česky english Vítejte, dnes je pátek 03. prosinec 2021

Továrna na stole

DPS 6/2020 | Zajímavosti - články
Autor: RNDr. David Obdržálek, Jiří Rotta │ JeDe Robot s. r. o.
01.jpg

V současné době je více než aktuální automatizace výroby, a to nejen výroby na velkých linkách, ale i automatizace v drobnějších provozech. Protože si tohle velmi dobře uvědomují všechny firmy, které něco znamenají na poli průmyslové automatizace, byly vytvořeny koncepty Průmysl 4.0 (Industry 4.0) a Internet věcí (IoT) určující směr, kterým by se automatizace a digitalizace průmyslu měla v budoucnu ubírat.

Aby byly tyto koncepty dlouhodoběji udržitelné, je třeba vychovávat nové pracovníky, kteří se s jejich pravidly seznámí už takříkajíc v kolébce.

Profesionální modely pro výuku

Je zřejmé, že kvůli seznámení s robotikou a automatizací nelze každou školu vybavit stovky metrů dlouhou výrobní linkou jako v běžné automobilce. Proto největší firmy zabývající se průmyslovou automatizací (například Siemens nebo Festo) začaly produkovat i modely automatických linek určené pro výuku. Modely byly nasazeny nejprve ve firemních školicích centrech, postupem času ale začaly pronikat i na půdu kvalitních vysokých a středních škol. Samozřejmě, že pro konstrukci i ovládání linek firmy využily své špičkové produkty, takže výsledná cena modelů nabobtnala na úroveň nepřijatelnou i pro mnohé prestižní školy.

Stavebnice

Do hry vstoupila firma Fischer vyrábějící skvělou technickou konstrukční stavebnici Fischertechnik, vzdáleně připomínající populární LEGO, avšak mnohem otevřenější a variabilnější.

Pro účely školní i firemní výuky dodává Fischertechnik už mnoho let různé funkční modely strojního vybavení, takže se samozřejmě nabídla myšlenka vytvoření školní sestavy. Firemní technici ji vytvořili pod jménem Industry 4.0 Training factory. Tento komplet, ačkoli také není levný, už je pro mnoho škol, učilišť i technických kroužků finančně dostupnější. I tak má ale z pohledu učitelů jeden veliký nedostatek: protože se jedná o klasickou „zacvakávací” stavebnici, složenou z mnoha miniaturních dílků, mikromotorků a převodových prvků, její odolnost proti zvídavým rukám žáků (žákuvzdornost) je minimální. To by snad nebylo tak velké neštěstí, ale nákup náhradních dílů je značně komplikovaný, často i nemožný.

zajimavosti-1
Obr. 1 Fischertechnik − Industry 4.0 Training factory

Továrna na stole

Naše školství začalo pod vlivem zvyšující se obliby hobby robotiky, a později i na základě konceptů IoT a Industry 4.0, jiné než výše zmíněné komplety nejsou dostupné. První vlaštovkou, která toto volání vyslyšela, byla před lety firma Merkur Toys s. r. o., ale po negativních ohlasech na kvalitu provedení a nedostatečnou podporu začala tamní výroba učebních pomůcek stagnovat, až téměř zanikla.

Před deseti lety se na základě poptávky středních a vysokých škol začalo konstrukcí modelů strojů zabývat tehdejší sdružení Hobbyrobot. Prvním výrobkem byl dopravní pás Transporter, na kterém byly vyzkoušeny postupy vedoucí k výše zmíněné „žákuvzdornosti“. Transporter byl od začátku konstruován jako celokovový s využitím průmyslových drážkových profilů, se všemi otočnými částmi uloženými ve valivých ložiscích, převodem výkonu ozubeným řemenem, pohonem krokovým motorem a odolným dopravním pásem. Protože ohlas ze škol byl více než dobrý, postupem času začaly přibývat další modely: portálový manipulátor Portman a kartézský manipulátor Kartman, ke kterému přibyl i regálový sklad.

zajimavosti-2
Obr. 2 Dopravník Transporter

V okamžiku, kdy školy objevily koncept Průmyslu 4.0 a těsně potom i koncept Internetu věcí (IoT), objevil se logicky zájem o složitější roboty, které by se více podobaly těm z obrázků a videí automatizovaných montážních linek. A tak vznikl dvouosý angulární manipulátor Minor a jeho větší trojosý bratr Major.

zajimavosti-3
Obr. 3 Manipulátor Minor

zajimavosti-4
Obr. 4 Manipulátor Major

Továrna na stole v reálném životě

Otázkou by mohlo být, co je na takovéto sestavě jiného než na těch výše zmíněných. Je to odolnost, variabilita a především možnost libovolné koncepce ovládání. Pro představu lze uvést jeden z prvních vyrobených robotů Kartman − ten dosud slouží přes den ve výuce na 1. stupni základní školy jako zajímavá hračka ovládaná joysticky, která malým školákům ukazuje, jak věci fungují. Po odpojení jediného konektoru, přenesení do jiné třídy a připojení na řídicí jednotku osazenou mikrokontrolérem Arduino slouží Kartman jako názorná pomůcka při výuce informatiky na 2. stupni základní školy, u které se žáci ani učitel nemusí bát, že chybou programu nebo nepříliš šetrným zacházením model zničí. Odpoledne se pak Kartman přemístí do kroužku výpočetní techniky. Tam je připojen na programovatelný automat (PLC), na němž se pokročilí studenti učí programovat skutečné řídicí jednotky a uvědomit si, že jimi vytvořené programy nemusí jen rozsvěcet barevné kontrolky, ale mohou řídit i téměř skutečné stroje (a to stejným způsobem, jako ty průmyslové).

Projekt v současné době obhospodařuje následník sdružení Hobbyrobot, firma JeDe Robot s. r. o., která zaručuje, že zájemci o tyto modely dostanou přesně to, co si přejí, protože zakázkové úpravy jsou možné (a běžné).

Řídicí systémy

Pomůcky pro výuku automatizace ve školách, stejně jako reálné výrobní linky by neměly valný smysl bez řízení.

Začněme tím, že všechny modely jsou poháněny krokovými motory, což je zcela běžná součást téměř každého složitějšího stroje. Senzory, které jsou též nedílnou součástí sestavy, jsou průmyslového typu a jejich výstupy odpovídají běžným zvyklostem. Zákazník má možnost volby nákupu holého stroje bez jakékoli elektroniky, stroje osazeného výkonovými prvky (tedy třeba ovladači pro krokové motory), stroje osazeného inteligentní řídicí jednotkou komunikující s nadřazeným systémem prostřednictvím G-kódů (běžně užívaných pro řízení CNC strojů a robotů) anebo úplný řídicí systém podle vlastního výběru. Rozsah tohoto výběru může být od nejjednoduššího mikrokontroléru PICAXE přes nejpopulárnější 8bitové Arduino, 32bitový Micro:bit, pokročilejší 32bitové kontroléry (jako je např. Raspberry Pi) až po výše zmíněné programovatelné automaty různých výrobců. Součástí dodávky jsou i vzorové programy podle přání zákazníka a samozřejmě i součinnost při instalaci a prvním spuštění celého systému.

Příklad – RoboTrain

Jak může vypadat Továrna na stole v plném nasazení, ukazuje komplet RoboTrain simulující automatizovaný sklad, v němž pilně pracují roboty Kartman, Portman a Major ve spolupráci se dvěma dopravníky Transporter. To vše je doplněno funkčním robotickým vláčkem, který přepravuje materiál (v tomto případě kontejner s bonbónem) ze skladu na místo určení.

zajimavosti-5
Obr. 5 RoboTrain

Asi největší zajímavostí tohoto kompletu je jeho řízení, které demonstruje koncept Průmyslu 4.0 i Internetu věcí. Jednotlivé stroje včetně vláčku a kolejových výhybek jsou autonomní a bezdrátově spolu komunikují průmyslovým protokolem MQTT. Zároveň ale komunikují i s nadřízenou řídicí jednotkou a veškerá data o své činnosti ukládají v reálném čase do cloudu. Je tedy možné dálkově sledovat pohyb kontejneru, skladové zásoby, a dokonce se přesvědčit, zda se vláček nezastavil před překážkou.

Závěr

Továrna na stole se stále vyvíjí, především jsou průběžně inovovány řídicí systémy, aby sledovaly nejnovější trendy výukových sestav. Kromě Továrny na stole je vyvinuto i několik dalších zajímavých přístrojů, které pomohou zpříjemnit suchou výuku automatizace. Je to ThermoCutter, což je miniaturní tepelná řezačka pěnových hmot, a EggBot, zejména mladšími žáky velmi oblíbený plotter, který umí pomalovat kulové a vejčité předměty, třeba ping-pongové míčky nebo velikonoční i jiná vajíčka. Zájemci se mohou s výše uvedenými modely podrobněji seznámit na: www.facebook.com/Factory.On.Table/ a www.facebook.com/RoboTrain/.

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik