Home Pracownie... Pracownia Mechatroniki i Automatyki
Pracownia Mechatroniki i Automatyki PDF Drukuj

W ramach Pracowni prowadzone są badania teoretyczne i doświadczalne, dotyczące:
  1. Problemu aktywnej redukcji drgań układów mechanicznych. Celem prac jest opracowanie modeli matematycznych, oraz symulacyjne i eksperymentalne badanie skuteczności projektowanego sterowania,
    w tym adaptacyjnego, dla wybranych obiektów.
  2. Prace związane z projektowaniem i wykonaniem wieloczłonowego manipulatora chirurgicznego nowej generacji, przeznaczonego do małoinwazyjnych zabiegów operacyjnych. Opracowanie konstrukcji mechanicznej wieloczłonowego manipulatora, jego modelu matematycznego, zaprojektowanie mikroprocesorowego systemu sterowania - lokalnego (na bazie kontrolerów ruchu) oraz nadrzędnego
    w postaci komputera PC z systemem operacyjnym czasu rzeczywistego.


    Studenci będą mogli programować ruchy robota humanoidalnego Yaskawa Motoman, który posiada dwa ramiona, jedno do trzymania narzędzi, drugie zaś do podtrzymania systemu wizyjnego wyposażonego w kamerę endoskopową i ksenonowe źródło światła. Zastosowany procesor w urządzeniu pozwala na nagranie filmu video.


 
    Robot  o strukturze humanoidalnej posiadający dwa ramiona: jedno do podtrzymania narzędzia chirurgicznego, drugie zaś do podtrzymania systemu wizyjnego. Robot posiada 15 osi sterowalnych: w tym kolumna na której robot jest posadowiony – jeden stopnień swobody oraz każde z ramion posiada 7 stopni swobody w postaci par kinematycznych obrotowych. Robot charakteryzuje się powtarzalnością rzędu ±0.1 mm, udźwigiem 10kg dla każdego ramienia.
Robot posiada kontroler z otwartym oprogramowaniem umożliwiające programowanie w języku C, C++, C# NET. Zestaw również obsługuje środowisko MotoPlus. Kontroler posiada 16 standardowych I/O, Ethernet 10 Base T/ 100Base TX. Sterownik umożliwia komunikację z robotem w kilku protokołach m.in: EtherNet/IP, DeviceNet, Profibus-DP, CC-Link.


Filmy pokazujące pracę robota Motoman wykorzystującego różne chwytaki

Pobierz [3,37 MB] Pobierz [4,63 MB]


    Pracownia wyposażona jest eksperymentalne zestawy mechatroniczne, zawierające interfejsy pomiarowe. Urządzenia te umożliwiają testowanie nietypowych zaawansowanych algorytmów sterowania dla najczęściej występujących konfiguracji obiektów mechatronicznych. Zestaw mechatroniczny “Modular Servo”, umożliwiający badanie serwomechanizmu oraz enkoderów wraz z kartą pomiarowo - sterującą współpracujący z oprogramowaniem Matlab/LabView.


Zestaw mechatroniczny “ Modular Servo”


    Kolejnym urządzeniem gdzie w środowisku Matlab/Simulink tworzone są algorytmy sterowania jest  model dźwigu, posiadający trzy stopnie swobody. Stanowisko wyposażone jest w trzy silniki DC sterowane poprzez modulację szerokości impulsu PWM. Każdy silnik ma dodatkowo zainstalowany enkoder inkrementalny.
Urządzenie to posiada kartę pomiarowo - sterującą współpracującą również z oprogramowaniem LabView, co będzie wykorzystywane również na zajęciach z przedmiotu Procedury pomiarowe.

 

Zestaw mechatroniczny „model dźwigu”



    System działa w czasie rzeczywistym, umożliwia również pisanie algorytmów sterowania w języku C. Stanowisko to umożliwia badanie algorytmów sterowania obiektem nieliniowym
w czasie rzeczywistym np. śledzenie trajektorii ruchu, minimalizowanie amplitudy drgań ładunku. Studenci będą budować układy sterowań w środowisku Matlab/Simulink.
    Kolejnym urządzeniem, dla którego studenci będą budować układy sterowania jest helikopter z dwoma silnikami sterowanymi poprzez modulację szerokości impulsu. Dodatkowo napędy te są  wyposażone w tachogeneratory służące do pomiaru prędkości obrotowej. Do określenia położenia belki wykorzystywać będą enkodery wysokiej rozdzielczości. Studenci będą tworzyć i badać algorytmy sterowania obiektem silnie nieliniowym w czasie rzeczywistym np. stabilizacja położenia, szybka reakcja na zakłócenia.

Zestaw mechatroniczny "helikopter"



    Kolejnym urządzeniem umożliwiającym badanie algorytmów sterowania silnikami DC jest zestaw dydaktyczny
z wahadłem odwróconym przedstawiony poniżej.

Zestaw mechatroniczny umożliwiający badanie algorytmów sterowania silnikami DC w pracowni mechatroniki




    Zadaniem studentów będzie zaprojektowanie algorytmu tak, aby wprowadzić wahadło w pozycję pionową wraz z utrzymaniem równowagi. Wózek jest napędzany silnikiem DC poprzez przekładnię pasową. Sterowanie będzie polegało na odpowiednim przesuwie wózka (w ograniczonym zakresie) i rozkołysanie wahadła w celu ustawienia go w pozycji pionowej. Następnie algorytm ma utrzymać równowagę wahadła nawet przy pojawiającym  zakłóceniu.
    Kolejnym  interesującym zestawem dydaktycznym jest obiekt mechatroniczny do badania zjawiska „magnetycznej lewitacji” przedstawiony na rysunku poniżej.

Budowa obiektu sterującego zjawiskiem „magnetycznej lewitacji”


    Zestaw posiada otwartą strukturę sterowania, umożliwiającą testowanie różnych algorytmów sterujących dla obiektu nieliniowego. Obiektem lewitacji jest sfera ferromagnetyczna o niewielkiej masie umieszczona pomiędzy elektromagnesami. W ramie znajduje się czujnik optyczny dający zwrotną informacje o położeniu kuli. Studenci sterując odpowiednią wartością prądu w cewce górnej i dolnej ustawiają położenie sfery lewitującej.

    W Pracowni Mechatroniki i Automatyki studenci będą mogli wykorzystać swoją wiedzę dotyczącą programowania mikrokontrolerów i sterowników przemysłowych do sterowania różnymi obiektami mechatronicznymi. Przykład jednego z nich przedstawiony jest na rysunku poniżej. Zestaw zawiera czujniki poziomu cieczy, elektrozawory, zawory ręczne, pompę hydrauliczną, stopień mocy do sterowania zaworami. Stanowisko umożliwia szybkie prototypowanie układów sterowania, badanie algorytmów sterowania obiektem symulującym fragment procesu technologicznego. Istnieje możliwość budowy układu sterowania w środowisku Matlab/Simulink oraz LabView co poszerza możliwości wykorzystania stanowiska laboratoryjnego. Zestaw ten może być również sterowany z wykorzystaniem sterownika PLC.

Mechatroniczny zestaw do testowania sterowników PLC i układów mikroprocesorowych


     Studenci na specjalizacji Aparatura medyczna i urządzenia rehabilitacyjne na przedmiocie Projektowanie urządzeń medycznych i rehabilitacyjnych będą projektować urządzenia wykorzystywane w jednostkach rehabilitacyjnych, wspomagających osoby niepełnosprawne. Do wspomagania prac projektowych posłuży skaner laserowy, za pomocą którego będzie można dokonać  pomiarów modeli 3D istniejących obiektów, co przyspieszy tworzenie nowych urządzeń. 
Najlepsze projekty będą drukowane na drukarce 3D, w celu sprawdzenia konstrukcji i zobrazowania faktycznego funkcjonowania systemu.

Stanowisko do Projektowania CAD


   

    Do badań nieniszczących, jakie będą mogli studenci kierunku mechatronika wykonywać na obiektach badanych jest termowizja. Najważniejsza zaletą kamer termowizyjnych jest bezkontaktowy pomiar temperatury co pozwala na określenie jej wartości w przypadku obiektów niedostępnych lub będących w ruchu.
Kamera znajdująca się w wyposażeniu Pracowni posiada wejścia jak i wyjścia analogowe co umożliwia jej współprace z  zewnętrznymi urządzeniami rejestrującymi lub regulującymi wybrany proces technologiczny. Posiada także interfejsy do komunikacji ze sterownikami przemysłowymi PLC.  Zakres pomiarowy kamery mieści się  w zakresie od -40˚C do +500˚C z czułością 0,025˚C co jest niezbędne przy monitorowaniu minimalnych różnic temperatur. Bardzo użyteczną funkcją kamery jest możliwość równoległego przechwytywania zdjęcia termowizyjnego i widzialnego, oba obrazy można oglądać na komputerze w czasie rzeczywistym.

 
 

Kamera termowizyjna


   
Do badań nad innowacyjnymi rozwiązaniami pomocą służą urządzenia pomiarowe, w które wyposażona jest Pracownia. Aparatura ta obejmuje cały szereg zestawów zasilaczy, generatorów oraz oscyloskopów i kart pomiarowych umożliwiających zbudowanie zaawansowanych stanowisk pomiarowych dla stanowisk badawczych. Aparatura obejmuje głównie urządzenia do wizualizacji i analizy stanów logicznych prototypowanych układów cyfrowych w szczególności umożliwia analizę protokołów komunikacyjnych: SPI, RS232, I2C, Modbus, itd.. Na zdjęciach poniżej przedstawione są urządzenia laboratoryjne wchodzące w skład oprzyrządowania laboratoryjnego. Dodatkowo stanowiska laboratoryjne wyposażone są w zasilacze uniwersalne, profesjonalne stacje lutownicze, multimetry automatyczne.

 

a)
b)

c)

 d)

e)

f)

g)

h)

i)

     

Aparatura pomiarowa znajdująca się w laboratorium Sterowania Układów Mechanicznych

i Elektrycznych:
a) multimetr cyfrowy, b) luksomierz, c) miernik cęgowy, d) mostek LCR 200kHz,
e) oscyloskop cyfrowy 4 – kanałowy 500MHz, f) mikroskop stacjonarny z kamerą USB, g) multimetr cyfrowy, h) generator arbitalny 20MHz, i ) skopometr, ) multimetr laboratoryjny , ) oscyloskop cyfrowy 60MHz,  ) generator funkcyjny,



     Kolejnym ważnym urządzeniem wykonawczym w urządzeniach mechatronicznych jest serwomotor, którym studenci będą sterować wykorzystując mikrokontrolery z rdzeniem ARM7. Ponadto, oprócz tradycyjnych silników wykorzystywanych w przemyśle studenci będą mogli sterować silnikami piezoelektrycznymi, mikrosilnikami DC i bezszczotkowymi (BLDC). Biorąc pod uwagę tendencje do miniaturyzacji urządzeń mechatronicznych do dydaktyki wybrano silniki o niewielkich wymiarach: długość nie przekraczającą 21mm i szerokość 6mm, z możliwością dołączenia przekładni planetarnej, dającej na wyjściu wału moment o wartości 0.002 - 0.03 Nm.


Sterownik mikronapędów DC i Brushless


Do Pracowni tej, oprócz w/w wyposażenia, zakupiono także oprogramowaniespecjalistyczne:
•    Matlab,
•    Simulink,
•    Control System Toolbox,
•    FuzzyLogicToolbox,
•    Matlab Coder,
•    Neutral Network Toolbox,
•    Real-Time Windows Target,
•    Simulink Coder.

Zmieniony: wtorek, 05 lipca 2016 10:21
 
Katedra Mechatroniki i Automatyki, Powered by Joomla!