ÜZLET > [PRESSZÓ] A BOSCH TÖRTÉNETÉNEK SAROKPONTJAI 1886, Stuttgart a cég megalakul, finommechanikai és elektrotechnikai profillal I 1902 szinte az elsô gyártmányuk a nagyfeszültségû, mágneses gyújtási rendszer I 1927 dízelbefecskendezô rendszerük sorozatgyártásának indítása I 1933 a Bosch hûtôszekrénygyártásának kezdete (szenzációs a fénykép alapján kemencének néztem!) I 1951 személygépkocsik üzemanyag-befecskendezô rendszere gyártásának indítása I 1976 lambdaszenzor gyártásának indítása és a világ elsô forgókarú robotjának üzembe helyezése I 1989 Európában az elsô gépkocsi-navigációs rendszer kereskedelmi forgalomba hozása I 1995 MEMS (Microelectro-Mechanical Sensor) sorozatgyártás beindítása I 2008 napenergiacellák gyártásának megszervezése I 2011 ebike-meghajtás gyártása Franciaországban (most már Magyarországon is!) I Visszatérve a bevezetômben leírtakhoz (céghagyományok innováció kapcsolata), nagyon megörültem annak a színvonalas kiadványnak, amelyet távozáskor kaptunk. Ez a Bosch cég fennállásának 125. évfordulójára készült, amelybôl teljesen szubjektíven és a teljesség igénye nélkül kiválasztottam néhány fôbb momentumot, melyet a kiemelt részben foglaltunk össze. Ezúton köszönöm a vendéglátást, ami szintén professzionális volt! ebike, elektromos kerékpár motor DR. SZECSÔ GUSZTÁV Csatlakozzon hozzánk Ön is a Virtuális Mûszerezés és Grafikus Fejlesztôrendszerek Szakmai Konferenciáján! HELYSZÍN: RAMADA RESORT AQUAWORLD BUDAPEST IDÔPONT: 2011. OKTÓBER 27. REGISZTRÁCIÓ: HUNGARY.NI.COM/NIDAYS Szeretettel várjuk! National Instruments Hungary WWW.ELEKTRO-NET.HU 9
REFLEKTORBAN A ROBOTIKA ÛRKUTATÁSI CÉLÚ ROBOTOK FEJLESZTÉSE NI-TECHNOLÓGIÁVAL Az MDA-US korábban Alliance Spacesystems LLC ûrrobotikát, -mechatronikát, -szerkezeteket és beágyazott rendszereket szállít a világûrben, a Marson és a Földön szélsôséges körülmények között mûködô rendszerekhez. Termékeinket bolygóközi ûrhajókon, telekommunikációs és tudományos mûholdakon és kihívást jelentô földi alkalmazásokban használják. Számos NASA Mars-küldetés, úgymint a Phoenix Lander, valamint a Spirit és az Opportunity Mars-felderítô jármûvek számára fejlesztettünk robotkarokat. A Hubble ûrteleszkóp egyik javítási küldetése számára is készítettünk robotikai megoldást. A projektjeink különleges volta okán házon belül tervezzük, gyártjuk, szereljük és teszteljük ezeket a robotrendszereket, szoros határidôvel és költségvetési kényszerekkel, a nagyon szigorú eljárásoknak megfelelôen, amelyek az ilyen extrém körülmények közötti mûködés biztosításához szükségesek. Az NI-technológia három fô elônyt biztosít zökkenômentes szoftver-hardver integrációt, rugalmas és nagy teljesítményt biztosító mûködést, valamint az intuitív, egyszerû használatot. Mindezek az elônyök segítettek a mûszaki fejlesztésben és a követelmények teljesítésében A beágyazott-tervezés és a robotika kihívásai Amivel mi foglalkozunk, az majdnem teljes egészében olyan jellegû, amilyet korábban még senki más nem csinált. A munkánk úttörô jellege miatt az elsôdleges kihívás számunkra az, hogy idôben és limitált költségvetéssel tervezzünk és fejlesszünk egyedi rendszereket. Maximálisan ki kell használnunk a korábbi tapasztalatainkat, és gyakran integrálunk meglévô technológiákat az új rendszerekbe. Viszont a rövid határidôk miatt gyorsan kell adaptálnunk és iterálnunk a fejlesztést, ami ráadásul több különbözô diszciplínát foglalhat magában. Következésképpen folyamatosan fedezünk fel új lehetôségeket a komplex mechanikai rendszerek szoftverrel és fejlett irányítórendszerrel történô integrálására. A robotikai fejlesztés olyan mérnököket kíván, akik egyszerre több mérnöki diszciplínában is otthonosan mozognak. Át kell látniuk, hogy milyen hatással lesz a mechanikai rendszer az irányítórendszer fejlesztésére. Szintén érteniük kell a szoftver mûködését és a valós, zajokkal és hibákkal terhelt elektronikával és mérésekkel való munkát. A digitális vezérlés, a szabályozási körök ciklusideje és a determinisztikus mûködés mind nagyon fontos szempontok a robotrendszerek fejlesztésekor. Ezért a sikeres robotikai tervezés mindezen kölcsönös függôségek megértését és integrálását, valamint a rendszertervezési folyamatok implementálását is igényli annak érdekében, hogy a vevôink számára a leghatékonyabb terméket tudjuk leszállítani. Az NI-eszközök széles körû implementálása A hatékony és megbízható tervezési, prototípus-készítési és -telepítési folyamat biztosítása érdekében az MDA-US, korábban Alliance Spacesystems, robotikatervezô laboratóriuma NI szoftvert és szoftvervezérelt, moduláris hardvereket használ. Repülôgépes alkalmazások esetében az NI-technológia segít egy adott koncepciónak repülôgéphardvereken történô implementálás elôtti gyors fejlesztésében, demonstrálásában és tesztelésében. Az NI-eszközök különösen hasznosnak bizonyultak ûrbeli robotkarunk fejlesztésekor a koncepció demonstrációs és prototípus-készítési fázisban. Cégünknél az NI-termékek alkalmazása követte az NI platform fejlesztéseit. Elôször NI-teszt és -adatgyûjtési technológiára alapozva szabványosíottuk teszt- és validációs folyamatainkat, majd kiterjesztettük az NIeszközök felhasználási körét a prototípuskészítési és -tervezési fázisokra is. Az NI-termékek folyamatosan bôvülô, rugalmas választékának köszönhetôen ma már rengeteg NI-eszközt használhatunk beágyazott rendszereinkben, amelyeknél korábban különbözô hardverrendszerek keverékére volt szükség. A LabVIEW Real-Time és a LabVIEW FPGA-modulokat használjuk a szoftverfejlesztés során, valamint az NI Motion, Control és CAN-könyvtárakat is széleskörûen alkalmazzuk. Az NI Real-Time Execution Trace Toolkit szintén nagyon hasznos eszköznek bizonyul a jövôbeni fejlesztések számára a mûködés optimalizálásához. A legtöbb hardverünket NI CompactRIO platformra, PXI beágyazott vezérlôkre és NI Single- Board RIO-ra szabványosítottuk. Ezek az eszközök biztosították a számunkra szükséges rugalmasságot, különösen a mozgásvezérléshez, amely területre jellemzô, hogy a konstrukcióinkkal szemben támasztott követelmények meglehetôsen szerteágazóak. Ilyenek például a nagyszámú elosztott aktuátor használata és a saját vezérlési algoritmusaink implementálhatóságának lehetôsége, amikor egy alkalmazás nagyobb teljesítményt igényel, mint amit a hagyományos PID-szabályozók biztosítani tudnak. Az NI integrált szoftver- és hardvereszközei segítettek minket, hogy hatékonyan nézhessünk szembe ezekkel a kihívásokkal. Az NI szoftveralapú technológia üzleti és technikai elônyei Az NI szoftveralapú termékeinek kínálata minden eszközt biztosít számunkra, ami egy teljesen integrált platformhoz szükséges. A szoftver, a hardver és a meghajtók könnyedén integrálhatók egymással, ami segít abban, hogy ezeket egy megbízható, valós idejû platformban egyesítsük. Ez a fajta integráció hatékonnyá teszi a folyamatainkat, és az intuitív, könnyen használható NI szoftveralapú technológia tovább növeli a hatékonyságunkat. A LabVIEW grafikus programozási környezete például nagyban egyszerûsíti az összetett feladatok megoldását, mind a bonyolult vezérlési algoritmusok fejlesztését, mind a hardware-in-the-loop (HIL) tesztkonfigurálást. Ez az egyszerû használat inkább kiegészíti, mint feláldozza az NI eszközök fejlett, nagy teljesítményû funkcionalitását, így a tervezéstôl és analízistôl kezdve a valódi hardvervezérléséig minden eszközünket integrálhatjuk. Mivel az NI-technológia könnyen testre szabható, mûködtethetô és integrálható, ezért még a legkifinomultabb alkalmazásinkban is sikeresen használtuk. Továbbá arra is alkalmaztuk, hogy a mérnöki problémákra és a teljes egészre összpontosíthassunk ahelyett, hogy a hardver alacsony szintû mûködésén és kommunikációján dolgoztunk vol- 12 ELEKTRONET XX. évfolyam 6. szám
REFLEKTORBAN A ROBOTIKA Az NI-eszközök, úgymint a CompactRIO hardver, a robotkarok esetében a koncepció ismertetésekor, valamint a prototípus készítésének fázisában voltak különösen hasznosak na. Az NI az integrációs alapfeladatok nagy részét már elvégezte, így a mérnököknek nem kell ezen dolgozni. Ennek köszönhetôen az NI-technológiát a teljes folyamat során alkalmazhatjuk, a vezérlôegységet az asztali számítógépünkön Windows operációs rendszer alatt LabVIEW-ban fejleszthetjük és tesztelhetjük, ezután pedig egy valós roboton, NI valós idejû beágyazott rendszeren implementálhatjuk. Végül a LabVIEW-ban valósíthatjuk meg a felhasználói felületet és az adatgyûjtô rendszert, ami segít a konstrukció tesztelésében, hangolásában, iterálásában és továbbfejlesztésében. Mivel ugyanaz a forgalmazó szállítja a szoftvert és a hardvert, biztosak vagyunk abban, hogy az interfészeket alaposan letesztelték, és megbízható, valamint hosszú távú terméktámogatást fogunk kapni. Ez segít a fejlesztési idô és a költségek alacsonyan tartásában. A képesség, hogy fejlesztéseinket hamar leszállítsuk vevôink számára, hatalmas üzleti elônyökkel jár. Például: kb. három hónap alatt terveztünk és építettünk meg a NASA számára egy Hubble-ûrteleszkópon végrehajtandó javításokat célzó robotikai demonstrációt. Ez magában foglalt egy saját X-Y-Z tengelyû robotplatformot eszközmeghajtással, eszközcserélési képességgel és egy képfeldolgozási rendszerrel. 14 ELEKTRONET Hagyományos megoldásokkal ezen összetett feladat teljesítése legalább egy évet vett volna igénybe, viszont LabVIEW, CompactRIO és más NI-eszközök segítségével hozzávetôlegesen 90 nap alatt leszállítottuk a prototípust. Ez nem sikerült volna az integrált NI-termékek nélkül! Számos más projektünk esetében sem tudtuk volna tartani a határidôket az NI által kínált lehetôségek nélkül. Mivel a tömegtermelés helyett inkább az egyedi megoldásokra összpontosítunk, az egyedi mérnöki tevékenység teszi ki a költségeink nagy részét, így a mi projektjeinkre hatványozottan érvényes a mondás: az idô pénz! Az NI-termékek használatával számos, tipikusan 6 18 hónapig tartó projektünkben heteket vagy hónapokat takarítunk meg, és az idô, amit az NI-technológia használatával nyertünk, jelentôs költségmegtakarítást is jelentett. LabVIEW, CompactRIO, NI Single-Board RIO és NI C-sorozatú modulok segítségével megoldott összetett feladatok Az ûrrobotika egy magas igényeket támasztó alkalmazói terület, amely rugalmasságot és testreszabhatóságot követel meg, mivel minden használati esetünk különbözô. A robotika olyan eszközöket is igényel, amelyeket egyszerû használni, azért, hogy a mérnökök a rendszer egészére és a különbözô alrendszerek közötti interakciókra tudjanak fókuszálni. A LabVIEW, CompactRIO és a többi NI-eszköz azon egyedi képességgel rendelkezik, hogy nagy teljesítmény és flexibilitás biztosítása mellett rendkívüli módon könnyû az implementálása a való életben. A szükséges megbízhatóságot és teljesítményt is biztosítják a hardver, szoftver és valós idejû operációs rendszer szempontjából. Az NI Single-Board RIO termékét használtuk a Mosquito automatizált talajkeménység-vizsgáló berendezés fejlesztésének támogatásához. Ennek a rendszernek kompaktnak, nagyon robusztusnak, megbízhatónak és terepen is mûködôképesnek kellett lennie, amely követelmények gyors prototípus-fejlesztést és számos egyedi interfész megépítését igényelték. Mivel ez egy testreszabott rendszer volt, kezdetben számos processzort és különbözô kártyákat alkalmaztunk a különféle feladatokra. Ez egy rendszertervezési kérdés volt, ami problémássá vált, mert a konfigurációnk nem volt hatékony a különbözô interfészek és funkciók támogatásban. Az NI Single-Board RIO-t bevonva egyetlen beágyazott eszközzel elértük az összes szükséges funkcionalitást és XX. évfolyam 6. szám
REFLEKTORBAN A ROBOTIKA rugalmasságot. Az NI Single-Board RIO-t számos C-sorozatú modullal kombináltuk: egy RS-232 interfésszel, egy SD memóriamodullal adattároláshoz, illetve egy CANkártyával, amely a teszter intelligens motorvezérlôjéhez kapcsolódott. A Repülôgép Robot Tesztrendszerünk (Aerospace Robotics Testbed ART) esetében NI-hardvert és -szoftvert alkalmazva egy másfajta kihívást oldottunk meg. Ez az alkalmazás valós idejû operációs rendszert, valamint stabilitás és vezérlés terén a legmesszemenôbb megbízhatóságot igényelte. Olyan rendszert kellett kifejlesztenünk, ami számos feladatot hajt végre elemzi a robotkart, a hardvert és a vezérlôt beleértve; megjeleníti a kar mozgását a munkatérben; kiszámítja az inverz kinematikát és dinamikát és ezzel egy i- dôben intuitív felhasználói felületet is biztosít, valamint a kartól érkezô nagy mennyiségû telemetriai adatot is feldolgozza. Ehhez a karhoz CompactRIO-t alkalmaztunk FPGA-n elhelyezett alacsony szintû vezérlôalgoritmusokkal és a beágyazott, valós idejû processzoron implementált magasabb szintû, például inverzkinematika-algoritmusokkal. Az, hogy hagyományos hardverek és szoftverrendszerek használatával olyan rendszert hozzunk létre, ami egy repülési rendszer minden efféle feladatát el tudja látni, évekbe telt volna, de az NI-hardver és -szoftver közti zökkenômentes integráció segített a kezdeti fejlesztés gyors végrehajtásában. Az NI-technológia stratégiai elônyt biztosít A mûszaki és a lényegi elônyök, amikre szert tettünk az NI-eszközök implementálásával, nagyban növelték hatékonyságunkat a tervezési, prototípusgyártási és demonstrációs folyamatainkban. A projektjeinkre jellemzô nagy komplexitás, újdonság magas foka, valamint a rövid idôkeret erôteljes és rugalmas tervezési, illetve prototípus-készítési megoldásokat követelt meg. Mivel az NI-szoftver és -hardver magas szinten integráltak és NATIONAL INSTRUMENTS HUNGARY KERESKEDELMI KFT. 2040 BUDAÖRS, PUSKÁS TIVADAR U. 14. 1. EMELET SZAKMAI TANÁCSADÁS.: (06-80) 204-704. TEL.: (+36-23) 448-900. FAX: (+36-23) 501-589 E-MAIL: NI.HUNGARY@NI.COM WWW.NI.COM/HUNGARY TECHNIKAI KÉRDÉSEK: TECHSUPPORT@NI.COM könnyen használható funkcionalitásukkal képesek kezelni a legnagyobb kihívásainkat is, rengeteg idôt és pénzt takarítottunk meg velük. Figyelembe véve ezt a fokú hatékonyságot, az NI-technológia alkalmazása a robotikai projektjeinkben a prototípus-készítés és a demonstráció során jelentôs stratégiai elônyt biztosít. SEAN DOUGHERTY, THOMAS DEBUS MDA-US, KORÁBBAN ALLIANCE SPACESYSTEMS LLC ROBOTMECHANIKAI KUTATÁSOK A ROBERT BOSCH MECHATRONIKAI TANSZÉKEN A Miskolci Egyetem Robert Bosch Mechat - ronikai Tanszéke rendelkezik egy FANUC LR Mate 200iC típusú ipari robottal, mely hat szabadságfokú és a teljes kinyúlási távolsága 704 mm. Ebben a helyzetben a max. terhelhetôsége 5 kg, háromdimenziós alakfelismerési képességgel is rendelkezik. A beszerzésétôl számított másfél évben a robot direkt kinematikai és inverz kinematikai feladat analitikus megoldásával, valamint dinamikai feladatával foglalkoztunk. A kinematikai leíráshoz a Denavit Hartenberg-paramétereket alkalmazzuk ([1]). A robot hat szabadságfokú mozgását hat csukló valósítja meg, amelyek szimbolikus jelölése: RRRRRR (R Rotation). A robot utolsó három csuklójának tengelye egy pontban keresztezi egymást, így gömbcsuklónak is tekinthetô. Ez a gömbcsukló tulajdonképpen a zárótag orientációját határozza meg, míg az elsô három csukló a gömbcsukló helyzetét. A csuklók ilyen csoportosítása teszi lehetôvé a robot inverz kinematikai feladatának analitikus vizsgálatát. A zárótag orientációjának leírásához felhasználjuk az Euler-szögeket is. Az analitikus összefüggéseket a [2] irodalom alapján vezettük le, az eredményeket [3]-ban közöltük. A kinematikai feladaton túl foglalkoztunk a robot dinamikai feladatával is a Newton Euler-egyenletek felhasználásával ([1]). A robottagokat merevnek tekintjük. Az egyes tagok dinamikai paramétereit részben becsléssel határoztuk meg. A kidolgozott elmélet alapján elkészült egy számítógépi program. A program a robot egy szerelés során végzett mozgását szimulálja (1. ábra), és meghatározza a csuklóban mûködô nyomatékokat is (2. ábra). 1. ábra. A robot valós és szimulált mozgása A szimulációs prog ram lehetôvé teszi tervezett mozgások tesztelését. Lehetnek olyan elôírt mozgások, amelyeket a robot nem tud megvalósítani, vagy nem az elôírt sebességgel hajtja végre. A szimuláció alapján választ kaphatunk az adott feladatra vonatkozó maximális terhelhetôségre is. A robot 3D-s alakfelismerési képességének kutatásával is elkezdtünk foglalkozni. Az alkalmazás szempontjából meghatározó felismerési viszonyokat vizsgáljuk. Köszönetnyilvánítás. A kutatómunka a TÁMOP-4.2.1.B. 10/2/KONV-2010-0001 jelû projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. 2. ábra. A csukónyomatékok OLASZ ATTILA, SZABÓ TAMÁS, MISKOLCI EGYETEM, ROBERT BOSCH MECHATRONIKAI TANSZÉK 1. KIRÁLY, B.: IPARI ROBOTOK KINEMATIKAI ÉS DINAMIKAI ELEMZÉSE, OKTATÁSI SEGÉDLET, MISKOLCI EGYETEM, MISKOLC, 1995. 2. SPONG, M., W. HUTCHINSON, S. VIDYASAGAR, M.: ROBOT MODELING AND CONTROL, JOHN WILEY & SONS, INC. NEW YORK, USA, 2005. 3. OLASZ, A. SZABÓ T.: DIRECT AND INVERSE KINEMATICAL AND DYNAMICAL ANALYSIS OF THE FANUC LR MATE 200IC ROBOT, XXV. MICROCAD INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE, SECTION E: APPLIED MECHANICS, 31 MARCH 1 APRIL 2011, PP. 37-42. WWW.ELEKTRO-NET.HU 15