwodnych oraz opis wad i zalet poszczególnych rodzajów urządzeń.

Ponadto opisano przykładowe konstrukcje oraz dziedziny, w których roboty znalazły zastosowanie.

Słowa kluczowe: roboty autonomiczne, roboty zdalnie sterowane, roboty do zadań specjalnych, robotyka podwodna

1. Wprowadzenie Człowiek od początku swojego istnienia był ciekawy świata. Zawsze szukał sposobów, by poznać nieznane, sięgnąć dalej. Chciał odkryć miejsca, których nikt nigdy wcześniej nie widział. Największym problemem dla człowieka było poznanie świata podwodnego nie tylko tak bardzo nieprzewidywalnego, czasem niebezpiecznego, lecz także fascynującego i intrygującego. Pierwsze próby zdobycia informacji na temat tego środowiska odbywały się z wykorzystaniem możliwości fizycznych człowieka. To jednak nie wystarczało, aby zaspokoić żądzę poznania. Około 450 r. p.n.e. człowiek po raz pierwszy użył dzwonu nurkowego – ciekawostką jest, że urządzenie to zostało zbudowane ze zwykłego kotła. Śmiałkiem, który tego dokonał, był macedoński nurek Scyllas. Z biegiem lat rozwój techniki i myśli inżynierskiej przyczynił się do powstawania konstrukcji pozwalających coraz dokładniej penetrować świat podwodny. Najstarsze w naszej erze udane przepłynięcie łodzią podwodną sięga 1472 r. Do najsłynniejszych konstruktorów można zaliczyć: Leonarda da Vinci (XV w.), Davida Bushnella (XVII w.) i Stefana Drzewieckiego (XIX w.).

Choć łodzie podwodne mogły i mogą schodzić na dość znaczne głębokości, to ich wykorzystanie w zdobywaniu informacji o świecie podwodnym nie jest efektywne. Kluczowe dla eksploracji głębin było wynalezienie batyskafu przez szwajcarskiego badacza Auguste’a Piccarda. Pierwszy taki statek podwodny powstał w 1948 r.

Wszystkie powyżej wspomniane rozwiązania mają jednak jedną i zasadniczą wadę – potrzebują do obsługi człowieka znajdującego się wewnątrz konstrukcji. Należy zapewnić mu odpowiednie ciśnienie, temperaturę oraz przede wszystkim dostępność powietrza. Pojawił się zatem problem: jak wyeliminować człowieka z obsługi urządzeń pod wodą? Z rozwiązaniem przyszła prężnie rozwijająca się dziedzina dająca szerokie możliwości. Jest nią robotyka!

Pierwsze prototypy robotów podwodnych powstawały już w latach 60. XX w. Z biegiem lat coraz większa liczba naukowców zajmowała się problematyką robotyki podwodnej.

Interesującym jest to, że w pierwszym sympozjum dotyczącym podwodnej dotyczącym tej dziedziny, które odbyło się w New

90

Hampshire, wzięło udział 24, jedynie amerykańskich, naukowców. Już siedem lat później w takim spotkaniu uczestniczyło 320 osób reprezentujących dziewięć krajów, 100 firm i 20 uniwersytetów. Widać zatem, jak prężnie rozwijała się i rozwija, i to w jeszcze większym tempie, dziedzina, jaką jest tytułowa robotyka podwodna Człowiek

2. Podział robotów podwodnych Zasadniczym kryterium klasyfikacji robotów podwodnych jest sposób ich sterowania. Dzielimy je zatem na roboty typu: – ROV (Remotely Operated Vehicle) – są to bezzałogowe, zdalnie sterowane jednostki podwodne, połączone z powierzchnią za pomocą kabla lub światłowodu transmisyjnego (zwanego potocznie pępowiną).

– AUV (Autonomous Underwater Vehicle) – są to autonomiczne jednostki, których systemy pokładowe umożliwiają samodzielne, bez ingerencji człowieka, poruszanie się w środowisku wodnym.

Ze względu na nieprecyzyjność powyższego podziału oraz na istnienie jednostek mających cechy charakterystyczne dla obu tych definicji, powstało nowe określenie obejmujące obydwie grupy – UUV (ang. Unmanned Underwater Vehicle) – bezzałogowe pojazdy podwodne.

Rys. 1. Podział robotów podwodnych Fig. 1. Division of underwater robots

3. Roboty ROV 3.1. Zastosowanie

Roboty tego typu są stosowane w następujących dziedzinach: – inspekcja obiektów śródlądowych, obiektów morskich, platform, głowic odwiertowych, rurociągów, – lokalizacja i identyfikacja obiektów zatopionych, – prowadzenie akcji ratowniczych, – przeprowadzanie akcji militarnych i antyterrorystycznych: identyfikacja ładunków wybuchowych, dostarczanie ładunków niszczących,

Rys. 2. Podział robotów podwodnych Fig. 2. Division of underwater robots

– monitorowanie prac podwodnych: obserwacja operacji, pomiary ich efektywności, – asystowanie przy pracach nurkowych: transport i utrzymanie bezpieczeństwa załogi, zapewnienie niezależnego źródła światła i energii; – badania naukowe i archeologia: rozpoznanie geologiczne, badania i próby biologiczne, badania fizyczno-chemiczne, przeprowadzanie i przygotowywanie prac, – instalowanie i odzyskiwanie elementów: układanie kabli i rurociągów; – wspieranie wierceń poszukiwawczych (lokalizacja odwiertu).

3.2. Przykładowe konstrukcje Do opisanych w punkcie 3.1 zastosowań mogą być wykorzystane opisane poniżej konstrukcje zdalnie sterowanych robotów podwodnych – ROV.

3.2.1. Seaeye 600DT

Robot Seaeye 600DT, produkowany przez brytyjską firmę Saab, wyposażony jest w cztery pędniki o napędzie elektrycznym o mocy 1 kW każdy. Standardowo ma on zestaw kamer i reflektorów, czujnik pomiaru głębokości, sonar oraz urządzenia do nawigacji. Jego masa to 75 kg, a ładowność 10 kg. Dzięki budowie modułowej do urządzenia można dołączyć wiele różnych narzędzi i akcesoriów, w zależności od wykonywanego zadania. Opcjonalnie 600DT może być wyposażony w chwytak, dzięki temu stanie się lekkim robotem pracującym

3.2.3. Spider

Robot Spiker należy do klasy ciężkich robotów pracujących. Produkowany jest przez francuską firmę Nexans. Do napędu tego robota, o masie wynoszącej 15 ton, wykorzystywane są silniki hydrauliczne o łącznej mocy 400 kW. Urządzenie to przystosowane jest do pracy na dużych głębokościach, dzięki temu wykorzystywane jest do wyko-

Rys. 3. Robot Seaeye 600DT Fig. 3. Seaeye 600DT robot

3.2.2. Magnum Plus

Robot Magnum, produkowany przez firmę Oceaneering, jest przedstawicielem robotów pracujących. Urządzenie, którego masa przekracza 3 tony, napędzane jest przez 6 pędników o łącznej mocy ok. 127 kW. Robot jest wyposażony w dwa manipulatory o napędzie hydraulicznym, którego moc wynosi 70 kW. Jego duża ładowność wynosząca 136 kg pozwala na zabranie dużej ilości wyposażenia dodatkowego. ROV Magnum przeznaczony jest do wykonywania prac związanych z budowaniem rurociągów na dnie morskim, przez które transportowany jest gaz ziemny i ropa naftowa.

Rys. 5. Robot Spider Fig. 5. Spide robot

nywania wykopów na dnie morskim.

Umieszczane są w nich rury przeznaczone do transportu gazu ziemnego i ropy naftowej. Ze względu na dużą masę robot musi być kontrolowany przez specjalny, przystosowany do badań oceanograficznych, statek wyposażony w odpowiednie dźwigi. Sterowanie robotem ułatwia wizualizacja wykonana w środowisku LabVIEW.

3.2.4. Tiburon Rys. 4. Robot Magnum Fig. 4. Magnum robot

Przykładem konstrukcji ROV należącym do klasy urządzeń głębinowych jest robot Tiburon – skonstruowany Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

91

Forum młodych

Rys. 6. Robot Tiburon Fig. 6. Tiburon robot

w Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). Jest to urządzenie, którego masa wynosi około trzech ton.

Charakteryzuje się bardzo dużą ładownością wynoszącą 490 kg, co pozwala na zabranie dodatkowego sprzętu. Jednym z ciekawszych zadań, w których ten robot brał udział, była penetracja wraku Titanica. Było to możliwe dzięki osiąganiu przez to urządzenie znacznych głębokości.

3.2.5. Doc Ricketts

Robot Doc Ricketts jest następcą robota Tiburon, wycofanego z produkcji w 2008 roku. Podobnie jak jego poprzednik charakteryzuje się możliwością osiągania znacznych głębokości (do 4 km). W odróżnieniu od robota Tibu-

Machine Dynamics z myślą o ciężkich pracach podwodnych. Koszt budowy tego robota wyniósł ok. 10 mln funtów brytyjskich (ok. 50 mln złotych).

UT-1 wykorzystywany jest przede wszystkim do prac na dnie mórz i oceanów takich jak układania kabli telekomunikacyjnych oraz rur do transportu gazu i ropy. Wymienione zadania robot może wykonywać na głębokości dochodzącej do 1,5 km.

4. Roboty AUV 4.1. Zastosowanie

Rys. 8. Robot UT-1 Ultra Trencher Fig. 8. UT-1 UltraTrencher robot

3.2.7. Inne konstrukcje

Rys. 9. Robot Triton T750 (Perry Slingsby Systems) Fig. 9. Triton T750 robot (Perry Slingsby Systems)

92

4.2. Przykładowe konstrukcje 4.2.1. Gavia

Rys. 10. Robot LBV 200 (SeaBotix) Fig. 10. LBV 200 robot (SeaBotix)

3.2.6. UT-1 Ultra Trencher

Jest to największy jak dotąd robot podwodny, jaki został kiedykolwiek zbudowany. Swoimi rozmiarami dorównuje średniej wielkości domowi. Jego masa to ok. 60 ton, wysokość 5,6 m, a długość i szerokość wynosi po 7,8 m.

Został wyprodukowany przez firmę Soil

AUV to drugi typ robotów podwodnych. Są one stosowane w następujących dziedzinach: – tworzenie map podłoża morskiego lub oceanicznego, głównie na potrzeby przemysłu wydobywczego: transport gazu ziemnego, ropy naftowej, poszukiwanie nowych złóż; – zastosowania militarne: przeszukiwanie dna morskiego w celu znalezienia np. min, niewybuchów itp., – badania naukowe: badanie podwodnego środowiska oceanicznego i morskiego; – inspekcja obiektów: tam, zbiorników wodnych, kadłubów okrętów.

Robot GAVIA produkowany przez firmę Hafmynd jest urządzeniem modułowym, przenośnym, potrafiącym zanurzyć się na głębokość ponad 1000 m.

Rys. 7. Robot Doc Ricketts Fig. 7. Doc Ricketts robot

ron posiada mniejszą ładowność, wynoszącą jedynie 275 kg. Warto zaznaczyć, iż jest to robot wyposażony w niestosowane wcześniej przez MBARI funkcje.

Można do nich zaliczyć m.in.: automatyczny powrót do stacji operatorskiej (auto home) i automatyczne osiąganie zadanej głębości (auto depth).

Rys. 12. Robot SARbot (SeaBotix) Fig. 12. SARbot robot (SeaBotix)

Rys. 13. Robot Gavia Fig. 13. Gavia robot

Rys. 11. Robot Ultra Heavy Duty (Schilling Robotics) Fig. 11. Ultra Heavy Duty robot (Schilling Robotics)

Specjalna, budowana na zamówienie, wersja urządzenia może podwoić ten wynik. Zastosowanie urządzenia to nie tylko podwodne misje badawcze, zadania pomiarowe i monitoring, lecz także zada-

nia wojskowe (np. poszukiwanie min) i przemysłowe (monitoring i inspekcja urządzeń pracujących pod wodą). Jego minimalna waga to 44 kg, w zależności od wyposażenia. Minimalna długość urządzenia to 1,7 m, zaś szerokość 0,2 m.

Prędkość poruszania się to ponad 3 ms (6 węzłów). Promień zawracania więcej jest krótszy niż 3 m. GAVIA może pracować w przedziale temperatur od –2 °C do 35 °C.

4.2.2. Odyssey IV

Jest to jeden z niewielu robotów na świecie, który potrafi „zawisnąć” w toni wodnej. Inne urządzenia do zachowania pełnej manewrowości potrzebują uruchomienia napędu – co jest równoznaczne z wprawieniem jednostki w ruch postępowy. Odyssey IV do zachowania równowagi i zerowej pływalności wykorzystuje dwie, umieszczone po obu stronach

Rys. 14. Robot Odyssey IV Fig. 14. Odyssey IV robot

kadłuba, turbiny. Mogą one być orientowane prawie we wszystkich kierunkach. Ten wynalazek naukowców z Massachusetts Institute of Technology (MIT) waży 25 kg. Dzięki możliwości zanurzenia się na głębokość 6000 m i nietypowym metodom poruszania jest wykorzystywany do podwodnych obserwacji, inspekcji i konserwacji. Maksymalna prędkość Oddysey IV to 2 m/s.

4.2.3. Nereus

Ten ważący prawie trzy tony robot, wyprodukowany przez Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), jest obecnie jedynym na świecie robotem, potrafiącym zanurzyć się na głębokość 11 km. Jest używany głównie do celów naukowych. Do jego podstawowych zadań należy gromadzenie danych środowiskowych poprzez wykonywanie pomiarów chemicznych i zbieranie próbek dzięki dołączonemu manipulatorowi. Jednostka może też wykonywać mapy obszarów podwodnych i przeprowadzać proste badania geologiczne. Jego konstrukcja jest stale rozbudowywana o nowe moduły komunikacyjne i nawigacyjne.

Prędkość maksymalna wynosi 3 ms, zaś

„sunie” w kierunku równoległym do swojej pozycji – nie może natomiast poruszać się w kierunku prostopadłym do siebie.

ACM-R5 jest wyposażony w zaawansowany system kontroli. Złącza mogą działać niezależnie od siebie, ponieważ każde z nich obsługiwane jest przez osobny procesor, baterię i swoje silniki.

Rys. 15. Robot Nereus Fig. 15. Nereus robot

energia akumulatorów litowo-jonowych – 15 kWh. Co ciekawe, Nereus może pracować w trybie ROV tzw. ROV-mode – wtedy jest sterowany zdalnie z pokładu statku. Tryb ten nie pozwala na osiąganie dużych głębokości ze względów na wymaganą do sterowania kablolinę.

4.2.4. Tai – robot – kun

Robot Tai – robot – kun to urządzenie opracowane na japońskim Uniwersytecie Kitakyūshū, mające przypominać naturalną rybę. Ważący ok. 7 kg robot, może pływać ok. 80 min., korzystając z wbudowanych baterii. Powierzchnia zewnętrzna robota, wykonana z tworzywa silikonowego i ręcznie pomalowana, ma swoim wyglądem nie obiegać od wyglądu naturalnych stworzeń. Robo-ryba ma służyć naukowcom jako pomoc w badaniach przyrodniczych. Jej zadanie to przedostanie się do innych ryb i obserwacja ich zachowań w okresie godowym.

Rys. 17. Robot ACM R5 Fig. 17. ACM R5 robot

4.2.6. Inne konstrukcje

Rys. 18. Robot Spray glider (Bluefin Robotics) Fig. 18. S pray glider robot (Bluefin Robotics)

Rys. 19. Robot Urashima (Nippon Marine Enterprises) Fig. 19. Urashima robot (Nippon Marine Enterprises)

Rys. 16. Tai-robot-kun Fig. 16. Tai-robot-kun

4.2.5. ACM R5

Robot-wąż, stworzony przez naukowców z japońskiego Hirose-Fukushima Robotics Lab, potrafi poruszać się zarówno po lądzie, jak i w wodzie. Wykorzystuje do tego układ napędowy zapewniający falisty ruch urządzenia. Robot składa się z szeregu pojedynczych modułów. Jest wyposażony w specjalne płetwy i niewielkie koła pasywne zlokalizowane dookoła konstrukcji. Do wygenerowania siły napędowej wykonującej ruch falisty robot potrzebuje odpowiednich własności oporowych, ponieważ konstrukcja swobodnie

Rys. 20. Robot Solar AUV (Autonomous Undersea Systems Institute) Fig. 20. Solar AUV robot (Autonomous Undersea Systems Institute)

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

93

Forum młodych

5. Wady i zalety ROV oraz AUV Roboty podwodne ROV są powszechnie stosowane, gdyż jak dotąd nie wynaleziono lepszych metod wykonywania prac podwodnych. Choć człowiek ma możliwość schodzenia na znaczne głębokości, to ze względu na niebezpieczeństwo oraz stosunkowo drogi sprzęt nurkowy zastępuje się go robotem.

Pojazd ROV pozwala zmniejszyć do zera zagrożenie dla ludzi podczas wykonywania prac pod wodą. Umożliwia ponadto schodzenie na znaczne głębokości. Sterowanie robota odbywa się za pomocą kabloliny. Operator znajduje się w odpowiednio przygotowanej sterowni i nie naraża się na niebezpieczeństwo związane z wykonywanymi pracami. Kolejną korzyścią, wynikającą z połączenia przy pomocy pępowiny, jest brak elementów zasilających na pokładzie robota. Dzięki temu zmniejsza się jego ciężar, rozmiary oraz nie wpływa na ograniczenie czasu przebywania pod wodą. W miejsce układów zasilania można zamontować np. manipulator, zasobnik na narzędzia, kamerę itp. To, co jest zaletą robotów ROV może być uznane również za wadę. Połączenie robota ze sterownią za pomocą kabloliny wpływa na zdolności manewrowe. Ograniczona długość pępowiny nie pozwala robotowi zanurzyć się na większe głębokości. Robot jest sterowany przez człowieka. W związku z tym, operator ciągle musi nadzorować i kontrolować jego pracę. Nie uzyskuje się tym samym autonomiczności „podwodnego pracownika”.

Roboty AUV nie mają jednej z głównych wad urządzeń ROV – są w pełni autonomiczne. Ich największą zaletą jest brak uwięzi łączącej ją ze statkiem. Ewentualna komunikacja AUV odbywa się z wykorzystaniem fal akustycznych. Metoda ta jednak jest ostro krytykowana przez rzesze ekologów i w konsekwencji rzadko stosowana. W większości przypadków urządzenia AUV wykonują powierzone im zadania w pełni autonomicznie. Ze wzglądu na brak manipulatorów ich praca ograniczona jest jedynie do wykonywania misji badawczych, inspekcyjnych, dozorowych oraz tworzenia map dna morskiego. Pojazdy AUV poruszają się szybciej oraz charakteryzują się znacznie większą manewrowością niż roboty ROV. Brak uwięzi pozwala na poruszanie się w dużo większej odległości od statku badawczego. Wszystkie wymienione zalety pozwalają znacznie obniżyć koszty misji badawczych.

Trwają również prace nad całkowitą eliminacją statku badawczego. W założeniu AUV miałby samodzielnie dopłynąć w rejon działań lub być zrzucany ze śmigłowców. Problemem w tego typu rozwiązaniach jest źródło zasilania. Jest to znaczna wada robotów AUV

szy się taka popularnością jak badania nad robotami humanoidalnymi czy sondami kosmicznymi, odgrywa ona ogromną rolę w życiu człowieka.

Bibliografia 1. Newsome S. M., Rodocker J.: Effective technology for underwater hull and infrastructure inspection 2. Fletcher B.: UUV master plan: a vision for navy UUV development 3. Honczarenko J.: Roboty przemysłowe 4. http://sbec.com.au/downloads/Seaeye%20600%20DT. pdf 5. http://www.oceaneering.com/rovs/rov-systems/ magnum-plus-rov/ 6. http://www.mbari.org/dmo/vessels_vehicles/Doc_Ricketts/Doc_Ricketts.html 7. http://www.nexans.com/eservice/Corporate-en/navigatepub_167338_540080042/Nexans_innovatinn_Spider_dredging_system_levels_th.html 8. http://www.mbari.org/dmo/vessels_vehicles/tiburon/ tiburon_legacy.html 9. http://auvlab.mit.edu/vehicles/vehicle_pdfs/Odyssey_ IV_spec_sheet.pdf 10. http://news.softpedia.com/news/World-039-s-LargestUnderwater-Robot-81479.shtml 11. http://www.asimo.pl/ 12. http://auvlab.mit.edu/vehicles/ 13. http://www.public.navy.mil/SPAWAR/PACIFIC/ ROBOTCS/Documents/Publications/2008/hrov_oceans2008_final_41283.pdf

Underwater robotics Abstract: Article is devoted to selected problems that are associated with the use of robots in action below the surface. This work includes a brief history on the exploration of the aquatic environment, the distribution of underwater robots and a description of the advantages and disadvantages of different types of robots. In addition, this article describes examples of structures and areas in which have been used.

Keywords: autonomous robots, remotely operated robots, robots for special assignments, underwater robotics

6. Podsumowanie Widać, że roboty podwodne szybko wypierają człowieka z udziału w pracach pod wodą. Rola człowieka ogranicza się do sterowania robota lub tylko do umieszczenia go w wodzie.

Obecnie roboty podwodne są wykorzystywane do wykonania wielu prac podwodnych. Wykonują one wiele, coraz bardziej zaawansowanych zadań. Budują i remontują platformy wiertnicze, rurociągi i inne instalacje dostarczające ropę naftowa i gaz ziemny, układają podwodne kable, dzięki którym możliwa jest szybka komunikacja teleinformatyczna między kontynentami. Ratują życie marynarzy i pomagają w likwidacji skutków awarii i katastrof morskich. Pozwalają na coraz lepsze poznanie i zrozumienie morza i ukrytych w nim tajemnic. Chociaż rozwój robotyki podwodnej nie cie-

94

Krzysztof Giełdziński Student trzeciego roku automatyki i robotyki na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Wiceprezes Naukowego Koła Studentów Automatyki. e-mail: krzysztofgieldzinski@gmail.com

zapowiedzi Wydarzenia

Turniej Robotów Mobilnych ROBOMATICON 2013 Turniej Robomaticon 2013 organizują studenci Politechniki Warszawskiej z Koła Naukowego „Robomatic”. Impreza nie tylko gromadzi konstruktorów, lecz także przybliża ideę robotyki wszystkim tym, którzy na co dzień nie mają styczności z osiągnięciami najnowszej technologii.

Podczas tegorocznej, trzeciej edycji konkursu roboty będą rywalizowały w kilku starannie przygotowanych konkurencjach: • Sumo – dwóch przeciwników i jeden cel. Zadaniem zawodnika będzie wypchnięcie rywala poza ring.

Wszystkie chwyty są dozwolone, a zawodników nie ograniczają żadne regulaminy czy ochraniacze.

• Line Follower to konkurencja, w której wygra ten robot, który pierwszy pokona trasę po wyznaczonym torze. Oprócz szybkości istotna będzie też dokładność.

• Freestyle Elfa Distrelec to najbardziej innowacyjna konkurencja, w której liczy się przede wszystkim oryginalność wizji konstruktora.

• Micromouse – małe, „wytrenowane” przez swoich projektantów robotyczne myszy będą musiały znaleźć drogę do celu w skomplikowanym labiryncie ścianek i ślepych uliczek.

• Puck Collect to nowa pasjonująca konkurencja, która łączy najlepsze elementy z wszystkich rywalizacji – mechanikę Sumo, szybkość Line

Followera, innowacyjność Freestyle’a i precyzję Micromouse’a.

Dodatkowe atrakcje Pracownicy Centrum Nauki Kopernik, partnera Robomaticonu 2013, zaprezentują ciekawe eksperymenty naukowe. W czasie imprezy będą miały swoje stoiska firmy współpracujące, gdzie każdy zainteresowany będzie mógł porozmawiać z ich przedstawicielami.

Organizatorzy zapraszają też do wzięcia udziału w warsztatach dla dzieci, organizowanych przez firmę iCount.

Przez cały czas trwania Robomaticonu 2013 będą prezentowane cuda konstruktorskie startujące w konkurencji Freestyle. Każdy chętny będzie mógł dotknąć robotów i porozmawiać z ich twórcami. Ponadto odwiedzający turniej będą mogli zobaczyć projekty studentów z Koła Naukowego Robomatic z Wydziału Mechatroniki.

Wszystkich zainteresowanych zapraszamy w sobotę, 9 marca 2013 r.

Gmach Główny Politechniki Warszawskiej, pl. Politechniki 1. Wstęp wolny!

REKLAMA

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

95

Nauka

Streszczenia artykułów naukowych zamieszczonych na płycie CD Jarosław Wikarek, PhD Institute of Management Control Systems, Kielce University of Technology, Poland Implementation of a decision support model of the supply chain management in the environment of constraint logic programming The article presents the details of the implementation of the concept of a decision support model in the supply chain. To implement the model, the CLP (Constraint Logic Programming) framework called Eclipse was used. The novel way of constraints propagation is discussed, which for this class of problems improves significantly the efficiency of a search for a solution.

The most important predicates implementing the model are presented and characterized. Several numerical examples are included to illustrate the implementation of the approach.

Keywords: Supply Chain Management (SCM), Decision Support, Constraint Satisfaction Problem (CSP), Constraint Logic Programming (CLP) Implementacja modelu wspomagania decyzji zarządzania łańcuchem dostaw w środowisku programowania w logice z ograniczeniami W artykule przedstawiono szczegóły implementacji koncepcji modelu wspomagania decyzji w łańcuchu dostaw. Do implementacji modelu wykorzystano środowisko CLP (Programowanie w logice z ograniczeniami) o nazwie Eclipse. Omówiono nowatorski sposób propagacji ograniczeń, który dla tej klasy problemów prowadzi do znacznej poprawy wydajności znajdowania rozwiązania. W artykule przedstawiono i scharakteryzowano najważniejsze predykaty, które służą do implementacji modelu. Jako ilustracje przyjętych założeń i rozwiązań zaprezentowano przykłady liczbowe.

Słowa kluczowe: zarządzanie łańcuchem dostaw, wspomaganie decyzji, programowanie w logice z ograniczeniami

they are well known in the OR (Operation Research) environment, they have significant drawbacks. First of all, they must support only linear constraints. For problems of larger dimensions search for solutions is long and inefficient. This paper proposes a CSP-based decision model for SCM and its implementation in the CLP (Constraint Logic Programming). In addition, it presents a novel way of constraints propagation using the structure of the problem.

Keywords: Supply Chain Management (SCM), decision support, Constraint Satisfaction Problem (CSP), Constraint Logic Programming (CLP), hybrid modeling Zastosowanie programowania w logice z ograniczeniami do wspomagania decyzji zarządzania łańcuchem dostaw Decyzje w zarządzaniu łańcuchem dostaw mogą być rozpatrywane na różnych poziomach szczegółowości. Na poziomie strategicznym dotyczą samej struktury i architektury łańcucha, na poziomie taktycznym wyboru floty transportowej, a na poziomie operacyjnym wyboru tras dostaw itd. Opracowano wiele formalnych modeli zarządzania łańcuchem dostaw. Najczęściej były to modele programowania matematycznego liniowego (LP) oraz całkowitoliczbowego (MILP). Chociaż posiadały struktury dobrze rozumiane w środowiskach (OR-Badań Operacyjnych), posiadały istotne wady. Po pierwsze, mogły zawierać jedynie ograniczenia liniowe. Po drugie nie były efektywne przy większych rozmiarach problemów decyzyjnych. W Artykule zaproponowano model decyzyjny dla łańcucha dostaw oparty na problemie spełnienia ograniczeń (CSP-based) oraz jego implementacji w środowisku programowania w logice z ograniczeniami (CLP). Dodatkowo zaprezentowano nowatorski sposób propagacji ograniczeń wykorzystujący strukturę problemu.

Słowa kluczowe: zarządzanie łańcuchem dostaw, wspomaganie decyzji, programowanie w logice z ograniczeniami, modelowanie hybrydowe

123–128

129–134

Paweł Sitek, PhD Institute of Management Control Systems, Kielce University of Technology, Poland

Radosław Boroński, MSc Eng; Grzegorz Bocewicz, PhD Department of Electronics and Computer Science, Koszalin University of Technology, Poland

Application of constraint logic programming to decision support for the supply chain management Supply Chain Management (SCM) decisions can be considered at different levels of detail. At a strategic level they apply to the architecture in the supply chain, at the tactical level to transport fleet selection, selection of supply sources and distribution, and at the operational level, to the distribution of supplies and route selection. Many models of decision-making SCM have been developed. These are the linear (LP-linear programming) or mixed (MIP/MILP-Mixed Integer/Linear Integer Programming) models. These models are equipped with a smart form. Although

Indexes driven mechanism for grouped SQL queries This paper discusses the problem of automatic minimization of a response time for a database workload by a proper choice of indexes on production systems. The main objective of our contribution is to illustrate the database queries as a group and search for good indexes for the group instead of an individual query. We present queries block relation conditions for applying the concept of grouped queries index selection. We also introduce genetic algorithm that we use in experimental test. Numerical results are presented to show quality of the recommended approach.

96

Keywords: index, genetic algorithm, database, grouped queries

Mechanizm wyznaczania indeksów dla grupy zapytań SQL Autorzy podejmują się problemu automatycznej minimalizacji czasu odpowiedzi bazy danych na zadaną grupę zapytań SQL poprzez poprawny dobór indeksów dla systemów produkcyjnych.

Głównym naszym celem jest traktowanie zapytań jako grupy i szukanie odpowiednich indeksów dla całej grupy a nie dla pojedynczego zapytania. Przedstawiamy warunki które musi spełniać grupa zapytań. Proponujemy użycie algorytmu genetycznego do poszukiwania indeksów w testach doświadczalnych. Prezentujemy wyniki testów eksperymentalnych jako uzasadnienie użycia proponowanego podejścia.

Słowa kluczowe: indeks, algorytm genetyczny, baza danych, grupa indeksów 135–142 Justyna Patalas-Maliszewska, PhD; Assoc. Prof. Sławomir Kłos, PhD, DSc University of Zielona Góra, Poland Model evaluation of the effectiveness of business processes in terms of managing knowledge workers This article elaborates on the model of managing knowledge workers. The authors aim at analysing a effectiveness of business processes in the sale functional area in enterprises based on the research results. Specifically, likely consequences of managing knowledge workers as “sale specialist” on the effectiveness of internal business processes are studied. This was followed by a discussion on the results of the literature and empirical studies.

The summary shows the directions of a further work.

Keywords: knowledge workers, business processes, effectiveness Model oceny efektywności procesów biznesowych w aspekcie zarządzania pracownikami wiedzy W artykule zaprezentowano model oceny efektywności procesów biznesowych w obszarze sprzedaży w aspekcie zarządzania pracownikami wiedzy na podstawie wyników badań empirycznych. Zaprezentowano wyniki badań dotyczące wpływu wymiany wiedzy pomiędzy pracownikami wiedzy na wartości zdefiniowanych wskaźników oceny efektywności procesów biznesowych.

W podsumowaniu pokazano kierunki dalszych prac.

Słowa kluczowe: pracownicy wiedzy, procesy biznesowe, efektywność 143–146 Assoc. Prof. Sławomir Kłos, PhD, DSc; Justyna Patalas-Maliszewska, PhD Institute of Computer Science and Production Management, Faculty of Mechanical Engineering, University of Zielona Góra, Poland The analyse of automation level of logistic process in small and medium enterprises The paper presents the results of survey research of 300 Polish small and medium enterprises. The project “The prototype of e-business service platform” was realized in cooperation with MaxElectronik company as a part of “Initech” Ministry of Science

and Higher Education and founded by the National Centre for Research and Development based on the contract ZPB/8/67012/ IT2/10. The research was focused on the identification of business process automation level. To analyze the automation level, the following business processes are identified: sales process, logistic process, human resource management process, financial management process. The main goal of the research was analyze of possibilities time reduction of the processes by implementation SAAS system (software as a service) in the enterprise. In the article only a part of the research is presented that is concerned with the automation of logistic process in small and medium enterprises.

Keywords: enterprise resource planning, business process, logistic process, modeling, survey research Analiza poziomu automatyzacji procesów logistycznych w MSP Artykuł przedstawia wyniki badań ankietowych 300 małych i średnich polskich przedsiębiorstw. Badania były realizowane w ramach projektu „Prototyp Platformy Usług e-Biznesowych” realizowanym w ramach Przedsięwzięcia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego „IniTech”, finansowanym przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach umowy ZPB/8/67012/ IT2/10 we współpracy z firmą Max Elektronik SA. Badania obejmowały między innymi analizę procesów w obszarze finansów, sprzedaży, logistyki, zarządzania personelem, opracowanie modeli procesów biznesowych dedykowanych sektorowi MŚP, analizy ilościowe stopnia automatyzacji oraz zapotrzebowania na automatyzację procesów biznesowych. W artykule przedstawiono część wyników badań dotyczących możliwości automatyzacji operacji procesu logistycznego realizowanego w przedsiębiorstwach sektora MSP. Słowa kluczowe: systemy informatyczne zarządzania, proces biznesowy, proces logistyczny, modelowanie, badania ankietowe

147–152 mgr inż. Jacek Pękala Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, Politechnika Krakowska Algorytm sprawdzania kompletności danych w procesie ich wymiany między systemami informatycznymi przedsiębiorstw produkcyjnych z uwzględnieniem analizy składniowej W artykule przedstawiono koncepcję schematu sprawdzania kompletności danych po procesie ich transformacji opracowaną na potrzeby wymiany informacji pomiędzy różnymi systemami informatycznymi przetwarzającymi informacje w przedsiębiorstwie produkcyjnym. Scharakteryzowano pokrótce mechanizm konwersji informacji wykorzystywany podczas ich przepływu pomiędzy systemami informatycznymi przedsiębiorstwa. Opisano problematykę utraty części danych w trakcie ich przekształcania.

Zaprezentowano opracowany algorytm a także wyniki działania programu go implementującego.

Słowa kluczowe: algorytm sprawdzania kompletności danych, transformacja danych, wymiana danych, analiza składniowa Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

97

Nauka

Data completeness verification algorithm in the process of its exchange between production enterprise systems with syntax analysis included The paper presents newest version of data completeness verification algorithm used in the process of its transformation elaborated for the information exchange between different systems in manufacturing company. Data conversion mechanism used in information flow between enterprise systems was characterized. Problems of data loss during the conversion process were described. Results of working of the program which implements the algorithm were presented.

Keywords: data completeness verification algorithm, data transformation, data exchange, syntax analysis 153–158 prof. dr inż. Tadeusz Missala Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Czego nas uczą wypadki i katastrofy Przedstawiono skrótowy opis dwóch katastrof lokalnych polskich (pożar w EC Żerań i katastrofa kolejowa na CEK) oraz dwóch katastrof nuklearnych w Fukushimie i Czarnobylu. Wskazano na naruszenie zasad bezpieczeństwa, które doprowadziły do tych katastrof.

Słowa kluczowe: bezpieczeństwo, wypadki, katastrofy, kolej, energetyka Incidents and Catastrophes – what they teach us The synthetic description of two local polish catastrophes: fire in EC Żerań and railway incident on CMK are presented, as well as two nuclear catastrophes: Fukushima and Czarnobyl. The contravening of safety rules that leaded to the catastrophes is indicated.

Keywords: safety, incidents, catastrophes, railway, power industry

159–165 dr inż. Marian Wrzesień, mgr inż. Łukasz Olejnik, inż. Piotr Ryszawa Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP IDS/IPS: Systemy wykrywania i zapobiegania włamaniom do sieci komputerowych Zostały zaprezentowane systemy: IDS (ang. Intrusion Detection System) i IPS (Intrusion Prevention System). Systemy te są wykorzystywane do wykrywania odpowiednio włamań (IDS) i zapobiegania włamaniom (IPS). Technologie te są wdrażane w routerze Cisco 3845 pracującym na styku sieci LAN i WAN w sieci komputerowej PIAP-LAN – jako element oprogramowania routera.

Korzystanie z sygnatur firmy Cisco wymaga posiadania aktualnego wsparcia dla stosowanego routera. Omówiono architekturę systemów IDS oraz IPS. Architektura ta oparta jest na rozwiązaniach: hostowe HIDS (tzw. host-based IDS) oraz rozwiązanie sieciowe NIDS (Network IDS). W zakresie topologii, systemy IPS dzielą się na rozwiązania sieciowe, a w tym bazujące na sondzie pasywnej podłączonej do portu monitorującego przełącznika, analizującej wszystkie pakiety w danym segmencie sieci oraz inline – z sondą umieszczoną pomiędzy dwoma segmentami

98

sieci, pozbawioną adresów IP i działającą w trybie przezroczystego mostu przekazującego wszystkie pakiety w sieci. Obie stosowane topologie sieciowe mogą współpracować w środowiskach określonych architekturą HIDS oraz NIDS. Zostały omówiono cechy i parametry systemów IDS i IPS. Przedstawiono również metody i narzędzia przeznaczone do konfiguracji obu systemów ochrony przed włamaniami.

Słowa kluczowe: włamania, ochrona, IDS, IPS, sieć komputerowa, bezpieczeństwo IDS/IPS Systems to detect and prevent intrusions into computer networks There were presented systems: IDS (called Intrusion Detection System) and IPS (Intrusion Prevention System). These systems are used for intrusion detection (IDS) and intrusion prevention (IPS), respectively. These technologies are implemented in the Cisco 3845 router working at the interface between the LAN and WAN network PIAP-LAN – as part of a software router.

Using Cisco signatures requires a current support for the used router. Discusses the architecture of IDS and IPS systems. terms of topology, IPS systems can be divided into network solutions, including probe-based passive monitoring port connected to the switch, analyzing all packets in a network segment and inline – with the probe placed between two network segments, with no IP address and operating in transparent bridge mode transmitting all packets on the network. Both network topologies can be used to work in specific environments HIDS and NIDS architecture. Have discussed the characteristics and parameters of IDS and IPS systems. It also presents methods and tools for configuring both intrusion prevention systems.

Keywords: hacking, security, IDS, IPS, Network, Security 166–170 Jerzy Graffstein, PhD Institute of Aviation, New Technology Centre Department, Warsaw, Poland Anti-collision system with radar obstacle detector In the article the construction of anti-collision system with radar obstacle detector is presented. Cooperation between individual sub-systems and devices is described in the paper. Functionality of subsequent sub-systems is discussed. Significant parameters characterising the system and its elements are presented.

Keywords: anti-collision system, collision avoidance system, avionics Antykolizyjny system wykorzystujący radarowy detektor przeszkód W pracy przedstawiono opis budowy systemu antykolizyjnego wykorzystującego radarowy detektor przeszkód. Opisano sposób współdziałania poszczególnych urządzeń. Przedstawiono sposób i zakres wykonywanych funkcji przez poszczególne urządzenia systemu. Zamieszczono istotne parametry techniczne charakteryzujące system i jego elementy.

Słowa kluczowe: system antykolizyjny, system wykrywania przeszkód, awionika 171–175

Prof. Jerzy Osiński, PhD Eng, DSc; Przemysław Rumianek, MSc Eng; Piotr Żach, PhD Eng Institute of Machine Design Fundamentals, Warsaw University of Technology, Poland Monitoring of raw materials resources from end-of life vehicles In this paper work discussed the evaluation of the composition of the waste In terms of their use as an energy source, the results of sampling fraction of light coming from the shredder of ZŁOMPOL in Tarczyn. It was found that waste from end of life vehicles can be a significant source of energy. In particular fractions containing polymer materials with a high energy value. The problem is the significant level of pollution – waste will contain, among other heavy metal.

Keywords: recycling, waste, monitoring, energy, end-of life vehicles

opracowanego środowiska ISEMK (inteligentny system ekspertowy oparty na mapach kognitywnych) zaimplementowano model systemu predykcji zużycia energii elektrycznej przez gospodarstwo domowe. Przeprowadzono badania symulacyjne wielokrokowego uczenia oraz testowania działania rozmytej mapy kognitywnej na podstawie rzeczywistych danych. Przedstawiono wybrane wyniki symulacji.

Słowa kluczowe: rozmyte mapy kognitywne, system predykcji, wielokrokowe uczenie nadzorowane, metoda gradientowa 180–185 dr inż. Robert Bączyk, mgr inż. Maciej Jóźwiak Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej, Wydział Elektryczny, Politechnika Poznańska

Monitorowanie zasobów energetycznych z pojazdów wycofanych z eksploatacji W pracy omówiono ocenę składu odpadów pod kątem możliwości ich wykorzystania jako źródła energii, przedstawiono wyniki badań próbek frakcji lekkiej pochodzącej ze strzępiarki firmy ZŁOMPOL w Tarczynie. Stwierdzono, że odpady pochodzące z pojazdów wycofanych z eksploatacji mogą być znaczącym źródłem energii, w szczególności frakcje zawierające materiały polimerowe o dużej wartości energetycznej. Problemem jest znaczny poziom zanieczyszczenia – odpady te zawierają między innymi metale ciężkie.

Model i projekt instalacji dla procesu wydobycia i wstępnego przygotowania gazu ziemnego W niniejszej pracy opisano przebieg kolejnych etapów procesu wydobycia i wstępnego przygotowania gazu ziemnego; przedstawiono problematykę projektowania instalacji dla tego procesu oraz jego modelowanie. Zaprezentowano dobór urządzeń technologicznych i pomiarowych. Przedstawiono wy-prowadzenia modelu matematycznego dla kolejnych etapów procesu. Przeprowadzono symulacje i zaprezentowano wyniki. Pracę zakończono podsumowaniem oraz wnioskami.

Słowa kluczowe: recykling, odpady, monitoring, energia, pojazdy wycofane z eksploatacji

Słowa kluczowe: wydobycie gazu ziemnego, redukcja ciśnienia, projektowanie i modelowanie instalacji automatyki, dobór nastaw regulatorów

176–179 Prof. Aleksander Jastriebow, DSc*,**, Katarzyna Piotrowska, MSc* *Kielce University of Technology, Poland **Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Poland Analysis of fuzzy cognitive maps in prediction of individual household electric power consumption This paper is devoted to the simulation analysis of application of a fuzzy cognitive map (FCM) in prediction of electric power consumption by an individual household. Fuzzy cognitive maps and multi-step supervised learning based on gradient method and real data were described. Model of the system for prediction of individual household electric power consumption was implemented on prepared software tool ISEMK (intelligent expert system based on cognitive maps). Simulation research of multi-step learning and testing of FCM were done based on real data. Chosen results of simulation were presented.

Keywords: fuzzy cognitive maps, prediction system, multi-step supervised learning, gradient method Analiza rozmytych map kognitywnych w predykcji zużycia energii elektrycznej przez gospodarstwo domowe Praca poświęcona jest analizie symulacyjnej zastosowania rozmytej mapy kognitywnej (FCM) w predykcji zużycia energii elektrycznej przez gospodarstwo domowe. Opisano rozmyte mapy kognitywne oraz wielokrokowe uczenie nadzorowane oparte na metodzie gradientowej i rzeczywistych danych. Przy pomocy

Model and design of installation for the process of extraction and preliminary preparation of natural gasIn this paper we describe the subsequent steps of the process of extraction and preconditioning of natural gas. This paper discusses issues of the system design and its modeling. The choice of process equipment is presented. The paper presents the derivation of mathematical model of the process and the results of simulation are presented. At the end of the paper some conclusions are presented.

Keywords: extraction and preconditioning of natural gas, pressure reduction, system design, modeling and simulation, selection of the controller parameters 186–194 prof. dr hab. inż. Jerzy Osiński, mgr inż. Przemysław Rumianek, dr inż. Piotr Żach Instytut Podstaw Budowy Maszyn, Politechnika Warszawska Automatyzacja procesów produkcyjnych w zakresie wytwarzania paliw alternatywnych W pracy oceniono możliwości wykorzystania energetycznego odpadów – stwierdzono, że w skali naszego kraju są one ogromnym źródłem energii, podano występujące ilości oraz skład w różnych regionach Polski. Omówiono problemy wynikające ze spalania paliw alternatywnych: konieczność stosowania wysokosprawnych urządzeń do oczyszczania spalin oraz najczęściej występujące toksyczne składniki spalin.

Słowa kluczowe: odpady, recykling, paliwa alternatywne, spalanie Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

99

Nauka

Automation of processes of alternative fuels production This study considers the possibility of using waste energy; authors state that in our country wastes are the great source of energy.

In the article the quantities involved and the composition of the various Polish regions were given. The problems resulting from the combustion of alternative fuels – the need for high-performance exhaust gas cleaning equipment and the most common toxic components of exhaust – also were discussed.

Keywords: waste, recycling, alternative fuels, combustion 195–199 mgr inż. Maciej Cader, dr inż. Maciej Trojnacki Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Analiza możliwości zastosowania technologii przyrostowych do wytwarzania elementów konstrukcji robotów mobilnych W artykule przedstawiono wyniki badań materiałów niemetalowych przeznaczonych do zastosowania w technologii przyrostowego wytwarzania elementów konstrukcji robotów. Artykuł dotyczy również zastosowania jednej z takich technologii, tj. technologii FDM do w produkcji części robotów, na przykładzie prototypu robota o zmiennej konfiguracji. W artykule opisano metodologię przygotowania wybranych części robota do wytworzenia z zastosowaniem technologii FDM.

continuous monitoring of process parameters and safe operation of the device.

Keywords: automation of chemical processes, microwave hydrothermal synthesis, stop-flow mode, batch control, nanopowders Automatyzacja procesu mikrofalowej hydrotermalnej syntezy nanoproszków W artykule przedstawiono automatyzację procesu mikrofalowej hydrotermalnej syntezy nanoproszków. Jej zasadniczymi elementami są: nowy typ reaktora oraz jego system sterowania. Reaktor posiada unikatową konstrukcję komory procesowej, co w połączeniu z zastosowanym systemem sterowania wsadowego pozwala na uzyskiwanie dużej wydajności produkcji nanoproszków. Opisano konstrukcję reaktora z uwzględnieniem nowej zasady działania, materiałów konstrukcyjnych, rozkładu pola elektromagnetycznego.

Przedstawiono system sterowania urządzeniem, który zapewnia automatyczną realizacje procesów w trybie stop-flow, regulacje ciśnienia procesu, ciągłe monitorowanie parametrów procesów oraz zachowanie bezpieczeństwa obsługi urządzenia.

Słowa kluczowe: automatyzacja procesów chemicznych, mikrofalowa synteza hydrotermalna, stop-flow, sterowanie wsadowe, nanoproszki 208–212

Słowa kluczowe: technologie przyrostowego wytwarzania, wytwarzanie elementów robotów, materiały termoplastyczne, wytłaczanie, roboty mobilne

Dariusz Plinta, PhD Eng, DSc Production Engineering Department, University of Bielsko-Biała, Poland

Analysis of the applicability of additive technology to fabrication of mobile robots construction The article presents the research results of the mechanical properties of non-metallic materials used in additive manufacturing for the production of structural components of mobile robots. Article also concerns one of the technology, i.e., FDM for the production of reconfigurable robots construction elements. This paper also describes the methodology for the preparation of selected parts of the robot to manufacture them using FDM technology.

Production management with the use of digital factory tools Contemporary computer technologies are the basic tools of the accumulation and exchange of information in enterprises. Software of the digital factory systems is becoming more commonly used in management processes. This paper focuses on the concept of digital factory, its principles, the ways and areas of application as well as benefits for industry.

Keywords: additive manufacturing, production of robots elements, thermoplastic materials, extrusion

Zarządzanie produkcją z wykorzystaniem narzędzi cyfrowej fabryki Współczesne technologie informatyczne są podstawowymi narzędziami gromadzenia i wymiany informacji w przedsiębiorstwach.

Oprogramowanie „cyfrowej fabryki” jest coraz częściej stosowane w procesach zarządzania. W artykule przedstawiono koncepcję cyfrowej fabryki, zasady, sposoby i obszary jej stosowania, oraz korzyści dla przemysłu.

200–207 Andrzej Majcher, PhD Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, Radom, Poland Automation of the process of microwave hydrothermal synthesis of nanopowders The article presents the process of microwave hydrothermal synthesis of nanopowders automation. The essential elements of automation are: a novel reactor and its control system. The reactor has a unique design of process chamber, which used in conjunction with a batch control system allows highly efficient production of nanopowders to be obtained. The design of the reactor together with new principles of operation, structural materials, and distribution of electromagnetic field are described. The paper also presents a control system for the reactor, which allows for automatic operation in the stop-flow mode, control of process pressure,

100

Keywords: digital factory, computer aided management systems

Słowa kluczowe: cyfrowa wspomagania zarządzania

fabryka,

komputerowe

systemy

213–217 Andrzej Halama, Eng; Piotr Loska, MSc Eng; Piotr Szymała, MSc Eng Institute of Innovative Technologies EMAG, Katowice, Poland Wireless control and directional navigation of a road header in drilling process Careful observations of the global mining industry development trends, in terms of the needs and expectations of mining machi-

nery and equipment, led the Institute of Innovative Technologies EMAG to undertake work to introduce innovative solutions in the new diagnostics and control system for road headers. In this paper we will discuss new wireless control system and extensive diagnostics of the machine, based on the SKD-2M system, with an innovative solution for directional navigation of excavation axis of road header. Solution used in the SKD-2M with technologies for monitoring stroke fore and guiding roadheader, will increase the capacity of the machine utilization, by increasing the degree of automation and prediction parameters of drill machine corresponding to the momentary conditions of mining. System will also limit damage resulting from improper use, reduce energy consumption in mining process, improve safety and will affect positively the efficiency of roadways drill, which is important, in relation to prospects the application of the system to eastern markets.

Keywords: roadheader, control, wireless, drilling, diagnostic system Bezprzewodowe sterowanie oraz kierunkowa nawigacja kombajnu w procesie drążenia wyrobisk korytarzowych Baczne obserwacje światowych trendów rozwoju branży wydobywczej, w aspekcie potrzeb i oczekiwań użytkowników maszyn i urządzeń górniczych, spowodowały, że Instytut Technik Innowacyjnych EMAG podjął prace mające na celu wprowadzenie innowacyjnych rozwiązań w nowym systemie diagnostyki i sterowania maszyn przeznaczonych do drążenia wyrobisk korytarzowych.

W artykule omówiono nowy układ bezprzewodowego sterowania i rozbudowanej diagnostyki maszyny, w oparciu o system SKD-2M, z innowacyjnym rozwiązaniem umożliwiającym kierunkową nawigację kombajnu chodnikowego w osi wyrobiska. Zastosowane w systemie SKD-2M rozwiązania z technologiami monitorowania obrysu przodka oraz prowadzeniem maszyny w wyrobisku, w odniesieniu do większości obecnych systemów, poprzez zwiększenie stopnia automatyzacji drążenia i predykcji parametrów pracy maszyny odpowiadających chwilowym warunkom urabiania, pozwoli na podniesienie stopnia wykorzystania potencjału technicznego maszyny. Nastąpi również ograniczenie zużycia maszyny wynikającego z niewłaściwej eksploatacji, zmniejszenie energochłonności procesu urabiania oraz podniesienie poziomu bezpieczeństwa w przodku chodnikowym.

Wpłynie to korzystnie na efektywność drążenia wyrobisk korytarzowych, co ma istotne znaczenie, w związku z rysującą się perspektywą zastosowania systemu na rynkach wschodnich.

Słowa kluczowe: kombajn chodnikowy, sterowanie, bezprzewodowe, drążenie wyrobisk, system diagnostyczny

sory control system, based on artificial intelligence diagnostic system is described. Conducted during design process, deliberations about types and structures of the neural nets and form and source of the signals are presented. The last part of the paper includes conclusions and final remarks.

Keywords: micromilling machine, diagnostic system, neural networks Koncepcja systemu diagnostycznego stanu narzędzia dla mikroobrabiarki Artykuł stanowi opis części systemu diagnostycznego mikrofrezarki. W artykule przedstawiono ponadto opis projektu maszyny oraz jej wykonany i uruchomiony egzemplarz. W artykule zaprezentowano bazujący na sztucznej inteligencji system diagnostyczny zaprojektowany specjalnie dla tej maszyny. Opisano struktury i typy przebadanych sieci neuronowych i wskazano najskuteczniej działające. W ostatniej części artykułu przedstawiono wnioski dotyczące działania zaprojektowanego i przetestowanego system diagnostycznego.

Słowa kluczowe: mikrofrezowanie, sztuczne sieci neuronowe

system

diagnostyczny,

224–229 Grzegorz Redlarski, DSc, PhD Eng; Jacek Jaworski, MSc Eng; Piotr Mateusz Tojza, MSc Eng Electrical and Control Engineering Faculty, Gdańsk University of Technology, Poland An application supporting the educational process of the respiratory system obstructive diseases detection The paper presents a description of functioning of a platform supporting the detection of obstructive diseases in the respiratory system education process. A 16-parameter model of the respiratory system simulated in the MATLAB/Simulink environment was set in the role of the tested patient. It has been linked to the control layer, developed in the LabVIEW environment, using the SIT library (Simulation Interface Toolkit). This layer is responsible for the modification of the model’s parameters and the generation of the results of the respiratory impedance measurements using forced oscillation method. The application is a solution that provides a lot of flexibility in the education of students studying courses related to biomedical engineering and health sciences, and can easily be implemented to work as a problem-oriented e-learning solution.

Keywords: computer application, obstructive diseases, lungs

218–223 Bogdan Broel-Plater, PhD Eng; Krzysztof Jaroszewski, PhD Eng Faculty of Electrical Engineering, West Pomeranian University of Technology, Szczecin Concept of tool condition diagnostic system for micromachining The paper deals with part of diagnostic system for micromilling machine. The short description of designed and set in motion micromachine for milling is presented. The machine supervi-

Aplikacja wspomagająca procesy edukacyjne w zakresie wykrywania chorób obturacyjnych układu oddechowego W publikacji zaprezentowano działanie platformy wspomagającej edukację w zakresie wykrywania chorób obturacyjnych układu oddechowego. Rolę badanego pacjenta pełni 16-elementowy model układu oddechowego, symulowany w środowisku MATLAB/Simulink. Został on połączony z warstwą sterowania, wykonaną w środowisku LabVIEW, przy pomocy biblioteki SIT (Simulation Interface Toolkit). Warstwa ta odpowiada za modyfikację parametrów modelu oraz generowanie wyników pomiaru impedancji układu oddechowego za pomocą oscylacji wymuszonych. Wykonana aplikacja jest rozwiązaniem zapewniającym Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

101

Nauka

dużą elastyczność w kształceniu studentów związanych inżynierią biomedyczną i naukami o zdrowiu i bardzo łatwo może być wdrożona do pracy jako rozwiązanie e-learningowe, zorientowane problemowo.

Słowa kluczowe: aplikacja komputerowa, choroby obturacyjne, płuca 230–233 Piotr Garbacz, MSc; Wojciech Mizak, MSc Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, Radom, Poland A novel approach for automation of stereo camera calibration process The problem of stereo camera calibration has been studied for over many years by numerous researchers. A crucial task in this process is to discover the transformation between 3D world coordinates and 2D pixel image coordinates of image. The growth of the number of different applications of stereovision systems has led to specialization of developed calibrations algorithms. Nowadays, various calibration objects and self-calibration techniques are used. This paper presents a unique automatic calibration system for a stereovision system for inspection of specimen surface under fatigue tests. In order to allow analysis of surface in both a micro and macro scale, the system has been equipped with cameras with motorized focus and zoom lenses. The proposed calibration system is based on mechatronic framework which allows the use of a set of 2D plane calibration targets with varying size of region of interest. Such a solution allows automation of calibration process and guarantees repeatability of results with an assumed error.

Keywords: stereovision, calibration, fatigue monitoring Automatyzacja procesu kalibracji systemu stereowizyjnego Zagadnienie kalibracji kamer w systemach stereowizyjnych było w ostatnich latach podejmowane przez wielu badaczy. Głównym celem tego procesu jest wyznaczenie transformacji pomiędzy współrzędnymi 3D punktów w układzie globalnym i odpowiadającymi im współrzędnymi pikselowymi 2D na płaszczyźnie obrazowania kamer. Coraz większa liczba obszarów, w których zastosowanie znajdują systemy stereowizyjne, doprowadziła do specjalizacji wykorzystywanych w nich metod kalibracji kamer. Aktualnie stosowane są różnorodne wzorce kalibracyjne, a także metody samokalibracji kamer. W artykule przedstawiony został autorski zautomatyzowany system kalibracji kamer dedykowany dla systemu stereowizyjnego, umożliwiającego monitorowanie procesów destrukcji materiałów na maszynie wytrzymałościowej.

Dla zapewnienia możliwości przeprowadzenia badań zarówno w skali mikro jak i makro, system ten wyposażony jest w zmotoryzowane obiektywy, umożliwiające regulację zbliżenia i ostrości.

Prezentowany system kalibracji poprzez zastosowanie mechatronicznego układu pozycjonowania oraz odpowiedniego typoszeregu wzorców płaskich, zapewnia kalibrację kamer w pełnym zakresie obserwacji. Rozwiązanie to umożliwia automatyzację oraz gwarantuje powtarzalność procesu kalibracji.

Słowa kluczowe: stereowizja, kalibracja, badania wytrzymałościowe 234–238

102

Mirosław Neska, MSc; Andrzej Majcher, PhD; Jan Przybylski, PhD Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, Radom, Poland Control system of a multifunctional tester for electronically protected documents Introduction of electronic protection into documents makes it necessary for the documents to undergo multicriteria tests, and results in a growing need for the development of specialized testers, an example of which can be constituted by a multifunctional testing device. The article presents a control system for a tester which realises the following tests: stamping, writing in, abrasion in an electronically protected document. The authors also describe the structure of hardware used and the structure of tests the devices can realise. Additionally, behavioural analysis with the use of UML activity diagrams is presented as well as technical parameters of the control system developed and its possible areas of application in a series of testing devices.

Keywords: product testing, RFID systems, document protection, impact load, abrasive load, UML activity diagram System sterowania wielofunkcyjnego urządzenia do testowania dokumentów z zabezpieczeniem elektronicznym Wprowadzanie do dokumentów papierowych zabezpieczeń elektronicznych stwarza konieczność ich wielokryterialnego testowania, a tym samym opracowywania specjalistycznych testerów. Przykładem takiego urządzenia jest tester wielofunkcyjny. W artykule przedstawiono system sterowania tym urządzeniem, realizującym testy: stemplowania, zapisu oraz ścierania w dokumencie z zabezpieczeniem elektronicznym. Opisano strukturę sprzętową systemu sterowania oraz strukturę realizowanych testów. Przedstawiono analizę behawioralną z zastosowaniem diagramów aktywności języka UML. Zaprezentowano parametry techniczne opracowanego systemu sterowania oraz możliwości jego zastosowania, w typoszeregu urządzeń testujących.

Słowa kluczowe: testowanie produktów, układy RFID, zabezpieczenia dokumentów, obciążenie udarowe, obciążenie ścierne, diagram aktywności UML 239–244 prof. dr hab. inż. Aleksander Olejnik; dr inż. Krzysztof Falkowski; dr inż. Maciej Henzel Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa Pracownia Zawieszeń Magnetycznych Laboratorium Badań Napędów Lotniczych WAT W artykule opisane zostały efekty realizacji projektu POIG.02.02.00-14-022/09 Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, którego głównym celem było utworzenie w Wojskowej Akademii Technicznej Laboratorium Badań Lotniczych. W Laboratorium powstała m.in. Pracowania Zawieszeń Magnetycznych, która będzie prowadzić unikalne w skali Kraju i Unii Europejskiej numeryczne oraz doświadczalne badania nad opracowywaniem pasywnych i aktywnych zawieszeń magnetycznych, ich optymalizacją, sterowaniem, zasilaniem itp. Działalność Laboratorium będzie nakierowana na rozwiązywanie problemów napędów lotniczych i w istotny sposób przyczyni się do rozwiązywania problemów

eksploatacyjnych, umożliwi modernizację testowanych konstrukcji, jak również projektowanie nowych.

Słowa kluczowe: zawieszenia magnetyczne, silnik lotniczy Magnetic Suspension Workroom of Aircraft Engine Laboratory in Military University of Technology In the paper are presented results of realization in Military University of Technology of The Innovative Economy Programme. The main goal of the project is organization of the Aircraft Engines Research Laboratory. There are the Magnetic Suspension Workroom. There are realized the unique in Poland and European Union research investigations under passive and active magnetic suspensions, their optimization, control, supplying, etc. The Engine Laboratory will find solutions of operation problems, reliability of constructions.

It makes possible modernization of investigated constructions and designing practical of new applications.

Keywords: magnetic suspension, aircraft engine 245–249 Józef Szaban, PhD Eng; Ireneusz Wawrzyński, MSc Eng Emerson Process Management Power and Water Solution, Warsaw, Poland Water management at CCGT unit This paper discusses a water management optimization of cooling towers. Description of a problem solution as well as its industrial application is included. The used software belongs to Emerson’s SmartProcess products. It has been applied to two power plants as a part of the Ovation DCS (distributed control system).

Keywords: optimization, Ovation, SmartProcess, power plant, cooling towers, Combined Cycle Gas Turbine Optymalizacja gospodarki wodą w bloku gazowo-parowym W artykule omówiono optymalizacje gospodarki wodnej w chłodni wentylatorowej. Podano opis rozwiązania problemem jak również jego zastosowania w przemyśle. Zastosowano część oprogramowania z pakietu SmartProcess dostarczanego przez Emerson.

Pakiet użyto w dwóch elektrowniach, jako uzupełnienie rozproszonego systemu sterowania Ovation.

Słowa kluczowe: optymalizacja, Ovation, SmartProcess, chłodnia wentylatorowa, Cykl Kombinowany w Wysokosprawnej Kogeneracji 250–253 Szczepan Paszkiel, PhD Eng Opole University of Technology, Poland The population modeling of neuronal cell fractions for the use of controlling a mobile robot The population modeling of neuronal cell fractions for the use of controlling a mobile robot is presented in this article. Present models of neuronal cells are compared to describe the problem.

Population models which represent fractions (pyramidal cells and interneurons) are compared as well. A population approach for controlling a mobile robot is chosen as a result of this analysis. The process of modeling cell fractions definitely facilitates in laboratorial conditions the process of controlling when the concept of brain computer interfaces is implemented.

Modelowanie populacyjne frakcji komórek neuronalnych z przeznaczeniem do sterowania robotem mobilnym W artykule przedstawiono modelowanie populacyjne frakcji komórek neuronalnych z przeznaczeniem do sterowania robotem mobilnym. Porównano istniejące modele komórek neuronalnych w celu opisania problemu. Porównano również modele populacyjne reprezentujące frakcje (komórki piramidalne i interneurony).

W wyniku przeprowadzonej analizy dokonano wyboru podejścia populacyjnego dla sterowania robotem mobilnym. W warunkach laboratoryjnych, proces modelowania frakcji komórek zdecydowanie wspomaga proces sterowania w przypadku implementacji koncepcji interfejsu mózg-komputer.

Słowa kluczowe: modelowanie, komórki neuronalne, robot mobilny 254–259 Piotr Trojanek, MSc Eng; Maciej Stefańczyk, MSc Eng; Tomasz Kornuta, MSc Eng Institute of Control and Computation Engineering, Warsaw University of Technology, Poland Modelling of data flow in component-based robot perception systems The paper presents results of research on the development of robot perception systems. On the basis of the selected exemplary system, typical problems occurring during design of such systems were indicated. Those problems motivated the work set out to formalize the data flow by the use of metamodelling – the key technology of model-driven engineering. The obtained metamodel facilitates development of such systems and enables further creation of tools for models’ editing, validation and automatic generation of relevant source code skeletons. Additionally, requirements for a robot perception systems runtime environment were identified and compared with existing component-based robot software frameworks.

Keywords: robot, control system, perception, data flow, metamodel, model-driven engineering, component-based systems Modelowanie przepływu danych w komponentowych układach percepcji robotów W artykule przedstawiono wyniki prac poświęconych budowie układów percepcji systemów robotycznych. Na podstawie wybranego przykładu złożonego systemu percepcji wyróżniono typowe problemy występujące podczas projektowania takich systemów.

W celu ich rozwiązania dokonano formalizacji modelu przepływu danych przy użyciu metamodelu – kluczowego elementu w inżynierii opartej na modelach. Opracowany metamodel ułatwia rozwój takich systemów oraz umożliwia stworzenie graficznych narzędzi do edycji modeli konkretnych systemów percepcji, ich walidacji, a ostatecznie do automatycznego generowania szkieletów kodu.

Ponadto, zidentyfikowano wymagania odnośnie środowiska wykonawczego omawianej klasy układów oraz porównano je z istniejącymi ramowymi strukturami programowymi opartymi na podejściu komponentowym.

Słowa kluczowe: robot, układ sterowania, percepcja, przepływ danych, metamodel, inżynieria oparta na modelach, systemy komponentowe 260–265

Keywords: modeling, neuronal cells, a mobile robot

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

103

Nauka

Grzegorz Redlarski, DSc Eng; Aleksander Pałkowski, MSc Eng; Dominik Ambroziak, MSc Eng Faculty of Electrical and Control Engineering, Gdańsk University of Technology, Poland Optical glyphs based localization and identification system Optical glyphs are non-complex graphic signs that contain encoded information. By utilizing techniques of image processing and pattern recognition, it is possible to implement an effective global system for autonomous vehicle navigation. The simplicity of the system allows it to be easily implemented, without having to rebuild monitoring equipment. It also provides the possibility to use, during the design process, of widely available open source software. This paper presents an algorithm, whose task is to find the symbols of objects contained in the database and determine their position and orientation in the global coordinate system of the camera. The speed and reliability of the system has been demonstrated on the basis of experimental studies using real mobile robots.

Keywords: camera-based tracking, image processing, mobile robot navigation, optical glyphs, pattern recognition System lokalizacji i identyfikacji oparty na glifach optycznych Glify optyczne są nieskomplikowanymi znakami graficznymi zawierającymi zakodowaną informację. Dzięki wykorzystaniu technik przetwarzania obrazu i rozpoznawania wzorców możliwa jest implementacja skutecznego systemu globalnego wspomagającego nawigację autonomicznych pojazdów. Prostota systemu pozwala na łatwe jego wdrożenie, bez konieczności przebudowy aparatury monitorującej. Zapewnia również możliwość skorzystania w procesie projektowania z powszechnie dostępnego oprogramowania open source. W artykule przedstawiono algorytm, którego zadaniem jest wyszukanie wprowadzonych do bazy symboli obiektów oraz ustalenie ich pozycji i orientacji w globalnym układzie współrzędnych kamery. Szybkość i niezawodność systemu wykazano na podstawie badań eksperymentalnych z użyciem rzeczywistych robotów mobilnych.

Słowa kluczowe: glify optyczne, nawigacja robotów mobilnych, przetwarzanie obrazu, rozpoznawanie wzorców, śledzenie kamerą 266–271 Benedykt Jaworski, Dominik Bilicki, Dominik Belter, PhD Institute of Control and Information Engineering, Poznań University of Technology, Poland Measurement fusion method for indoor localization of a walking robot The article presents visual localization system for walking robots.

The method uses two independent visual procedures to determine position and orientation of the robot’s body: Parallel Tracking and Mapping (PTAM) and the procedure which returns position of the camera in relation to the known marker. The heuristicbased data fusion method is proposed. The method takes into account properties of both modules to estimate real position of the robot.

The properties of the method are presented using ground truth data from experiment on the robotic arm.

Keywords: visual localization system, data fusion, mobile robot

104

Integracja danych pomiarowych w systemie lokalizacji robota kroczącego Artykuł przedstawia wizyjny system lokalizacji robota kroczącego.

Przedstawiono wykorzystanie algorytmu PTAM oraz metody określającej położenie kamery względem znacznika do określenia położenia robota. Przedstawiono metodę fuzji danych z obu systemów pomiarowych. Proponowana metoda jest alternatywa dla droższych systemów ‘motion capture’ wykorzystywanych do weryfikacji eksperymentalnej wewnątrz laboratorium.

Słowa kluczowe: lokalizacja robota mobilnego, fuzja danych, system wizyjny 272–277 Karol Majek*, Michał Pełka*, dr inż. Janusz Będkowski*, mgr inż. Maciej Cader**, prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski* *Instytut Automatyki i Robotyki, Politechnika Warszawska **Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP w Warszawie Projekt autonomicznego robota inspekcyjnego W artykule przedstawiono projekt autonomicznego robota inspekcyjnego. Ze względu na fakt, że komercyjne rozwiązania nie oferują satysfakcjonującej funkcjonalności w stosunkowo niskiej cenie zdecydowano się zaprojektować autonomicznego robota inspekcyjnego na bazie komercyjnej platformy wyposażonej w autorskie rozwiązanie laserowego systemu pomiarowego 3D. Projekt lasera 3D wykonano z wykorzystaniem technik szybkiego prototypowania metodą druku 3D. Autonomiczny robot mobilny nawigowany jest na podstawie systemu IMU (Inertial Measurement Unit) ze zintegrowanym GPS (Global Positioning System). Opracowane rozwiązanie dostarcza użytkownikowi danych w postaci map lokalnych 3D wraz z częściową analizą semantyczną (obliczanie wektorów normalnych dla chmury punktów metodą PCA Principal Component Analysis) w trybie on-line. Przeprowadzono eksperymenty weryfikujące poprawność działania systemu. W rezultacie powstało nowoczesne stanowisko badawcze, które może być wykorzystane do kolejnych badań z wykorzystaniem mobilnych systemów inspekcyjnych.

Słowa kluczowe: robot inspekcyjny, laserowy system pomiarowy 3D, PCA (Principal Component Analysis) Project of autonomous inspection robot In the article the project of autonomous inspection robot is shown.

Instead of commercial applications, proposed approach with relatively lower prize offer satisfactory functionality. Proposed approach is based on State of the Art mobile platform equipped with developed 3D laser measurement system 3D. Laser 3D is developed based on Fused Deposition Modeling FDM technology. Autonomous mobile robot is using IMU (Inertial Measurement Unit) wit GPS (Global Positioning System) to navigate in outdoor environment. The approach offers 3D cloud of points augmented by normal vectors looking form user point of view. Normal vectors are computed using PCA (Principal Component Analysis) method in on-line fashion. The proof of concept was demonstrated based on the experiment in the real environment. As a result the modern research platform is developed, which can be used for further inspection systems’ analysis.

Keywords: inspection robot, laser measurement 3D system, PCA (Principal Component Analysis) 278–282

Krzysztof Walas, PhD Institute of Control and Information Engineering, Poznań University of Technology, Poland Foot design for a hexapod walking robot This article describes the process of development of the robotic foot for the six-legged walking robot Messor. In order to allow the robot to negotiate uneven surfaces and to walk on a compliant ground, the foot includes the sensing device which provides information on contact forces between the foot and the ground. At first, the foot with single-axis force measurement unit is described.

Next, design of the triaxial sensing device is shown. Knowledge gathered during development of the single-axis device was transferred to build a new foot with extended capabilities. In the article description of the manufactured real devices is given.

Keywords: walking robot, hexapod, foot, design Projekt stopy sześcionożnego robota kroczącego Niniejszy artykuł opisuje proces rozwoju stopy dla sześcionożnego robota kroczącego Messor. Stopa ma wbudowane urządzenie do pomiaru sił kontaktu między stopą a podłożem. Dane te są wymagane do kroczenia po nierównym i podatnym gruncie.

W artykule pokazane zostało jednoosiowe urządzenie pomiarowe. Następnie opisano czujnik trójosiowy bazujący na projekcie czujnika jednoosiowego. Artykuł prezentuje proces projektowania i opis rzeczywistego urządzenia.

Słowa kluczowe: robot kroczący, robot sześcionożny, stopa, projektowanie 283–287 Marta Rostkowska, BEng; Michał Topolski, BEng; Piotr Skrzypczyński, DSc, PhD Institute of Control and Information Engineering, Poznań University of Technology, Poland A modular mobile robot for multi-robot applications This paper presents the process of designing and constructing a desktop-size mobile robot aimed at multi-robot applications. We present the mechanical structure, the electronics and the software, focusing on the modularity concept, which determines the educational values of the entire design. The decision process underlying the design is presented in details: choosing motors, sensors and crucial electronics components, implementing communication buses, and construction of the additional modules.

Possible multi-robot applications of this design are outlined at the end.

Keywords: mobile robot, microcontroller, multi-robot systems, odometry, communication Modułowy robot mobilny przeznaczony do systemów wielorobotowych Niniejsza praca przedstawia poszczególne etapy projektowania i konstrukcji miniaturowego, dydaktycznego robota mobilnego własnego pomysłu. Zawarto w niej opis każdego z etapów, ze szczególnym naciskiem na koncepcję modułowości, która stanowi o wartości dydaktycznej całej konstrukcji. Opisano m.in. proces projektowania mechaniki, doboru czujników i najważniejszych elementów, projektowania elektroniki, opis zastoso-

wanych magistral komunikacyjnych oraz opis wytworzonych modułów i programów zawartych w mikrokontrolerach oraz na komputerze PC. Słowa kluczowe: robot mobilny, mikrokontroler, system wielorobotowy, odometria, komunikacja 288–293 Mikołaj Wasielica, MSc; Marek Wąsik, MSc; Piotr Skrzypczyński, DSc, PhD Institute of Control and Information Engineering, Poznań University of Technology, Poland Design and applications of a miniature anthropomorphic robot This paper presents the prototype of a miniature anthropomorphic robot. This robot was designed as a low-cost hardware platform for implementing basic skills of a humanoid: efficient gaits, balance maintenance, effective programming of complicated motion sequences. We provide a detailed description of the mechanical and electronic design, present the basic software modules, and demonstrate some applications of this robot. The prototype was tested extensively participating in numerous competitions and live performances.

Keywords: anthropomorphic robot, biped walking, servomotor, microcontroller, robot programming, motion capture Miniaturowy robot antropomorficzny: budowa i zastosowania W artykule przedstawiono prototyp miniaturowego robota antropomorficznego. Robot ten został zaprojektowany jako tania platforma sprzętowa do realizacji podstawowych ludzkich umiejętności: wydajny chód, utrzymanie równowagi, efektywne programowanie skomplikowanych sekwencji ruchu. Przedstawiono szczegółowy opis projektu mechaniki i elektroniki, podstawowych fragmentów oprogramowania oraz zaprezentowano niektóre z zastosowań robota. Prototyp został gruntownie przetestowany podczas startu w licznych zawodach i występach na żywo.

Słowa kluczowe: robot antropomorficzny, dwunożne chodzenie, serwomotor, mikrokontroler, programowanie robota, motion capture 294–299 Janusz Będkowski, PhD Eng Institute of Automatic Control and Robotics, Warsaw University of Technology, Poland Qualitative Spatio-Temporal Representation and Reasoning for robotic applications This paper discusses the methodology of Qualitative Spatio-Temporal Representation and Reasoning (QSTRR) for robotic applications. The goal is to develop reasoning mechanism that will allow modelling the environment and performing spatiotemporal decisions. A new approach is related to environment modelling based on robot’s perception, therefore new concepts (spatial entities) are obtained automatically, and then used in reasoning. This paper presents the results of the three experiments. Each experiment focuses on different robotic applications, such as mobile spatial assistive intelligence for spatial design, spatial design used for Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

105

Nauka

robotic arm integration with the environment and supervision of a teleoperated robot. Each of the experiments is considered as the proof of concept of the proposed methodology. Thus, it can be efficiently used for developing sophisticated robotic application where human-robot interaction and integration are considered as an important goal.

Opisane zostało środowisko operacyjne takiej głowicy, jakim są wody śródlądowe oraz proces powstawania informacji wizyjnej, w tym właśnie środowisku. Następnie wyjaśnione zostało pojęcie i cel fuzji obrazowej oraz proces projektowania głowicy, tj. dobór elementów optycznych i mechanicznych poparty wcześniejszymi badaniami w zadanych pasmach promieniowania.

Keywords: qualitative reasoning, mobile robot, industrial robot, semantic modeling

Słowa kluczowe: fuzja obrazowa, podwodny system wizyjny, wielodomowy system wizyjny, AUV

Jakościowa przestrzenno-czasowa reprezentacja oraz rozumowanie dla aplikacji robotycznych W artykule przedstawiono metodykę jakościowej przestrzenno-czasowej reprezentacji oraz rozumowania dla aplikacji robotycznych. Celem jest opracowanie mechanizmu podejmowania decyzji, które umożliwi także modelowanie środowiska oraz rozumowanie w sensie jakościowym. Nowym zagadnieniem badawczym jest budowanie modelu środowiska na bazie obserwacji robota mobilnego, przy czym nowe koncepty (podstawowe elementy przestrzenne) są generowane automatycznie. Przedstawiono trzy eksperymenty, każdy skojarzony z inną aplikacją robotyczną, między innymi mobilna przestrzenna inteligencja asystująca dla projektowania przestrzennego, projektowanie przestrzenne dla integracji robota przemysłowego z istniejącym środowiskiem pracy oraz nadzorowanie pracy robota zdalnie sterowanego. Każdy z tych eksperymentów dowodzi słuszności proponowanej metodyki. W związku z tym metodyka może znaleźć zastosowanie w projektowaniu zaawansowanych aplikacji robotycznych, gdzie interakcja oraz integracja człowiek-robot są zasadniczym zagadnieniem funkcjonalnym oraz użytkowym.

304–308

Słowa kluczowe: rozumowanie jakościowe, robot mobilny, robot przemysłowy, modelowanie semantyczne 300–303 Wojciech Biegański, MSc Eng; prof. Andrzej Kasiński, DSc, PhD Eng Institute of Control and Information Engineering, Poznań University of Technology, Poland Initial tests of a trinocular vision system for the underwater exploration This paper describes the basic idea of operation and assumptions of the Trinocular Vision System (TVS) designed to support the underwater exploration with the use of the autonomous vehicle. The paper characterizes the optical proper-ties of the inland water environment, and the process of the image formation in that environment. The paper presents the aim of the image fusion and also the design process of a multimodal vision system, i.e. the selection of its components confirmed by prior research in the context of underwater operation.

Bartosz Brzozowski, MSc; Przemysław Kordowski, Eng; Zdzisław Rochala, PhD; Konrad Wojtowicz, Lt MSc Faculty of Mechatronics and Aerospace, Military University of Technology, Warsaw, Poland Project of a miniature 3D LIDAR for VTOL UAVs An avionics module, based on a commercially available LIDAR, which perform scans in a single plane, was developed. The module enables to obtain three dimensional point map of the area around aircraft. Spherical coordinates of each point are forwarded to the main avionics computer, where final computations are done accordingly to the implemented algorithm. Received data can be used to determine areas dangerous for flight, specify flight trajectory that avoid obstacles or just for visualization of the aircraft surroundings.

In this article designed structure of the module was presented as well as developed operational algorithm. Finally, obtained measurement results were discussed and usage constraints consequential to a specific structure of the module were presented.

Keywords: LIDAR, UAV, avionics module, anti-collision system

Projekt miniaturowego, trójwymiarowego laserowego skanera przestrzeni dla BSP pionowego startu i lądowania Wykorzystując komercyjny, laserowy skaner wykonujący pomiary w jednej płaszczyźnie, opracowano moduł awioniczny umożliwiający uzyskanie trójwymiarowej chmury punktów obrazujących przestrzeń wokół statku powietrznego. Współrzędne sferyczne każdego z tych punktów przekazywane są do komputera pokładowego systemu awionicznego. W zależności od zaimplementowanego w nim algorytmu, odebrane dane mogą służyć do określenia obszarów niebezpiecznych dla lotu, wyznaczenia trajektorii lotu z ominięciem przeszkód lub wizualizacji otoczenia statku powietrznego. W artykule przedstawiono zastosowaną konstrukcję modułu awionicznego i opracowany algorytm pracy urządzenia, omówiono otrzymane wyniki oraz przedstawiono ograniczenia możliwości zastosowania modułu wynikające ze specyfiki zaproponowanego rozwiązania.

Słowa kluczowe: laserowy skaner przestrzeni, BSP, moduł awioniczny, system antykolizyjny

Keywords: image fusion, underwater vision system, multimodal vision system, AUV

309–312

Wstępne badania trójokularowej głowicy wizyjnej do prac podwodnych Artykuł przedstawia podstawowe założenia odnośnie działania trójokularowej głowicy wizyjnej (TVS) zaprojektowanej i wykonanej do rejestracji obrazów w wodach śródlądowych przy wykorzystaniu autonomicznego pojazdu podwodnego.

Prof. Aleksander Olejnik, PhD, DSc*; Robert Rogólski, PhD*; Tomasz Mosiej, Eng*; Grzegorz Chmaj, PhD** *Department of Mechatronics and Aeronautics, Institute of Aviation Technology, WAT Military University of Technology, Poland **AGH University of Science and Technology, Department of Robotics and Mechatronics, Poland

106

MP2128g autopilot integration and verification for stabilization and control of mini-UAV aircraft in autonomous flight The article describes the MP2128g autopilot integration issues regarding light small UAV aircraft. The paper contains shortened autopilot capabilities and installation description in reference to stabilization and autonomous flight accomplishment. In addition to air segment, also ground control station software description is included. The article contains feedback loop adjustment process for several phases of flight. As the study result can be found report of the conducted autonomous flight over preprogrammed route.

The study confirms possibility of use of tested avionic equipment for reconnaissance with application of mini-UAV. Keywords: UAV, autopilot, flight control system

Integracja i testy autopilota MP2128g w zastosowaniu do stabilizacji i sterowania mini-BSP w locie autonomicznym Artykuł przedstawia problematykę integracji autopilota MP2128g na pokładzie bezpilotowego statku powietrznego klasy mini. W rozważaniach zawarto skrócony opis możliwości i sposób montażu autopilota na potrzeby stabilizacji i wykonywania lotów autonomicznych. Oprócz segmentu powietrznego, zaprezentowano również możliwości dedykowanego oprogramowania służącego do zdalnej kontroli mini-BSP w trakcie realizacji misji. Opisano sposób strojenia pętli sterowania automatycznego w poszczególnych fazach lotu mini-samolotu. Wynikiem rozważań jest opis wykonanego w końcowej fazie badań autonomicznego lotu po wyznaczonej trasie. Przeprowadzony program badań potwierdza możliwość zastosowania opisywanego wyposażenia awionicznego na potrzeby obserwacyjnych bezpilotowych statków powietrznych.

Słowa kluczowe: BSP (bezzałogowy statek powietrzny), autopilot, system sterowania lotem

Słowa kluczowe: chaos, układ niecałkowitego rzędu, układ Ikedy, opóźnienie 321–326 Full Prof. Mikołaj Busłowicz, PhD Eng Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland Stability of fractional discrete-time linear scalar systems with one delay In the paper the problems of practical stability and asymptotic stability of fractional discrete-time linear scalar systems with one constant delay are addressed. Standard and positive systems are considered. New conditions for practical stability and for asymptotic stability are established.

Keywords: linear system, discrete-time, scalar, fractional, delay, stability Stabilność dyskretnych skalarnych układów liniowych niecałkowitego rzędu z jednym opóźnieniem Rozpatrzono problem stabilności liniowych skalarnych układów dyskretnych niecałkowitego rzędu z jednym opóźnieniem zmiennych stanu. Wykorzystując metodę podziału D, podano graficzne warunki konieczne i wystarczające praktycznej stabilności.

Bazując na tych warunkach, sformułowano proste analityczne warunki wystarczające stabilności praktycznej oraz stabilności asymptotycznej. W przypadku układów dodatnich podano proste analityczne warunki konieczne i wystarczające stabilności praktycznej oraz stabilności asymptotycznej.

Słowa kluczowe: układ liniowy, dyskretny, niecałkowitego rzędu, opóźnienie, stabilność

skalarny,

327–332

313–320 Full Prof. Mikołaj Busłowicz, PhD Eng*; Adam Makarewicz, MSc Eng** *Białystok University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, Poland **Doctoral Study, Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland Analysis of chaotic dynamics of the Ikeda system of fractional order The paper considers the Ikeda chaotic system of fractional order.

Using numerical simulations effects of fractional order, delay and parameters on chaotic behaviour of the system is investigated.

Simulations are performed using Ninteger Fractional Control Toolbox for MATLAB Keywords: chaos, fractional system, Ikeda system, time-delay Analiza chaotycznej dynamiki układu Ikedy niecałkowitego rzędu Rozpatrzono chaotyczny układ Ikedy niecałkowitego rzędu.

Stosując badania symulacyjne zbadano wpływ wartości niecałkowitego rzędu, opóźnienia oraz parametrów układu na możliwość występowania drgań chaotycznych. Badania przeprowadzono w środowisku systemu MATLAB/Simulink wykorzystując Ninteger Fractional Control Toolbox for MATLAB.

Łukasz Sajewski, PhD Eng Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland Positive minimal realizations of continuous-discrete linear systems with transfer function with separable denominator or numerator The positive minimal realization problem for continuous-discrete linear single-input, single-output (SISO) systems is formulated.

Two special case of the continuous-discrete systems are analyzed.

Method based on the state variable diagram for finding positive minimal realizations of given proper transfer functions is proposed.

Sufficient conditions for the existence of positive minimal realizations of given proper transfer functions with separable numerator or transfer functions with separable denominator are established.

Two procedures for computation of positive minimal realizations are proposed and illustrated by numerical examples.

Keywords: continuous-discrete, minimal, positive, realization, existence, computation Wyznaczanie dodatnich realizacji minimalnych układów ciągło-dyskretnych o transmitancji z separowanym licznikiem lub mianownikiem Sformułowany został problem wyznaczania dodatniej realizacji minimalnej dla klasy liniowych układów ciągło-dyskretnych. PrzePomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

107

Nauka

analizowane zostały dwa przypadki szczególne układów ciągłodyskretnych. Zaproponowana została metoda, bazująca na schemacie zmiennych stanu, wyznaczania dodatniej realizacji minimalnej na podstawie znanej transmitancji operatorowej układu.

Określono warunki wystarczające istnienia dodatniej realizacji minimalnej dla transmitancji operatorowej z separowanym licznikiem lub mianownikiem. Podano dwie procedury wyznaczania dodatniej realizacji minimalnej, których efektywność zobrazowano przykładami numerycznymi.

Słowa kluczowe: ciągło-dyskretny, dodatni, minimalna, realizacja, wyznaczanie 333–339 Andrzej Ruszewski, PhD Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland Stability conditions of fractional discrete-time scalar systems with pure delay In the paper the problem of stability of fractional discrete-time linear scalar systems with state space pure delay is considered.

Using the classical D-decomposition method, the necessary and sufficient condition for practical stability as well as the sufficient condition for asymptotic stability are given.

Keywords: asymptotic stability, practical stability, fractional order, discrete-time linear system Warunki stabilności skalarnych układów dyskretnych niecałkowitego rzędu z czystym opóźnieniem W pracy rozpatrzono problem stabilności liniowych skalarnych układów dyskretnych niecałkowitego rzędu z czystym opóźnieniem zmiennych stanu. Wykorzystując metodę podziału D podano warunek konieczny i wystarczający praktycznej stabilności oraz warunek wystarczający stabilności asymptotycznej.

Słowa kluczowe: stabilność asymptotyczna, stabilność praktyczna, niecałkowity rząd, liniowy układ dyskretny

340–344 dr inż. Mirosław Gajer AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Informatyki Stosowanej Optymalizacja systemów elektroenergetycznych z zastosowaniem obliczeń ewolucyjnych Tematyka artykułu dotyczy zagadnień związanych z optymalizacją pracy urządzeń wchodzących w skład systemu elektroenergetycznego. W artykule optymalizacja sposobu pracy urządzeń systemu elektroenergetycznego została potraktowana jako optymalizacja wielokryterialna. Głównymi kryteriami branymi pod uwagę podczas poszukiwania rozwiązania są przede wszystkim koszt produkcji energii elektrycznej w rozpatrywanym horyzoncie czasowym oraz całkowita moc termicznych strat przesyłowych powstających w liniach wysokich napięć. Ponadto moc w systemie elektroenergetycznym powinna być zbilansowana, co stanowi kolejne kryterium oceny jakości uzyskiwanych rozwiązań. W celu

108

rozwiązania rozpatrywanego w artykule zagadnienia optymalizacyjnego zaproponowano wykorzystanie techniki obliczeń ewolucyjnych.

Słowa kluczowe: systemy elektroenergetyczne, optymalizacja wielokryterialna, obliczenia ewolucyjne Optimization of electrical energetic systems with the use of evolutionary computations The topic of the paper is about the optimization of the mode of work of electrical energetic systems. This kind of optimization is considered as multi-objective optimization. The main criteria that are taken under account are the amount of fuel burnt in energetic blocks in the time unit and total thermal losses in power transmission lines. In the paper in order to solve such multi-objective optimization problem the computational technique base on the use of evolutionary algorithms was implemented.

Keywords: electrical energetic systems, multi-objective optimization, evolutionary computations 345–350 mgr inż. Amadeusz Nowak, mgr inż. Roman Regulski Zakład Urządzeń Mechatronicznych, Politechnika Poznańska Sterowanie parkowaniem pojazdu z wykorzystaniem logiki rozmytej Artykuł dotyczy problemu automatycznego parkowania pojazdu oraz sterowania wykorzystującego zasady logiki rozmytej. Przedstawiono istotę zagadnienia i zastosowane uproszczenia. Opracowano model symulacyjny w programie MATLAB/Simulink i wizualizację procesu, pozwalające na przeprowadzenie eksperymentów dotyczących parkowania i sterowania rozmytego. Baza reguł sterownika logiki rozmytej została wygenerowana automatycznie na podstawie danych numerycznych w oparciu o algorytm Wang+. Przeprowadzono dodatkowe eksperymenty badające wpływ zmian w strukturze sterownika na jakość parkowania.

Na podstawie tego sterownika zaprojektowano stanowisko laboratoryjne, wykorzystując zestaw LEGO Mindstorms.

Słowa kluczowe: logika rozmyta, parkowanie, MATLAB, Simulink, LEGO Mindstorms

Vehicle parking control with fuzzy logic The article concerns the automatic parking of a vehicle problem and control that uses fuzzy logic rules. It presents the essence of the issue and used simplifications. The simulation in MATLAB/ Simulink program and visualization of the process were elaborated, allowing to execute experiments concerning parking and fuzzy control. Rule base of the fuzzy logic controller was automatically generated with numerical data, based on the Wang+ algorithm. Additional experiments were made to check influence of changing controller structure on parking quality. It is designed educational exercise, based on the controller and LEGO Mindstorms set.

Keywords: fuzzy logic, parking, MATLAB, Simulink, LEGO Mindstorms 351–358

Tadeusz Kaczorek, PhD Eng, DSc Faculty of Electrical Engineering, Bialystok University of Technology, Poland Approximation of positive stable continuous-time linear systems by positive stable discrete-time systems The positive asymptotically stable continuous-time linear systems are approximated by positive asymptotically stable discretetime linear systems by the use of Pade type approximation. It is shown that the approximation preserves the positivity and asymptotic stability of the systems. The stabilization problem of positive unstable continuous-time and corresponding discrete-time linear systems by state-feedbacks is also addressed.

Keywords: approximation, continuous-time, discrete-time, linear positive system, stability Aproksymacja dodatnich stabilnych ciągłych układów liniowych przez dodatnie stabilne układy dyskretne Dodatnie układy stabilne ciągłe są aproksymowane za pomocą liniowej aproksymacji Pade dodatnimi, stabilnymi układami dyskretnymi. Wykazano, że aproksymacja ta zachowuje dodatniość i stabilność asymptotyczną. Rozważania ogólne zostały zilustrowane przykładem numerycznym.

Słowa kluczowe: aproksymacja, układ ciągły, dyskretny, dodatni, stabilny 359–364 Wojciech Trzasko, PhD Eng Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland Reachability and controllability of positive fractional-order discrete-time systems In the paper the positive linear discrete-time noncommensurate fractional-order systems described by the state equations are considered. Definition and necessary and sufficient conditions for the positivity, reachability and controllability to zero are given and proven. The considerations are illustrated by a numerical example.

Keywords: non-commensurate fractional-order, positive, discretetime systems, reachability, controllability Osiągalność i sterowalność dodatnich układów dyskretnych niecałkowitego rzędu W pracy rozpatrzono liniowe stacjonarne dodatnie układy dyskretne niecałkowitego niewspółmiernego rzędu. Sformułowano definicje oraz podano warunki konieczne i wystarczające dodatniości, osiągalności i sterowalności układów dyskretnych niewspółmiernego rzeczywistego rzędu oraz współmiernego niecałkowitego rzędu.

Rozważania zilustrowano przykładem numerycznym.

Słowa kluczowe: niecałkowity niewspółmierny rząd, układ dyskretny, standardowy, dodatni, osiągalność, sterowalność 365–370 Rafał Kociszewski, PhD Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland Observability of linear discrete-time systems with different fractional orders

In the paper the observability problem for the linear discrete-time positive systems with different fractional orders is presented.

Necessary and sufficient conditions for observability of this class of dynamical systems are given. A method for computing the initial state is proposed. Considerations are illustrated by theoretical example. Numerical calculations have been performed in the MATLAB program environment.

Keywords: fractional, positive, discrete-time, system, observability Obserwowalność liniowych układów dyskretnych różnych niecałkowitych rzędów W pracy rozpatrzono problem obserwowalności układów dyskretnych dodatnich przy różnych niecałkowitych rzędach w równaniu stanu. Podano warunki konieczne i wystarczające obserwowalności rozpatrywanej klasy układów dynamicznych. Zaproponowano prostą metodę wyznaczania nieujemnego stanu początkowego takiego układu. Rozważania zilustrowano przykładem teoretycznym, zaś niezbędne obliczenia wykonano w środowisku programowym MATLAB. Słowa kluczowe: rząd niecałkowity, układ, dodatni, dyskretny, obserwowalność 371–375 Rafał Kociszewski, PhD Faculty of Electrical Engineering, Białystok University of Technology, Poland Observer synthesis for linear discrete-time systems with different fractional orders The paper is devoted to observer synthesis for linear discrete-time positive fractional systems with different fractional orders. The problem of finding a nonnegative gain matrix of the observer such that the observer is positive and asymptotically stable is formulated and solved by the use of linear programming (LP) and linear matrix inequality (LMI) methods. The proposed approach to the observer synthesis is illustrated by theoretical example. Numerical calculations and simulations have been performed in the MATLAB/Simulink program environment.

Keywords: fractional, positive, discrete-time, system, observer, linear programming, linear matrix inequality Synteza obserwatora układów dyskretnych o różnych niecałkowitych rzędach W pracy rozpatrzono problem syntezy obserwatorów dla dodatnich układów dyskretnych różnych niecałkowitych rzędów w równaniu stanu. Wykorzystując podejście oparte na typowym zadaniu programowania liniowego (LP) oraz zadaniu sformułowanym w ramach liniowych nierówności macierzowych (LMI) pokazano, że jest możliwe uzyskanie dodatniego asymptotycznie stabilnego obserwatora. Są to warunki dostateczne, alternatywne w stosunku do podanych w [5, 18] dla układów niedodatnich. Zaprojektowany obserwator poprawnie estymuje (odtwarza) zmienne stanu przyjętego do rozważań dyskretnego układu niecałkowitego rzędu. Wyniki obliczeniowe uzyskano w środowisku programowym MATLAB z wykorzystaniem biblioteki Optimization oraz pakietów SeDuMi i YALMIP. Rezultaty symulacyjne uzyskano przy wykorzystaniu dodatkowej biblioteki Fractional States Space Toolkit.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

109

Nauka

Słowa kluczowe: rząd niecałkowity, układ, dodatni, dyskretny, obserwator, programowanie liniowe, liniowa nierówność macierzowa 376–381 dr inż. Mariusz Piotr Hetmańczyk Instytut Automatyzacji Procesów Technologicznych i Zintegrowanych Systemów Wytwarzania, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska Predykcyjnie ukierunkowane wektory diagnostyczne Artykuł zawiera propozycję sformalizowanego zapisu bieżących stanów wybranych parametrów procesu, w formie predykcyjnie ukierunkowanych wektorów diagnostycznych (PUWD). Przedstawiono także analizę oraz wymagania dotyczące zapisu opisywanych wektorów, ze szczególnym uwzględnieniem charakteru współpracy złożonych zespołów maszyn, ukierunkowanego na możliwość odtworzenia struktury zależności (fizycznych oraz informatycznych) pomiędzy poszczególnymi elementami analizowanego systemu. W wektorach zawarto opis ilościowy oraz jakościowy analizowanych podsystemów rozważanego środka technicznego. Formę oraz zawartość danych diagnostycznych (stanowiących podstawę do predykcji) przedstawiono na przykładzie środowiska rozproszonych napędów przemysłowych, stanowiących element wcześniejszych publikacji autora [1–3].

Słowa kluczowe: diagnostyka, monitorowanie, predykcja stanów, systemy rozproszone, wektory diagnostyczne The prediction oriented diagnostic vectors The paper contains a proposal for a formalized notation of the current states of selected process parameters, in the form of the prediction oriented diagnostic vectors (PUWD). The author presents also an analysis and the recording requirements in case of described vectors, with particular emphasis on the nature of the co-operation of complex assemblies of machines, focusing on the ability to trace the structure of the dependencies (physical and informational) between elements. The vector contains a description of the quantitative and qualitative consideration of the analyzed subsystems of technical agents. The form and contents of diagnostic data (as a basis for prediction goals) is shown on the example of an industrial distributed drives environment.

Keywords: diagnosis, monitoring, states prediction, distributed systems, diagnostic vectors 382–385 dr inż. Mariusz Piotr Hetmańczyk Instytut Automatyzacji Procesów Technologicznych i Zintegrowanych Systemów Wytwarzania, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska Zastosowanie metodologii FMECA do budowy struktur systemów mechatronicznych, zorientowanych na predykcję stanów Artykuł przedstawia ocenę wykorzystania metodologii FMECA do analizy pracy rozproszonych systemów przemysłowych, w których występuje możliwość zdefiniowania jednorodnej struktury zależności między bieżącymi stanami a wywoływanymi przez nie skut-

110

kami. Opisywany sposób zastosowania metodologii FMECA, w przypadku przedstawionych kryteriów, odbiega od tradycyjnego ujęcia metody. Pozwala jednak na zbudowanie modelu prognostycznego, bazującego na wiedzy eksperckiej w odniesieniu do opracowanych już aplikacji. Ponadto proponowana koncepcja stanowi spójny element z prezentowanym przez autora Komputerowym Systemem Sterowania i Diagnostyki Napędów Rozproszonych [1–3], który stanowi podbudowę do opracowania opisywanej koncepcji.

Słowa kluczowe: diagnostyka, monitorowanie, predykcja stanów, systemy rozproszone, metodologia FMECA An application of the FMECA methodology to build of structures of mechatronic systems oriented on states prediction The paper presents an evaluation of the FMECA methodology used to analysis of a course of the work of distributed industrial systems, where exist the possibility of a definition of a uniform structure of relationships between the current states, and effects caused by them. Described manner of utilization of the FMECA methodology, in case of selected criterions, differs from the traditional consideration of the method. It allows, however, to evaluation of a predictive model, based on expert knowledge in relation to the already developed applications. In addition, the proposed approach is element consistent with presented by the author Computer Control and Diagnostics System of Distributed Drives, which is the foundation for the development of the described method.

Keywords: diagnosis, monitoring, states prediction, distributed systems, FMECA methodology 386–389 dr inż. Tomasz Winiarski, Konrad Banachowicz Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Warszawska

Politechnika

System akwizycji skorygowanej siły uogólnionej kontaktu robota manipulacyjnego z otoczeniem W artykule zaprezentowano system akwizycji skorygowanej siły uogólnionej kontaktu narzędzia manipulatora z otoczeniem oparty o nadgarstkowy czujnik sił i momentów sił oraz dodatkową jednostkę inercyjną. Opracowany system z jednej strony eliminuje w znacznym stopniu błędy związane z wpływem ciężaru narzędzia, siły grawitacji a nawet sił bezwładności, z drugiej przeznaczony jest do współpracy z tanimi i sprawdzonym manipulatorami przemysłowymi, czyniąc je platformami badawczymi robotyki usługowej.

Słowa kluczowe: robot, manipulator, siła uogólniona, jednostka inercyjna The acquisition system of general force of contact between robotic manipulator and the environment The article considers an acquisition system of general force measured between manipulator’s end-effector and the environment using six axis force transducer mounted in manipulator wrist and additional inertial measurement unit. The proposed solution significantly improves the initial force measurement by reducing the influence of tool weight, gravitational force and inertial force. It can be used to develop a cheap industrial robot to a service robot test platform.

Keywords: robot, manipulator, inertial measurement unit, general force 390–394

This paper presents universal laboratory model of separated grid powered by IGBT converter. Constructed laboratory setup allows free shaping of phases voltage waveforms, dynamic grid and load reconfiguration also short-circuits, faults and errors modeling.

Tomasz Bojko, PhD Eng; Maciej Grzanka, Eng; Wojciech Rejmer, MSc Eng TB-Automation, Kraków

Keywords: separate grid, modeling, fault, converters

A novel type of piezoactuated micropositioning system – simulation and experimental tests A study of the novel type of piezoelectric actuated micropositioning system for pick-and-place type applications is reported. The objective of this work is to present mechanical design of micropositioning system, simulation test of main mechanical parts and to verify simulation test by real experiment. It also mentions the study of selected aspects of actuation system based on flexible joints and piezostack actuators, FEA simulations of flexible joints, connections and interactions between mechanical parts, and modular design of micropositioning system is also mentioned. Finally experimental results of individual mechanical modules are reported.

mgr inż. Piotr Kardasz Wydział Elektryczny, Politechnika Białostocka

401–406

Keywords: micropositioner, piezoactuator, flexures, positioning system, FEA simulations Nowy typ piezoelektrycznie napędzanego systemu mikropozycjonującego – badania symulacyjne i eksperymentalne W artykule zaprezentowano nowy typ piezoelektrycznie napędzanego urządzenia mikropozycjonującego do zastosowania w operacjach typu pobierz-odłóż (pick-and-place). Celem artykułu jest zaprezentowanie konstrukcji mechanicznej, przedstawienie badań symulacyjnych głównych elementów składowych, a także weryfikacja testów symulacyjnych przez eksperyment. Przedstawione zostały także wybrane aspekty układu napędowego, pracującego w oparciu o napęd piezoelektryczny i elastyczne przeguby złączowe typu flexures, a także wybrane aspekty związane z modelowaniem przy pomocy metody elementów skończonych MES, współpracy pomiędzy elementami mechanicznymi, oraz budowa modułowa urządzenia. W podsumowaniu przedstawiono wyniki testów eksperymentalnych wykonanego prototypu.

Rekonstrukcja zaszumionego sygnału sinusoidalnego na podstawie niewielkiej liczby próbek za pomocą algorytmu ewolucyjnego Artykuł przedstawia przykład wykorzystania algorytmu ewolucyjnego w celu rekonstrukcji zakłóconego szumem białym sygnału sinusoidalnego na podstawie niewielkiej liczby losowo pobranych próbek tego sygnału. Wyniki eksperymentu pokazują, że proponowany algorytm ewolucyjny jest w stanie zidentyfikować z dużą dokładnością parametry badanego sygnału nawet przy dużej mocy zakłócającego szumu (SNR = 0 dB) Zbadane zostało również zachowanie się proponowanego algorytmu, jego zbieżność i dokładność otrzymanych wyników w zależności od parametrów rekonstruowanego sygnału. Zarysowane zostały również kierunki dalszych badań.

Słowa kluczowe: algorytm ewolucyjny, rekonstrukcja sygnału Reconstruction of noisy sinusoidal signal based on limited number of samples using an evolutionary algorithm The paper presents an experiment involving the use of an evolutionary algorithm to reconstruct the sine wave signal with white noise added based on limited number of its random samples.

The experimental results show that such an algorithm is able to identify the test signal with a high accuracy even when the noise level is high (SNR = 0 dB). The behavior of the algorithm used is examined, the convergence and accuracy of results are tested, depending on the parameters of the reconstructed signal. The directions for further research are outlined.

Keywords: evolutionary algorithm, signal reconstruction

Słowa kluczowe: mikropozycjoner, napęd piezoelektryczny, elastyczne przeguby złączowe, system pozycjonowania, symulacje MES 395–400 dr inż. Tomasz Bakoń Zakład Gospodarki Energetycznej, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego Modelowanie sieci wydzielonych z możliwością kształtowania przebiegów napięć fazowych i stanów awaryjnych W artykule przedstawiono uniwersalny model laboratoryjny sieci wydzielonej zasilanej za pomocą przekształtnika tranzystorowego. Stanowisko to umożliwia dowolne kształtowanie przebiegów napięć fazowych, dynamiczne zmiany konfiguracji sieci i odbiorników oraz modelowanie stanów awaryjnych.

Słowa kluczowe: sieć wydzielona, modelowanie, zwarcie, przekształtniki Modeling of separate grids with possibility of phase voltage waveforms and faults shaping

407–412 Roman Trochimczuk, PhD Eng Faculty of Mechanical Engineering, Bialystok University of Technology, Poland Mechatronic modeling of telemanipulator system for minimally invasive surgery This work proposes a mechatronic model of surgical robot which allows the analysis of relations and flows (of the mass, energy and information) between components as well as specification of their hierarchy in the system. The processing of information and its transmission in the system basis in regard to mechatronic surgical telemanipulator will be also discussed.

Keywords: mechatronic modeling, telemanipulator, robot surgery, minimally invasive surgery, transmission of information Mechatroniczne modelowanie systemu telemanipulatora chirurgicznego dedykowanego do operacji małoinwazyjnych W pracy zaproponowano model mechatroniczny robota chirurPomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

111

Nauka

gicznego pozwalający na analizę relacji i przepływów (masy, energii i informacji) pomiędzy komponentami oraz określający ich hierarchię w systemie. Omówiono również przetwarzanie informacji oraz jej transmisję w ujęciu systemowym w odniesieniu do mechatronicznego telemanipulatora chirurgicznego.

transformatorowych oraz wykazano, że hamulce, których magnetowody wykonane są z blach, mają mniejszą histerezę.

Słowa kluczowe: modelowanie mechatroniczne, telemanipulator, chirurgia robotyczna, chirurgia małoinwazyjna, transmisja informacji

Reduction of hysteresis loop in the magnetorheological brakes by an appropriate choice of magnetic circuit materials of construction In this article magnetorheological brakes undesirable properties associated with the phenomenon of magnetic hysteresis are described. Characteristics made from steel and transformer plates brakes are compared. On the end is shown that the brakes, which magnetic circuit from transformer plates is made less hysteresis have.

413–416 Prof. Waldemar Uździcki, PhD*; Remigiusz Aksentowicz, MSc*; Paweł Bachman, MSc*; Marcin Chciuk, MSc*; Jan Pavlovkin, PhD Eng** *University of Zielona Góra, Poland **University of Matej Bel, Banská Bystrica, Slovakia Improving the energy efficiency of pneumatic extraction systems by automating the process of air flow rate adjustment An important problem and a fundamental flaw associated with the operation of pneumatic extraction systems is their high energy consumption. One way to reduce energy consumption is to use a frequency converter to adjust the speed of the fan motor. This paper presents an automatic control system based on feedback from the flow velocity of air in the main pipe system. The solution effectively helps improve the energy efficiency, that is, reduces energy consumption.

Keywords: energy efficiency, pneumatic hood installation, feedback, air flow velocity Poprawa efektywności energetycznej pneumatycznej instalacji odciągowej poprzez automatyzację procesu regulacji prędkości przepływu powietrza Istotnym problemem i zasadniczą wadą związaną z eksploatacją pneumatycznych instalacji odciągowych jest ich duża energochłonność. Jednym ze sposobów zmniejszenia zużycia energii jest zastosowanie przetwornicy częstotliwości do regulacji prędkości obrotowej silnika wentylatora. W artykule zaprezentowano układ automatycznej regulacji w oparciu o sprzężenie zwrotne od prędkości przepływu powietrza w przewodzie głównym instalacji.

Zastosowane rozwiązanie skutecznie wpływa na poprawę efektywności energetycznej, czyli na zmniejszenie zużycia energii.

Słowa kluczowe: efektywność energetyczna, pneumatyczna instalacja odciągowa, sprzężenie zwrotne, prędkość przepływu powietrza 417–421 dr inż. Piotr Gawłowicz, mgr inż. Paweł Bachman, mgr Marcin Chciuk Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielonogórski Zmniejszenie pętli histerezy w hamulcu magnetoreologicznym poprzez odpowiedni dobór materiałów konstrukcyjnych magnetowodu W artykule opisano niepożądane właściwości hamulców magnetoreologicznych związane ze zjawiskiem histerezy magnetycznej.

Porównano charakterystyki hamulców wykonanych ze stali i blach

112

Słowa kluczowe: hamulce magnetoreologiczne, ciecz magnetoreologiczna, urządzenia dotykowe, histereza

Keywords: magnetorheological brakes, magnetorheological fluid, haptic device, hysteresis 422–425 Marcin Jamro, MSc; Bartosz Trybus, PhD Rzeszów University of Technology, Department of Informatics and Control, Poland Configurable Operator Interface for CPDev Environment The paper presents a graphical extension to the IEC 61131-3 CPDev programming environment. The extension called CPVis provides development tools and runtime components to create an operator interface for control software. CPVis editor is used to design display pages. Graphic objects are selected from libraries and represent visual controls on the display. The target operator panel runs CPVis graphics runtime to process the display configuration. Update of the display is done by reflecting changes of variable values processed by CPDev virtual machine.

Keywords: operator interface, HMI, control systems, visualization Konfigurowalny interfejs operatorski w środowisku CPDev W artykule przedstawiono rozszerzenie środowiska programistycznego CPDev o możliwość tworzenia graficznych interfejsów operatorskich. Rozszerzenie obejmuje narzędzia projektowe oraz oprogramowanie uruchomieniowe (runtime). Projektant interfejsu używa edytora CPVis do skomponowania ekranów wizualizacyjnych wybierając z bibliotek obiekty graficzne reprezentujące kontrolki.

Na docelowym urządzeniu HMI uruchamiany jest moduł CPVis runtime, którego zadaniem jest interpretowanie danych wizualizacyjnych. Odświeżenie obiektów na ekranie graficznym odbywa się na podstawie informacji z maszyny wirtualnej CPDev, która dostarcza aktualne wartości zmiennych.

Słowa kluczowe: panel operatorski, HMI, systemy sterowania, wizualizacja 426–431 dr hab. inż. Zbigniew Świder, prof. dr hab. inż. Leszek Trybus Katedra Informatyki i Automatyki, Politechnika Rzeszowska Rozszerzony algorytm PID dla przemysłowego regulatora temperatury z samostrojeniem Regulator PID z ważoną wielkością zadaną pozwala w pewnym zakresie zmniejszyć przeregulowanie na skokową zmianę wielkości zadanej, jednocześnie nie zmieniając odpowiedzi na zakłó-

cenie (sprowadzone na wejście obiektu). Uzyskuje się to poprzez wprowadzenie „wagi” b w różnicy b W–Y, co ogranicza wpływ wielkości zadanej w torze P regulatora (W oznacza wielkość zadaną, a Y wyjście obiektu). Zmniejszając wartość współczynnika b można ograniczyć lub też całkowicie wyeliminować przeregulowanie w odpowiedzi na skokową zmianę wielkości zadanej W. Jednak dla nastaw regulatora otrzymanych w wyniku samostrojenia przekaźnikowego przy typowym zapasie wzmocnienia i fazy, przeregulowanie występuje nawet dla b=0. W artykule przedstawiono propozycję rozszerzenia algorytmu PID z ważoną wielkością zadaną o filtr pozwalający całkowicie wyeliminować to przeregulowanie.

Słowa kluczowe: algorytm PID, samostrojenie przekaźnikowe, ważona wielkość zadana Extended PID algorithm for industrial temperature controller with self-tuning PID controller with set-point weighting allows to correct set-point response without affecting disturbance response. This is done by means of a factor b in the difference b W–Y which determines proportional action of the controller (W denotes set-point and Y, plant output). By decreasing b one can reduce or even eliminate overshoot of set-point response. It turns out however, that for relay tuning with typical gain and phase margins the overshoot may remain even for b=0. So the paper presents an extension to the set-point weighting approach to eliminate the overshoot completely.

Here, in addition to the original modification of proportional action, also the integral action is determined not by the error E but by the difference Wf -W, with Wf generated by a lead-lag filter.

Keywords: PID control, set-point weighting, relay self-tuning 432–435 inż. Sebastian Wójcicki, dr inż. Tomasz Rutkowski Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska Projekt i budowa uniwersalnego sterownika programowalnego Artykuł opisuje projekt i realizację niskobudżetowego ale zarazem funkcjonalnego i uniwersalnego kompaktowego sterownika programowalnego PLC (ang. Programmable Logic Controller) oraz dedykowanej aplikacji narzędziowej umożliwiającej jego elastyczne oprogramowanie. Przedstawiany sterownik bazuje na jednostce centralnej w postaci 32-bitowego mikrokontrolera ARM firmy STMicroelectronics oraz wyposażony jest w standardowe peryferia wykorzystywane w przemysłowych instalacjach technologicznych tj.: we/wy cyfrowe, we/wy analogowe czy interfejs enkodera. Do komunikacji sterownika z komputerem PC lub innymi urządzeniami przeznaczone są standardowe interfejsy: USB, RS-232 lub magistrala CAN (ang. Controller Area Network). Dedykowana sterownikowi aplikacja narzędziowa napisana została w języku C# i pracuje w środowisku Windows. Umożliwia ona między innymi: tworzenie programów sterujących w języku graficznym FBD (ang. Function Block Diagram), programowanie sterownika, prostą diagnostykę oraz podgląd zmiennych w trakcie pracy sterownika (tryb on-line).

W celu śledzenia wartości wybranych zmiennych można wykorzystać wbudowany wyświetlacz LCD a za pomocą dostępnych na obudowie przycisków wykonać np. „strojenie” wybranych parametrów wgranego do sterownika algorytmu sterującego.

Słowa kluczowe: PLC, mikrokontroler, przemysłowe systemy sterowania

Project and implementation of a universal programmable controller The paper describes project and implementation of a low-cost but functional and universal programmable logic controller PLC in compact case and dedicated utility application for that PLC, which allow user to its effective programming. The main central processing unit of presented controller is based on 32 bit ARM STMicroelectronics microcontroller. Presented PLC controller is equipped with standard peripherals, which are used in industrial technological installations: digital I/O, analog I/O, encoder interface. The controller may communicate with PC computers or other devices via USB and RS-232 interfaces and CAN bus. Presented in article utility application is developed in C# language for Windows platform. Utility application allow user to: develop control programs with graphical programming language FBD, controller programming, simple diagnosis and variables monitoring during running controller (on-line mode). In order to track the values of selected variables the built-in LCD display may be used by user. Additionally, using the buttons available on the controller case the user, for example, may perform “tuning” of the selected parameters of running control program.

Keywords: PLC, microcontroller, industrial control systems 436–442 Paweł Sokólski, MSc Eng SPZP CORRPOL, Gdańsk, Poland Idea of adaptive control implementation in anti-corrosion protection systems of underground steel structures The paper discusses the use of modern control methods such as adaptive regulator in anti-corrosion protection systems. Based on available market solutions in the field of cathodic protection, an “intelligent” control system, which increases protection effectiveness, while minimalizing the currents flowing in the system, is proposed.

Keywords: adaptive control, identification, microcontroller, anticorrosion protection Sterowanie adaptacyjne w ochronie przed korozją stalowych konstrukcji podziemnych W artykule przedstawiono propozycję zastosowania nowoczesnych metod sterowania, takich jak sterowanie adaptacyjne, w ochronie przed korozją. W oparciu o dostępne na rynku rozwiązania z zakresu ochrony katodowej zaproponowano system „inteligentnego” sterowania w celu zwiększenia skuteczności ochrony przy jednoczesnej minimalizacji płynących w układzie prądów dzięki dokładnej znajomości obiektu sterowania.

Słowa kluczowe: sterowanie adaptacyjne, identyfikacja, mikrokontroler, ochrona przed korozją 443–448 Paweł Sokólski, MSc Eng*; Tomasz Rutkowski, PhD Eng** *SPZP CORRPOL, Gdańsk, Poland **Gdańsk University of Technology, Poland Hybrid of neural networks and hidden Markov models as a modern approach to speech recognition systems Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

113

Nauka

The aim of this paper is to present a hybrid algorithm that combines the advantages of artificial neural networks and hidden Markov models in speech recognition for control purposes. The scope of the paper includes review of currently used solutions, description and analysis of implementation of selected artificial neural network (NN) structures and hidden Markov models (HMM). The main part of the paper consists of a description of development and implementation of a hybrid algorithm of speech recognition using NN and HMM and presentation of verification of correctness results.

Keywords: artificial neural networks, hidden Markov models, MFCC, speech recognition, control Hybryda sieci neuronowych i ukrytych modeli Markowa jako nowoczesne podejście do rozpoznawania mowy Celem artykułu jest przedstawienie algorytmów hybrydowych łączących zalety sztucznych sieci neuronowych i ukrytych modeli Markowa w zastosowaniach rozpoznawania mowy dla potrzeb sterowania. W zakres opracowania wchodzi przegląd stosowanych obecnie rozwiązań, opis i analiza implementacji wybranych struktur sieci neuronowych (NN) oraz ukrytych modeli Markowa (HMM).

Główną część artykułu stanowi opis opracowywania hybrydowego algorytmu rozpoznawania mowy wykorzystującego NN i HMM oraz prezentacja wyników weryfikacji poprawności działania.

Słowa kluczowe: sztuczne sieci neuronowe, ukryte modele Markowa, MFCC, sterowanie 449–455 prof. dr hab. inż. Andrzej Milecki*, mgr inż. Paweł Bachman** *Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania, Politechnika Poznańska **Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielonogórski Sterowanie admitancyjne i impedancyjne w układzie napęd elektrohydrauliczny – dżojstik haptic W artykule opisano możliwości sterowania napędem elektrohydraulicznym przy pomocy dżojstika „haptic” w układzie admitancyjnym i impedancyjnym. Przedstawiono wyniki badań wykonanych z wykorzystaniem nieliniowego modelu i rzeczywistego serwonapędu elektrohydraulicznego. Sprawdzono też, jak na proces sterowania wpływa wprowadzenie dodatkowego sprzężenia dotykowego. W tym celu przebadano układ w wersji bez sprzężenia dotykowego i ze sprzężeniem.

Słowa kluczowe: urządzenia dotykowe, serwonapędy elektrohydrauliczne, sterowanie admitancyjne i impedancyjne, ciecz magnetoreologiczna, haptic, modelowanie Admittance and impedance control in electrohydraulic drive with haptic joystick control system This paper describes the possibility of controlling the electrohydraulic drive by „haptic” joystick in the admitance and impedance system. The results of tests, performed using the non-linear model and a real electrohydraulic drive, are presented. Also examined, as the control process affected introduction of additional haptic touch. For this purpose, the system without feedback and with haptic feedback was tested.

Dominik Rybarczyk, MSc Eng*; Piotr Owczarek, MSc Eng*; Jarosław Gośliński, MSc Eng** *Faculty of Mechanical Engineering and Management, Poznań University of Technology, Poland **Faculty of Electrical Engineering, Poznań University of Technology, Poland Application of Hardware in the Loop technology for testing servo drives with synchronous motor The article describes the proportional valve with synchronous motor type PMSM used in electrohydraulic servo drive. System has been tested using the Hardware in the Loop technique. It means that most of the elements, in addition to the synchronous motor, were implemented on the PLC as a discrete model. The time characteristics of the servo drive were checked by a step-response method.

Keywords: electrohydraulic servo drives, synchronous motor, hardware in the loop Testowanie elektrohydraulicznego serwonapędu z silnikiem synchronicznym w systemie Hardware in the Loop Artykuł opisuje zawór proporcjonalny, w którym elementem zadającym jest silnik synchroniczny typu PMSM. Zawór steruje siłownikiem hydraulicznym. Układ przetestowano przy użyciu techniki Hardware in the Loop. W tym celu większość elementów, oprócz silnika synchronicznego zaimplementowano na sterowniku PLC jako model dyskretny. Podczas testów zebrano charakterystyki czasowe układu.

Słowa kluczowe: serwonapęd elektrohydrauliczny, serwozawór elektrohydrauliczny, silnik synchroniczny, hardware in the loop 461–466 mgr inż. Roman Regulski, mgr inż. Amadeusz Nowak Zakład Urządzeń Mechatronicznych, Politechnika Poznańska Zastosowania systemów rozpoznawania mowy do sterowania i komunikacji głosowej z urządzeniami mechatronicznymi Artykuł przedstawia przykłady wykorzystania systemów automatycznego rozpoznawania mowy do budowy głosowych interfejsów typu człowiek-maszyna. W artykule opisano sposób działania takich aplikacji pod kątem sterowania i komunikacji głosowej.

W następnej części przedstawiono koncepcję i budowę systemu rozpoznawania mowy do komunikacji z 32-bitowym modułowym sterownikiem pralki.

Słowa kluczowe: automatyczne rozpoznawanie mowy, sterowanie głosowe, interfejs człowiek-maszyna, sterownik pralki Applications of speech recognition systems to control and voice communication with mechatronic devices This paper presents examples of the use of automatic speech recognition systems to build human-machine voice interfaces.

Also this paper briefly describes how these applications can work.

The rest of the article shows the concept of usage speech recognition system based on own driver which cooperate with washing machine controller.

Keywords: haptic devices, electrohydraulic drives, admittance and impedance control, magnetorheological fluid, modeling

Keywords: automatic speech recognition, voice control, humanmachine interface, washing machine controller

456–460

467–474

114

Jarosław Gośliński, MSc Eng*; Piotr Owczarek, MSc Eng**; Dominik Rybarczyk, MSc Eng** *Faculty of Electrical Engineering, Poznań University of Technology, Poland, **Faculty of Mechanical Engineering and Management, Poznań University of Technology, Poland

the information about coordinates of shoulder, elbow and hand was used to compute of inverse kinematic in manipulator. In investigation the accuracy of control by human’s hand motion was tested. The aim of study was to find a new of control method without commonly used joysticks to create human-machine interface.

Absolute angle estimation by means of an IMU in a manipulator with electrohydraulic servodrives The problem of estimation of the manipulator’s arm angle using the inertial measurement unit (IMU) is discussed. This unit was attached to the arm allowing identification of the arm’s angle relatively to the global coordinate system. The manipulator was also equipped with two incremental encoders. Results of conducted experiments allowed to compare the pitch angle of the robot arm, estimated from the IMU and calculated from the encoder unit. In the study the influence of the IMU sensor position on the quality of estimates was verified. Parameters of the estimation algorithm have been also checked. Finally, the selected estimation algorithm was verified during the operation, where manipulator moved at various speeds and angles. Aim of this study was to test the angle estimation method using an IMU in the mechanical system with hydraulic drives.

Keywords: Kinect, electro-hydraulic manipulator , human-hand control, human posture recognition

Keywords: Kalman Filter, IMU, electrohydraulic manipulator, encoder Estymacja kąta odchylenia za pomocą jednostki IMU w manipulatorze z serwonapędami elektrohydraulicznymi W artykule poruszono problem estymacji kąta wychylenia ramienia manipulatora przy użyciu inercyjnej jednostki pomiarowej (IMU). Jednostka została zamocowana na ramieniu manipulatora umożliwiając określenie odchylenia tego ramienia względem globalnego układu współrzędnych. Robot został również wyposażony w dwa enkodery inkrementalne. Wyniki pozwoliły na porównanie estymaty kąta odchylenia ramienia robota obliczonej z jednostki IMU oraz enkodera. W pracy zweryfikowano wpływ położeniu czujnika IMU na jakość estymaty.

Sprawdzeniu poddane zostały również nastawy algorytmu estymującego kąt odchylenia. Ostatecznie zweryfikowano działanie wybranego algorytmu estymującego kąt przy różnorodnych wymuszeniach ruchu manipulatora. Celem pracy było sprawdzenie metod estymujących kąt przy użyciu IMU w układach z napędem hydraulicznym.

Słowa kluczowe: filtr Kalmana, inercyjna jednostka pomiarowa, manipulator elektrohydrauliczny, enkoder 475–480 Jarosław Gośliński, MSc Eng*; Piotr Owczarek, MSc Eng**; Dominik Rybarczyk, MSc Eng** *Faculty of Electrical Engineering, Poznań University of Technology, Poland **Faculty of Mechanical Engineering and Management, Poznań University of Technology, Poland The use of Kinect sensor to control manipulator with electrohydraulic servodrives The article describes the control of the 2-axis electrohydraulic manipulator by the human-hand motion. To recognition of skeleton points the Kinect sensor was used. In this application

Zastosowanie sensora Kinect do sterowania manipulatora z napędami elektrohydraulicznym Artykuł opisuje sterowanie 2-osiowym manipulatorem z napędami elektro-hydraulicznymi za pomocą ruchów ręki człowieka.

Do rozpoznawania punktów szkieletowych człowieka wykorzystany jest Kinect. W tej aplikacji informacje o współrzędnych barku, łokcia i ręki wykorzystywane były do wyliczenia kinematyki odwrotnej manipulatora. W badaniach testowano precyzję sterowania przez ruch ręki człowieka. Celem pracy było znalezienie nowej metody sterowania urządzeniami bez użycia powszechnie stosowanych joysticków, aby utworzyć interfejs komunikacji pomiędzy człowiekiem a maszyną.

Słowa kluczowe: Kinect, manipulator z napędami elektro hydraulicznymi, sterowanie ruchem ręki, rozpoznawanie postury człowieka 481–486 Agnieszka Pręgowska, MSc Eng; Robert Konowrocki, PhD Eng; prof. Tomasz Szolc, PhD Eng, DSc Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland Semi-active vibration control using a rotary magnetorheological damper – experimental verification From all kinds of vibrations, torsional ones are very important as naturally associated with fundamental rotational drive system motion. The aim of this paper is to present semiactive control of torsional vibrations of the working machine drive systems, which is performed using a rotary damper with the magnetorheological fluid. The main purpose of this research is minimization of vibration amplitudes in order to increase fatigue durability of the most responsible machine elements. The special control strategies are proposed for steady-state torsional vibrations suppression. The semi-active control method is based on a principle of on-line selection of optimum damping coefficient values, which is realized by application of the magnetorheological fluid. The analysis performed in the paper combines experimental verification using the laboratory test rig with theoretical computations. This experiment was designed in the form of the laboratory drive system co-operating with two asynchronous motors generating properly programmed driving and retarding electromagnetic torques.

Keywords: semi-active control, torsional vibrations, rotary dampers, magnetorheological fluid, electromechanical driver system Półaktywne sterowanie drganiami skrętnymi przy wykorzystaniu obrotowego tłumika z cieczą magnetoreologiczną – weryfikacja doświadczalna Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

115

Nauka

Drgania skrętne są jednym z najważniejszych rodzajów drgań, ponieważ są naturalnie związane z podstawowym ruchem roboczym wielu maszyn i urządzeń. Prezentowany artykuł jest poświęcony półaktywnemu sterowaniu drganiami skrętnymi napędu maszyny roboczej przy wykorzystaniu obrotowych tłumików z cieczą magnetoreologiczną o zmiennych właściwościach dyssypacyjnych. Głównym celem prezentowanych badań jest zmniejszenie poziomu amplitudy drgań skrętnych w celu zwiększenia trwałości zmęczeniowej najbardziej odpowiedzialnych elementów maszyny roboczej. Półaktywne sterowanie sprowadza się do wyznaczenia optymalnej wartości współczynnika tłumienia, który jest realizowany przy wykorzystaniu właściwości filmu z cieczy magnetoreologicznej. Teoretyczna koncepcja sterowania została doświadczalnie zweryfikowana za pomocą stanowiska doświadczalnego w postaci laboratoryjnego układu napędowego, na którym zmienne napędowe i oporowe momenty wymuszające są generowane odpowiednio przez silnik i hamownicę asynchroniczną.

Słowa kluczowe: półaktywne sterowanie, drgania skrętne, obrotowe tłumiki z cieczą magneto reologiczną 487–491 Krzysztof Falkowski, PhD Military University of Technology, Warsaw Loops with molecular current as a magnet model This paper presents a magnet model. It assumes surface molecular current in the active wall. The surface current is a result of order atoms in magnet. A mathematical model and finite element method analyzes of magnets are presented.

Keywords: magnet, passive magnetic bearing, active wall, molecular current Pętla z prądem molekularnym jako model magnesu W artykule zaprezentowano model magnesu. Model ten zakłada występowanie prądu molekularnego w aktywnych ścianach. Prąd powierzchniowy jest wynikiem uporządkowania atomów w materii.

W artykule przedstawiono model matematyczny i analizy metodą elementów skończonych.

Słowa kluczowe: magnes, pasywne łożysko magnetyczne, aktywna ściana, prąd molekularny 492–496 Krzysztof Falkowski, PhD Eng; Maciej Henzel, PhD Eng Military University of Technology, Warsaw, Poland

Lotniczy układ wykonawczy z silnikiem liniowym W artykule przedstawione zostały wyniki prac prowadzonych nad opracowaniem lotniczego układu wykonawczego z tubowym liniowym silnikiem elektrycznym. Model taki został zaprojektowany w Wojskowej Akademii Technicznej. Wyniki przeprowadzonych testów umożliwiły wyznaczenie parametrów do symulacji dynamicznych i weryfikacji konstrukcji tubowego silnika liniowego.

Słowa kluczowe: układ wykonawczy, silnik liniowy, magnes 597–502 Krzysztof Falkowski, PhD Eng; Maciej Henzel, PhD Eng Department of Mechatronics and Aerospace, Military University of Technology, Poland Determination of inductance matrixes of bearingless electric motor for magnetic levitation The paper deals with mathematical and experimental analysis of induction in bearingless electric motor. The motor are used magnetic levitation phenomenon to bearing of the rotor. In stator are implemented two winding groups. These are bearing and motor windings. In the paper are presented the mathematical model of windings and the experimental results of induction parameter measurements.

Keywords: bearingless motor, magnetic levitation, induction Wyznaczanie parametrów macierzy indukcyjności bezłożyskowego silnika elektrycznego Prowadzone obecnie w WAT prace badawcze stanowią odpowiedź na rozwój technologii More Electric Aircraft. W artykule przedstawiono wyniki analizy matematycznej macierzy indukcyjności dla bezłożyskowych silników dwu i trójfazowych. Uzyskane podczas tej analizy wyniki zostały zweryfikowane podczas badań laboratoryjnych. W tym celu dokonano pomiarów elektrycznych statorów obu silników oraz parametrów indukcyjności w funkcji szczeliny powietrznej.

Słowa kluczowe: silnik bezłożyskowy, lewitacja magnetyczna 503–507 Krzysztof Falkowski, PhD Eng; Maciej Henzel, PhD Eng; Paulina Mazurek, MSc Eng Department of Mechatronics and Aerospace, Military University of Technology, Poland

Nacelle actuation system with linear electric motor This paper presents the results of research work on the construction of nacelle actuator with linear tubular electrical motor. The laboratory model was designed at the Military University of Technology. It was verified by finite element method. The test provided information for dynamic simulation and it can be used to verification of linear tubular motor construction.

Mathematical analysis of tubular linear motor The paper deals with mathematical analysis of linear electric motor. There are characterized modern trends in aviation, especially in aircraft actuator field. There are also described operation principles of linear motor and transformation from cylindrical rotary motor to tubular linear motor. There are presented motion equation of linear motor and formula derivation of mutual inductances matrix. In three phase power supply mutual inductances are depend on slider linear movement.

Keywords: actuator, linear motor, magnets

Keywords: actuator, linear electric motor, More Electric Aircraft

116

Analiza matematyczna tubowego liniowego silnika elektrycznego W artykule przedstawiono analizę matematyczną liniowego silnika elektrycznego. Scharakteryzowano tutaj nowe trendy rozwoju lotniczych układów wykonawczych. Opisano również zasadę działania silnika liniowego. W artykule zaprezentowano równania ruchu silnika liniowego oraz wyprowadzenie macierzy indukcyjności własnych jego uzwojeń. W przypadku zasilania prądem trójfazowym indukcyjności wzajemne zależą od ruchu biegnika, dlatego przedstawiona analiza jest istotna.

Słowa kluczowe: lotniczy układ wykonawczy, liniowy silnik elektryczny, More Electric Aircraft 508–512 prof. Roman Szewczyk, DSc, PhD Eng*; prof. Adam Bieńkowski, DSc, PhD Eng*; Jacek Salach, PhD Eng*; Dorota Jackiewicz, MSc Eng*; Dipl. Eng Peter Švec Sr, DSc**; Jozef Hasko, Eng**; Dipl. Eng. Peter Švec, PhD**; Marcin Kamiński, MSc Eng***; Wojciech Winiarski, MSc Eng*** *Institute of Metrology and Biomedical Engineering, Warsaw University of Technology, **Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences, ***Industrial Research Institute for Automation and Measurements PIAP Thermal annealing of soft magnetic materials and measurements of its magnetoelastic properties Paper presents both methods of the most advanced thermal annealing as well as available methods of testing the magnetoelastic properties of soft magnetic materials for technical applications. Selected features and conditions important for annealing of ring-shaped cores made of the magnetoelastic amorphous ribbons are described and an example of thermomagnetic processing is shown. Unified methodologies for testing of magnetoelastic properties of the frame-shaped and the ringshaped cores, for both compressive and tensile stresses are presented.

Keywords: soft magnetic materials, thermal annealing, magnetoelastic properties Wyżarzanie materiałów magnetycznie miękkich i metody badania ich właściwości magnetosprężystych W referacie przedstawiono zarówno nową metodę relaksacji termicznej w materiałach magnetycznie miękkich, jak i metody pomiaru charakterystyk magnetosprężystych w tych magnetykach. W referacie przedstawiono także wybrane wyniki pomiaru wpływu procesu relaksacji termicznej w obecności pola magnetycznego na charakterystyki magnesowania stopów amorficznych, jak również wyniki pomiaru charakterystyk magnetosprężystych. Należy podkreślić, że z wykorzystaniem przedstawionej w pracy metodyki możliwy jest pomiar charakterystyk magnetomechanicznych zarówno w zakresie naprężeń ściskających, jak i rozciągających.

Słowa kluczowe: materiały magnetycznie miękkie, wyżarzanie 513–518

dr inż. Dariusz Rzońca, dr inż. Andrzej Stec Katedra Informatyki i Automatyki, Politechnika Rzeszowska Prototyp bezpiecznego mikroserwera przemysłowego dla rozproszonego systemu kontrolno-pomiarowego Problem zabezpieczenia transmisji w rozproszonych systemach kontrolno-pomiarowych jest bardzo istotny. Ograniczone zasoby sprzętowe często wymuszają opracowanie dedykowanych rozwiązań. W artykule przedstawiono propozycję prototypowego mikroserwera, zapewniającego bezpieczną komunikację ze zdalną stacją operatorską.

Słowa kluczowe: bezpieczny serwer, bezpieczny transfer danych, system kontrolno-pomiarowy Prototype of secure Industrial microserver for distributed control and measurement system Security problems in distributed control and measurement systems are very important. Limited hardware resources often necessitate development of dedicated solutions. The paper describes a prototype microserver, providing secure communication with remote control station.

Keywords: secure server, secure data transfer, control and measurement system 519–524 dr inż. Waldemar Uździcki, prof. UZ, mgr inż. Marcin Chciuk, mgr inż. Paweł Bachman, mgr inż. Remigiusz Aksentowicz Wydział Mechaniczny, Uniwersytet Zielonogórski Budowa i przykładowe zastosowanie stanowiska pomiaru i rejestracji prądów i napięć w instalacjach trójfazowych W artykule opisane jest stanowisko do pomiarów i rejestracji podstawowych parametrów sieci trójfazowych. Opisano w nim budowę stanowiska pomiarowego a następnie zależności matematyczne dotyczące mierzonych sygnałów. W końcowej części artykułu przedstawiono wyniki przykładowych pomiarów.

Keywords: pomiary, rejestracja, napięcie, prąd, moc, sieć trójfazowa, siła skrawania Design and sample application stand of measurement and registration currents and voltages in three-phase mains This paper describes a stand to measure and record the basic parameters of the three-phase mains. Describes the construction of measuring stand and mathematical relations of the measured signals. Finally, the paper presents the results of the sample measurements.

Keywords: measurement, recording, voltage, current, power, threephase mains, cutting force 525–529 Prof. Bolesław Porankiewicz, PhD Eng, DSc*; Paweł Bachman, MSc Eng**; Marcin Chciuk, MSc Eng** *retired professor, **Faculty of Mechanical Engineering, University of Zielona Góra, Poland Measuring stand for research circular saws natural frequencies and vibration modes In the article issues associated with the measurement of saw based natural frequencies are presented. Then construction of measuring stand to observe circular saw’s Chladni figures is show.

Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

117

Nauka

The stand consists of: precise DDS signal generator, high-speed power amplifier, electromagnetic actuator, white powders and digital camera. With this stand it was possible to obtain Chladni figures for frequencies up to 5 kHz. The end of the article contains results of a sample measurement of used up circular saw.

Keywords: circular saw, saw based natural frequencies, vibration modes, Chladni figures Stanowisko do pomiaru częstotliwości i postaci drgań własnych pił tarczowych W artykule przedstawiono problematykę związaną z pomiarem częstotliwości rezonansowych pił tarczowych. Następnie opisano stanowisko pomiarowe do obserwacji figur Chladniego powstających na piłach tarczowych. Stanowisko to składa się z precyzyjnego generatora sygnału DDS, szybkiego wzmacniacza mocy, siłownika elektromagnetycznego, rozdrobnionego proszku i aparatu cyfrowego. Dzięki temu stanowisku można uzyskać obrazy Chladniego dla częstotliwości rezonansowych pił do 5 kHz. Końcowa część artykułu zawiera wyniki pomiaru częstotliwości rezonansowych oraz obrazy Chladniego dla zużytej piły tarczowej.

Keywords: piła tarczowa, częstotliwość drgań własnych, postacie drgań, figury Chladniego 530–533 Paweł Bachman, MSc Eng*; Marcin Chciuk, MSc Eng*; Ján Pavlovkin, PhD Eng** *University of Zielona Góra, Poland **University of Matej Bel, Banská Bystrica, Slovakia Measurement and analysis of pressure forces on pedals at driver’s workplace This paper describes a method for measuring the pressure forces on the pedals in the bus. Shows the results and the analysis of the measurements, in terms of using them to determine the level of fatigue of the driver and his driving style.

Keywords: measurement pressure forces on pedals in a car

ments comparison in one and in two axes at the same time are shown.

Keywords: measuring wood swelling pressure Stanowisko do badań ciśnienia pęcznienia drewna w dwóch osiach jednocześnie W artykule opisano metodę pomiaru ciśnienia pęcznienia drewna w dwóch osiach jednocześnie. Pokazano też budowę nowoczesnego stanowiska badawczego, wyniki pomiarów i porównanie pomiarów ciśnienia pęcznienia w jednej i w dwóch osiach jednocześnie.

Keywords: pomiar ciśnienia pęcznienia drewna 538–539 dr inż. Paweł Fotowicz Główny Urząd Miar Zdolność pomiarowa przyrządu Zdolność pomiarowa jest wskaźnikiem umożliwiającym ocenę jakości metrologicznej przyrządu. Miarą zdolności pomiarowej przyrządu jest niepewność rozszerzona obliczana po wykonaniu pomiaru na wzorcu pomiarowym. W budżecie niepewności uwzględnia się obok składowej przypadkowej również składową systematyczną w postaci odchylenia pomiarowego. Skumulowaną niepewność odnosi się do wartości granicznej, którą może być największy błąd dopuszczalny.

Słowa kluczowe: zdolność pomiarowa, niepewność pomiaru Capability of measurement instrument Capability of measurement instrument is an indicator enabling evaluation of metrological quality of instrument. The measure of the capability is an expanded uncertainty calculating after measurement on the standard. The uncertainty budget consists both random and systematical effects as a bias. The aggregated uncertainty is related to limited value. This limited value may be a maximum permissible error.

Keywords: measurement capability, uncertainty

Pomiar i analiza sił nacisku na pedały na stanowisku kierowcy W artykule opisano metodę pomiaru siły nacisku na pedały w autobusie. Pokazano wyniki oraz przeprowadzono analizę pomiarów, pod kątem wykorzystania ich do określenia stopnia zmęczenia kierowcy oraz jego stylu jazdy.

Keywords: pomiar siły nacisku na pedały w samochodzie 534–537 Paweł Bachman, MSc Eng; Marcin Chciuk, MSc Eng Faculty of Mechanical Engineering, University of Zielona Góra, Poland Stand for research of wood swelling pressure in two axies simultaneous This paper describes a method for measuring wood swelling pressure simultaneously in two axes. Construction of the modern research stand, results of the measurements and the measure-

118

540–541 Marek Kryca, PhD Eng; Artur Kozłowski, PhD Eng Institute of Innovative Technologies EMAG, Katowice, Poland Software solution used in industrial measurement devices to facilitate meeting the requirements of the EMC directive This paper presents an example of a measuring device to be applied in a coal mine, for which special effort was taken at the design stage to fulfill the requirements for electromagnetic compatibility. Software solutions described in the paper are useful during the EMC certification process for the majority of programmable equipment, because slight modifications of the program can compensate imperfections of hardware design and may decide about passing the certification process.

Keywords: industrial measurements, embedded software, noise immunity, EMC

Rozwiązania programowe stosowane w przemysłowych urządzeniach pomiarowych ułatwiające spełnienie wymagań dyrektyw EMC W artykule przedstawiono przykład urządzenia pomiarowego przeznaczonego do stosowania w kopalniach, którego oprogramowanie zostało zaprojektowane tak, aby ułatwić spełnienie wymagań związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną. Rozwiązania opisane w niniejszym artykule są przydatne podczas procesu certyfikacji EMC dla większości programowalnych sterowników i pokazują, że niewielkie modyfikacje programu mogą zrekompensować niedoskonałości konstrukcji sprzętu, co może zadecydować o pozytywnym przejściu przez proces certyfikacji.

Słowa kluczowe: pomiary przemysłowe, wbudowane, odporność na zakłócenia, EMC

oprogramowanie

Estymacja parametrów wiatru na obiektach latających W artykule przedstawiono propozycję pomiaru i estymacji parametrów wiatru na dowolnym obiekcie latającym. W systemie tym wykorzystano trzy źródła informacji: pomiar kursu (układ kursowy lub układ odniesienia pionu i kierunku AHRS), pomiar prędkości względem powietrza (prędkościomierz ciśnieniowy) oraz pomiar kąta drogi i prędkości podróżnej za pomocą odbiornika GPS. Weryfikacja podanego rozwiązania została przeprowadzona w oparciu o wykonane w trybie off-line obliczenia na podstawie danych z lotu samolotu PZL M-20 Mewa oraz na podstawie przeprowadzonej analizy błędów.

Słowa kluczowe: pomiary, estymacja, prędkość i kierunek wiatru, prędkość względem powietrza, kurs, kąt drogi, prędkość podróżna

542–547 552–557 Hubert Wiśniewski, MSc Eng; prof. Leszek Płonecki, PhD Eng, DSc Kielce University of Technology, Poland

Artur Kurnyta, MSc Eng Air Force Institute of Technology, Warsaw, Poland

A real time system for measuring wind turbine power This paper deals with a real time system for automatic measurement of wind turbine parameters. The system was designed according to the specifications provided by a Polish company cooperating with the Kielce University of Technology on a project called “Invention” – Potential of young researchers and transfer of knowledge and innovation as a support for the key areas of Świętokrzyskie economy.

Keywords: wind turbine, power measurement, real time system System czasu rzeczywistego w pomiarach mocy turbin wiatrowych Niniejszy artykuł przedstawia system czasu rzeczywistego, który służy do zautomatyzowanego pomiaru mocy turbin wiatrowych.

System został zaprojektowany zgodnie z wymogami przedstawionymi przez jedną z polskich firm, która współpracuje z Politechniką Świętokrzyską w ramach projektu „Inwencja” – Potencjał młodych naukowców oraz transfer wiedzy i innowacji wsparciem dla kluczowych dziedzin świętokrzyskiej gospodarki.

Słowa kluczowe: turbiny wiatrowe, pomiar mocy, systemy czasu rzeczywistego 548–551 Witold Dąbrowski, PhD Eng; Stanisław Popowski, Msc Eng Institute of Aviation, Warsaw, Poland Estimation of wind parameters on flying objects The article presents proposal of wind parameters measurement and estimation on any flying object board. This system uses three sources of information: heading measurement (heading system or attitude heading reference system, AHRS), measurement of speed relative to air (pressure speedometer), estimation of track over Ground and route speed by means of GPS receiver. Verification of the presented solution was carried out based on off-line calculations using data logged on-board of PLZ M-20 Mewa airplane as well as on the results of error analysis.

Application of resistive ladder sensor for detection and quantification of fatigue cracks in aircraft structure The paper presents preliminary laboratory verification of resistive ladder sensor application. The sensor, which is akin to foil strain gage, can be used for detection and length quantification of fatigue cracks. Special measurement circuit for data acquisition was developed and test specimens were prepared. Afterwards, laboratory tests on fatigue-testing machine were elaborated to explore utility and reliability of proposed method for crack detection. After analysis of acquired data, some observation and conclusion were drawn, especially about electronic circuit. Modifications in measurement system were described and simulated in Micro-Cap – an electronic circuit analysis program. The paper is concluded with summary from laboratory tests and simulations.

Keywords: fatigue crack, crack detection, resistive ladder sensor, electronic circuit simulation, Micro-Cap Zastosowanie rezystancyjnego czujnika drabinkowego do detekcji i określania długości pęknięć zmęczeniowych w konstrukcjach lotniczych W artykule przedstawiono wstępne badania laboratoryjne aplikacji rezystancyjnego czujnika drabinkowego. Czujnik, podobny do tensometru foliowego, może zostać użyty do wykrywania i określania długości pęknięć zmęczeniowych. Zaprojektowano specjalny układ pomiarowy do akwizycji danych, oraz przygotowano próbki.

Następnie przeprowadzono badania na maszynie zmęczeniowej w celu poznania użyteczności i niezawodności zaproponowanej metody detekcji pęknięć. Po przeanalizowaniu danych pomiarowych wysunięto wnioski i spostrzeżenia, dotyczące zwłaszcza układu elektronicznego. Opisano proponowane modyfikacje układu oraz przedstawiono symulacje w programie Micro-Cap – programie do analizy układów elektronicznych. Artykuł podsumowano wnioskami z badan laboratoryjnych i symulacyjnych.

Słowa kluczowe: pęknięcia zmęczeniowe, detekcja pęknięć, rezystancyjny czujnik drabinkowy, symulacja układów elektronicznych, Micro-Cap

Keywords: measurement, estimation, wind speed and direction, airspeed, heading, track over Ground, route speed

558–563 Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

119

Indeks firm

120

AutomatykaOnLine

tel. 46 857 73 72 www.automatykaonline.pl

59

Automatyka-Pomiary-Sterowanie SA

tel. 85 74 83 400, 85 74 83 403 www.aps.pl

13

Balluff Sp. z o.o.

tel. 71 787 68 30 www.balluff.pl www.leuze.pl

48–49

CZAH-POMIAR Sp. z o.o.

tel. 32 607 31 50 www.czah.pl

3, 54

DANFOSS Poland Sp. z o.o.

tel. 22 755 06 68 www.danfoss.pl/napedy

50–51

Eldar

tel. 77 442 04 04 www.eldar.biz

11

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

tel. 22 541 84 65 www.elmark.com.pl

11, 13, 55

Energoelektronika.pl

tel. 22 70 35 290 www.energoelektronika.pl

15

Guenther Polska Sp. z o.o.

tel. 71 352 70 70 www.guenther.com.pl

53

HARTING Polska Sp. z o.o.

tel. 71 352 81 71 www.harting.pl

11

Przedsiębiorstwo Handlowe Ibematic

tel. 89 526 93 20 www.ibematic.com.pl

32–34

igus Sp. z o.o.

tel. 22 863 57 70 www.igus.pl

16–17

Langas Group

tel. 22 696 80 20 www.langas.pl

19

MT Targi

tel. 22 529 39 00/50 www.mttargi.pl

21

Parameter AB Sp. z o.o.

tel. 664-921-922 www.parameter.pl

52, IV okł.

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

tel. 22 87 40 000 www.piap.pl

II okł., 43, 56, 59, 123, III okł.

PPH WObit E.K.J. Ober s.c.

tel. 61 8350 800 www.wobit.com.pl

47

Sanyu Sobczak Sp. J

tel. 32 345 20 20 www.sanyuacdrive.pl

12

Schunk Intec Sp. z o.o.

tel. 22 726 25 00 www.schunk.com

35

Skamer-ACM Sp. z o.o.

tel. 14 632 34 00 www.skamer.pl

57

Turck Sp. z o.o.

tel. 77 443 48 00 www.turck.pl

I okł., 12, 36–37

REKLAMA

Wiedza w parze z Praktyką Wejdź na www.par.pl Pomiary Automatyka Robotyka nr 2/2013

121

REDAKCJA

PRENUMERATA miesięcznika „Pomiary Automatyka Robotyka” Rok 17 (2013) nr 2 (192) ISSN 1427-9126, Indeks 339512 Redakcja Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 00 66, 22 874 02 02, 22 874 01 91 fax 22 874 02 02 e-mail: redakcja@par.pl www.par.pl Rada programowa dr inż. Mariusz Andrzejczak, Bumar Sp. z o.o. prof. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz, Katedra Automatyki i Biomechaniki, Politechnika Łódzka dr inż. Janusz Berdowski, Polskie Centrum Badań i Certyfikacji SA prof. dr hab. inż. Tadeusz Glinka, Instytut Elektrotechniki i Informatyki, Politechnika Śląska dr inż. Stanisław Kaczanowski, prof. PIAP, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP dr Aleksandra Kolano-Burian, Instytut Metali Nieżelaznych prof. dr hab. inż. Andrzej Masłowski, Instytut Automatyki i Robotyki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Tadeusz Missala, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP prof. dr hab. inż. Zdzisław Mrugalski, Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Politechnika Warszawska prof. dr inż. Eugeniusz Ratajczyk, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Waldemar Skomudek, prof. PO, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki, Politechnika Opolska dr hab. inż. Roman Szewczyk, prof. PW, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska dr hab. inż. Andrzej Szosland, prof. PŁ, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, Politechnika Łódzka prof. dr hab. inż. Eugeniusz Świtoński, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska prof. dr hab. inż. Krzysztof Tchoń, Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki, Politechnika Wrocławska doc. dr inż. Jan Tomasik, Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Warszawska

Prenumeratę można zamówić pod następującymi adresami: Redakcja PAR Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa tel. 22 874 03 51 fax 22 874 02 02 na stronie www.par.pl/prenumerata Koszt prenumeraty STANDARD (dla firm, instytucji i osób fizycznych): yy roczna – 99,00 zł, yy dwuletnia – 176,00 zł.

Koszt prenumeraty EDU (dla uczniów, studentów, nauczycieli i pracowników naukowych): yy roczna – 69,99 zł, yy dwuletnia – 120,00 zł.

Prenumeratę pod ww. adresami rozpocząć można od dowolnego numeru, na dowolny okres. Koszt przesyłki pokrywa dostawca.

Prenumeratę można także zamówić u następujących kolporterów: Zakładu Kolportażu Wydawnictwa SIGMA-NOT ul. Ku Wiśle, 00-707 Warszawa tel. 22 840 30 86 lub 22 840 35 89 kolportaż@sigma-not.pl www.sigma-not.pl RUCH SA Oddział Krajowej Dystrybucji Prasy

Redaktor naczelny dr inż. Jan Jabłkowski

ul. Annnopol 17a, 03-236 Warszawa

Zastępca redaktora naczelnego mgr Seweryn Ścibior, sscibior@par.pl

prenumerata@ruch.com.pl

Zespół redakcyjny dr inż. Jan Barczyk – robotyka dr inż. Jerzy Borzymiński prof. dr hab inż. Wojciech Grega – automatyka prof. dr hab. inż. Krzysztof Janiszowski dr inż. Małgorzata Kaliczyńska – redaktor merytoryczny/statystyczny mgr Anna Ładan prof. nzw. dr hab. inż. Mateusz Turkowski – metrologia mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek mgr inż. Elżbieta Walczak

infolinia: 801 443 122 www.prenumerata.ruch.com.pl KOLPORTER Spółka z o.o. S.K.A. Centralny Dział Prenumeraty ul. Bakaliowa 3, 05-080 Izabelin-Mościska infolinia: 801 404 044 prenumerata.warszawa@kolporter.com.pl GARMOND PRESS SA

Marketing mgr inż. Jolanta Górska-Szkaradek, jgorska@par.pl mgr Sylwia Batorska, sbatorska@par.pl

ul. Nakielska 3, 01-106 Warszawa

Skład i redakcja techniczna Ewa Markowska, emarkowska@par.pl EDIT Sp. z o.o.

www.garmondpress.pl

Wydawca

tel./fax 22 817 20 12 prenumerata.warszawa@garmondpress.pl

Ceny prenumeraty przyjmowanej przez kolporterów wynoszą: yy roczna – 99,00 zł,

Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa Miesięcznik PAR jest indeksowany w bazach BAZTECH oraz INDEX COPERNICUS (4,12). Punktacja MNiSW za publikacje naukowe w miesięczniku PAR wynosi 5 pkt (poz. 1027).

yy I półrocze – 54,00 zł, II półrocze – 45,00 zł, yy I, II i IV kwartał – 27,00 zł, III kwartał – 18,00 zł.

Uwaga: Garmond Press SA przyjmuje prenumeratę tylko na okres roczny lub półroczny.

Wersją pierwotną (referencyjną) jest wersja papierowa.

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść publikacji o charakterze reklamowym oraz zastrzega sobie prawo skracania i adiustacji tekstów. © Wszelkie prawa zastrzeżone

122

Wszystkie ceny są kwotami brutto.

Pomiary Automatyka Robotyka 2/2013 s. 123–563 (płyta CD)

Wizja dla Automatyki Spotkajmy się na targach AUTOMATICON 19-22 marca Stoisko P4, Hala 4

• Inteligentne czujniki 3D • Kamery Inteligentne • Komponenty do Systemów Wizyjnych

Zapraszamy na seminarium

Inteligentne czujniki 3D AUTOMATICON, środa 20 marca godz. 15

®

124

www.parameter.pl

sales@parameter.pl