komplexní technické systémy s podporou software ptc creo parametric

Komplexní technické systémy s podporou softwarePTC Creo Parametric

ROBOTSYSTEM, s.r.o.Ing. Daniel Polák, Ph.D.

Výkonné řešení pro firmy libovolné velikosti!

Creo je škálovatelná sada navzájem provázaných aplikací pokrývající celé spektrum vývojového procesu.

Creo Parametric je 3D plně parametrický software, který umožňuje:1. Tvorbu 3D modelů2. Vytváření sestav3. Tvorbu detailní dokumentace včetně 2D a 3D výkresů4. Plošné modelování5. Modelování plechových součástí6. Ergonomické analýzy pomocí digitálního modelu člověka7. Modelování svařenců8. Statické a kinematické analýzy9. Real-time fotorender a animace10. Programování NC obrábění11. Výměnu dat12. Modelování příhradových konstrukcí13. Rychlý přístup na web14. Rozšiřitelnou knihovnu standardních prvků a nástrojů

Creo je modulární systém, díky kterému můžete rozšiřovat nové moduly, aplikace a funkce.

Hasicí a záchranářský robot HARDY

Víceúčelový robotický

transportér

Univerzální robotický stretcher

se všesměrovými koly

Komplexní technické systémy vyvinuté s podporou software PTC Creo Parametric

Vyvinut v rámci projektu TANDEM Výzkum a vývoj modulární struktury servisních zásahových a záchranářských robotů (FT-TA5/071).

Je primárně určen k hašení a manipulaci s předměty v průběhu protipožárního zásahu a dalších krizových situacích.

Prototyp byl poprvé vystaven na 52. MSV Brno 2010.V průběhu své premiéry a na dalších výstavách postupně získal robot Hardy tato ocenění:

Zvláštní cenu 52. Mezinárodního strojírenského veletrhu v Brně, kterou předal vedení třinecké společnosti ministr průmyslu a obchodu Martin Kocourek.

Hlavní cenu GRAND PRIX na mezinárodním veletrhu TECHNICON INOVACE 2010 v Gdaňsku.

Medaili prezidenta Mezinárodní federace asociací zlepšovatelů "The IFIA Innovation Medal" v rámci IV. Mezinárodní výstavy inovací IWIS 2010 ve Varšavě.

Zlatou medaili v rámci IV. Mezinárodní výstavy inovací IWIS 2010 ve Varšavě.


Robot Hardy je určen k zásahům v (pro člověka nebezpečném) prostředí požáru nebo v jeho těsné blízkosti, kdy je člověk, záchranář v bezprostředním ohrožení života, jak po stránce teplotní, tak po stránce mechanické, tj. možnost zranění padajícími předměty, ohrožení výbuchem apod.

Podvozek robotu poskytuje díky svým rozměrům, hmotnosti a robustnosti požadovanou stabilitu.

Rameno robotu je z hlediska typů pohonů hybridní. Robot je vybaven dálkovým ovládáním a potřebnou

vizualizací prostřednictvím kamer umístěných na rámu a pracovním rameni robotu.

Operátorské pracoviště robotu je řešeno formou kufru. Obraz z kamerového systému robotu může být promítán na monitor operátorského stanoviště nebo do 3D brýlí.


Hasicí uchopovací hlavice představuje unikátní spojení manipulačního efektoru s hasicí hlavicí.

Tato skutečnost umožňuje rychleji a efektivněji vykonávat základní operace (hasící + manipulace) bez nutnosti záměny efektorů.

Uchopovací hasicí hlavice je uchycena na manipulačním rameni robotu pomocí interface, který výměnu efektorů umožňuje.

Uchopovací hlavice je vybavena trojicí nastavitelných uchopovacích kleštin, ovládaných pomocí hydraulických válců.

Změna vzájemné konfigurace uchopovacích kleštin efektoru, jejich aretace a ovládání rozstřiku proudnice je zajištěno elektropohony.

Uchopovací hasicí hlavice je vyvinuta pro přenášení tlakových lahví (o průměru 80 až 360 mm) a jiných předmětů válcového tvaru.

Díky přestavení čelistí může uchopovat i předměty tvaru koule a některé předměty obecného tvaru.


Vývoj hasicího a záchranářského robotu Hardy probíhal s podporou metod a postupů metodiky konstruování.

Při návrhu pohonů modulu manipulace na základě zvolené kinematické struktury a požadovaných parametrů zadání (zejména dosahu a nosnosti).

Všechny mechanismy hasicího a záchranářského robotu byly rozpohybovány v modulu Mechanism CAD systému Pro/ENGINEER Wildfire 5 a byly vyšetřeny na kolizní stavy.

V rámci vývoje řídicího systému a jeho programového kódu pak byla řešena kolize efektoru s modulu manipulace a ostatními prvky robotu, zejména podvozkem.


Technické parametry robotuManipulační rameno

Maximální nosnost ramene 380 kgPočet os ramene 5Rozsah pohybu v jednotlivých osách 1: ±120°

2: 0° až 125°3: 0° až 155°4: neomezeně5: ±100°

Maximální rychlost pohybu osy 60°/sPohon os ramene elektrický, hydraulickýZpůsob chlazení vnitřní chlazení vodouMaximální dosah ramene (měřeno od osy točny po interface) 2200 mm

EfektorMaximální nosnost efektoru 300 kgPočet čelistí 3Pracovní polohy čelistí v opozici (2 proti 1), do kruhu (po 120°)Pohon čelistí hydraulickýTyp proudnice univerzální proudnice pro vytváření kompaktního a roztříštěného vodního proudu s elektricky řízenou plynulou regulací

Typ hasicího média vodaMaximální průtok hasicího média 400 l/min.Jmenovitý/maximální pracovní tlak 0,6/1,2 MPa

RobotMaximální rozměry v přepravní poloze (d/š/v) 3100/2060/2910 mm (hodnoty platí při nasazené radlici)Pohon robotu dieselový motor s hydraulickým agregátem a elektrickým generátoremVýkon spalovacího motoru 58 kWPohon pojezdu hydraulickýMaximální rychlost pojezdu 10,6 km/hCelková hmotnost 4500 kg Způsob chlazení robotu ostřik vodní mlhou

Tab. 1: Technické parametry robotu


Vizualizace koncepce robotu ve variantách.

Vizualizace koncepce hasicí uchopovací hlavice.

Kompletní vývoj zejména manipulačního ramene a efektoru.

Správa kompletního modelu celého robotu.

Kinematické analýzy mechanizmů.

Vizualizace finálního řešení.


Hasicí a uchopovací hlavice robotu HARDY

Příklad prvního kola návrhového výpočtu

požadovaných momentů pro pohony jednotlivých kloubů

modulu manipulace.

Návrh manipulačního ramene robotu HARDY

Návrh 5. kloubu manipulačního ramene

Návrh pohonu 3. kloubu manipulačního ramene


Finální model robotu


Víceúčelový robotický transportér pro záchranu osob a zásahy v krizových situacích, ve zvláště obtížných terénních a/nebo klimatických podmínkách byl vyvinut v rámci projektu TIP č. FR-TI1/572.

Transportér je využitelný jako průzkumné a zásahové robotické vozidlo s dálkovým řízením operátorem - možnost záchrany bez posádky i s možností jeho ovládání řidičem.

Transportér byl vyvinut za účelem integrace špičkových robotických i zásahových technologií (částečná autonomie).

Tento projekt byl prezentován v roce 2012 na pražském workshopu "Robots underpinning future NATO operations", kde bylo nastíněno potenciální využití víceúčelového robotického transportéru pro oblast misí NATO.

Víceúčelový robotický transportér

Určen pro zásah při krizových situacích, které se odehrávají v náročném terénu.

Osmikolový, diferenčně řízený podvozek s možností nasazení pásů. Základem pohonu je spalovací motor KOHLER AEGIS LH775. Jako

alternativu je možno využít motor Škoda 1,2 HTP. Transportér je vybaven záchranářským lehátkem pro přepravu raněných

osob (funkce terénní sanitky). Systém řízení transportéru byl vyvíjen tak, aby umožňoval převzetí

manuálního řízení v případě zranění řidiče využití zařízení jako průzkumného vozidla bez posádky a pro dálkové řízení s částečnou autonomií vybraných funkcí.

Víceúčelový robotický transportér nabízí možnost dálkového ovládání operátorem.

Transportér je vybaven kamerovým systémem (v základním provedení jedna kamera vpředu, druhá vzadu).


Víceúčelový robotický transportér – technické parametry

Parametr Hodnota

Rozměry (délka/šířka/výška) 3415/1800/2010 mm (výška je uvedena včetně ochranného rámu posádky v případě převrácení vozidla)

Typ podvozku Diferenčně řízený osmikolový, čtyři tuhé nápravy s možností nasazení pásů

Typ řízení Na vozidle nebo dálkové z operátorského pultu

Dosah dálkového řízení cca 1000 m

Kamerový systém Přední a zadní kamera s IR přísvitem

Stabilizační systém Monitoring náklonu v příčné a podélné ose vozidla

Brzda Vícelamelová elektromagnetická

Průměr/šířka pneumatiky kola 25“/12“

Napětí elektrického obvodu 12 a 24 VDC

Typ motoru – varianta 1 Kohler Aegis LH 775, kapalinou chlazený dvouválcový čtyřtaktní zážehový motor Výkon motoru 23 kW/31 HP

Typ motoru – varianta 2 Škoda 1,2 HTP, kapalinou chlazený, řadový, tříválcový zážehový motorVýkon motoru 51 kW/ 69 HP

Maximální rychlost 40 km/h

Spotřeba paliva 3,5 l/h – cca 17 l/100 km (při jízdě po silnici prům. rychlostí 20 km/h)– cca 35 l/100 km (při jízdě terénem prům. rychlostí 10 km/h)

Nosnost 550 kg

Suchá hmotnost 625 kg

Přední/zadní nájezdový úhel 45°/45°

Tab. 2:Tabulka základních technických parametrů víceúčelového robotického transportéru


Základem podvozku transportéru byly nakupované komponenty.

Součástí vývoje robotického transportéru bylo nahrazení stávajících mechanických vazeb ovládacích prvků vazbami elektronickými.

Značně komplikujícím faktorem jsou v tomto případě vždy přítomné odchylky 3D modelu od reálné konstrukce.


Pevnostní analýza ochranného rámuRozstřel základního rámu, pohonu a převodů

podvozku


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


Modelování designového krytu řídítek


Tvorba výrobní dokumentace


Specifický přístup k procesu vývoje robotického zařízení dle požadavků potenciálního zákazníka s sebou nese i zcela výjimečné nároky na tvorbu výkresové dokumentace.

Byly vytvořeny firemní šablony standardních i nestandardních (prodloužených) výkresových formátů.

Všechny tyto skutečnosti se v případě velkých sestav promítají do vysokých nároků na výkon pracovních stanic konstruktérů a vývojových pracovníků.


Vyvinut v rámci projektu TIP č. FR-TI1/552 „Výzkum a vývoj systému pro záchranu a přepravu osob v traumatickém a/nebo kontaminovaném stavu“.

Robostretcher byl poprvé představen na největším evropském veletrhu zdravotnické techniky a farmacie MEDICA 2011 v Düsseldorfu.

V rámci uživatelské soutěže AV ENGINEERING AWARDS 2012 získal projekt „Výzkum a vývoj systému pro záchranu a přepravu osob v traumatickém a/nebo kontaminovaném stavu“ 1. místo v kategorii Vývoj výrobku s podporou software Creo (dříve Pro/ENGINEER) a aplikace Mathcad.

Robotický stretcher je své podstatě motorovou pojízdnou miniresuscitační jednotkou, určenou pro rychlý a bezpečný transport pacientů, zejména v traumatickém stavu, se současným zajištěním jejich základních životních funkcí.

Hlavní výhodou stretcheru je podvozek, který umožňuje pohyb všemi směry.

Robostretcher je vybaven univerzálním aretačním mechanismem Rolfix F102, který umožňuje využít různá nosítka běžně používaná v ambulancích či v záchranářských helikoptérách.

Univerzální robotický stretcher se všesměrovými koly

Baterie s extrémně vysokou kapacitou jsou řízeny řídící jednotkou, která zajišťuje jejich optimální nabíjení a přesnou indikaci jejich aktuálního stavu na dotykovém LCD displeji.

Teleskopický sloup umožňuje výškové nastavení a sklápění ovládacího panelu do požadované pozice. Plně elektricky ovládaná ložná plocha umožňuje polohování do pozic Trendelenburg

a Antitrendelenburg (stanoveno normou). Boční posun ložné plochy o 16 cm významně usnadňuje přesun pacienta. Další předností je vysoká nosnost. Na Robostretcher lze připevnit celou řadu nosítek a multifunkčních

nástaveb, mimo jiné také speciální kontejner pro kontaminované pacienty, kteří jsou závislí na autonomním systému vzduchové filtrace.

Prototyp Robostretcheru byl testován na oddělení Fakultní nemocnice Ostrava, kde byly prověřeny všechny požadované funkce.


Technické parametry ROBOSTRETCHERu

Parametr Hodnota

Délka 2300 mm (v přepravní poloze), 2460 mm

Šířka 990 mm

Hmotnost bez nástavby a příslušenství 392 kg

Nosnost (bezpečné pracovní zatížení) 360 kg

Výška ložné plochy 660 – 1060 mm

Rozměry ložné plochy 1920 x 680 mm

Doporučený rozměr matrace 1920 x 680 mm

Výška postranic nad ložnou plochou 320 mm

Bezpečné pracovní zatížení ložné plochy 285 kg

Boční posun ložné plochy ± 160 mm

Polohování části zad (délka 70 cm) 90°

Polohování části nohou (délka 180 cm) 0°

Trendelenburg / Antitrendelenburg 16°

Interface ROLFIX F102

Ostatní Všesměrová kolaPohon kolMožnost připojení izolačního boxu pro transport kontaminovaných pacientů

Tab. 3: Tabulka základních technických parametrů univerzálního robotického stretcheru


Koncepce podvozku se všesměrovými koly

Designová studie


Ověření správné ergonomie ovládání a finální model Robostretcheru


Využití skeletonů při vývoji všesměrového kola


Obecně lze říci, že u všech realizovaných projektů byl použit standardní postup návrhu (vývoje), který vychází ze segmentů teorie TRIZ a algoritmu řešení ARIZ tak jak jsou v současné době součástí Goldfire Innovator, tj. zejména: tvorbu koncepčního zadání, analýzy současného stavu, návrh koncepcí ve variantách, návrh kinematických struktur mechanizmů, výběr vhodné varianty řešení, postupné detailní rozpracování vybrané varianty do finální podoby.

Podle typu projektu a konkrétního zařízení jsou v průběhu vývoje konstrukčního řešení využívány pevnostní analýzy a optimalizace a metoda TOP-DOWN designu (skeletony).

V prvních fázích vývoje jsou velmi důležitým prvkem analýzy současného stavu a dle potřeby využití dalších nástrojů a postupů metodiky konstruování.

V průběhu vývoje všech dosud realizovaných projektů jsme se potýkali s problematikou dostupnosti vhodných pohonů, jejich velikosti, hmotnosti, výkonem, hmotností a velikostí dostupných akumulátorů a s efektivním využitím moderních technologií obecně (hlavně z ekonomického hlediska). Výzvou do budoucna je právě zvyšování využití moderních technologií výroby a materiálů při výrobě prototypu a jeho následné optimalizaci pro kusovou a malosériovou výrobu.

Proces návrhu komplexních technických systémů

Vytvořit kvalitní startovací soubory a šablony pro tvorbu výkresové dokumentace tak, aby se maximálním možným způsobem využívaly parametry případně relace a tvorba výkresové dokumentace pak mohla proběhnout v co nejkratším čase.

Pracovat tak, aby 3D model byl nositelem všech informací (využití parametrů, 3D poznámek, uvádět tolerance ke kótám vzájemného uložení prvků apod. – při předávání dat mezi členy týmu pak nedochází k opomenutí těchto důležitých faktů).

Maximálně využívat metodu Top-Down modelování a další pokročilé funkce nástavbových modulů (např. konfigurace sestav).

Při tvorbě výkresové dokumentace ctít zásadu, že pokud je to možné, bude pro tvorbu všech pohledů výkresu využita pouze jedna sestava (díl) modelu – nutno maximálně využívat zjednodušených reprezentací, funkce snap shots pro polohy mechanizmů apod.

Vyladit výrobek co nejvíce ve stádiu virtuálního modelu (snažit se o využití všech dostupných analýz a optimalizačních nástrojů).

Striktně dodržovat dohodnutá pravidla tvorby a správy dat. Nepoužívat jednoslovné názvy modelů ani neidentifikovatelné zkratky. V ideálním případě implementovat PDM Windchill.

Doporučení pro využití systému Creo při vývoji komplexních technických systémů

Děkuji za pozornost

komplexní technické systémy s podporou software ptc creo parametric

Documents