Všeobjímající příroda zná cestu
k energeticky efektivním pohybům
ve výrobě zítřka a dává
impulzy novým ohromujícím
aplikacím. Na mnoha příkladech
ukazuje, jak se dá s minimální
energetickou potřebou docílit
maximálních výkonů. S pomocí
bioniky chce Festo vypátrat nové
technologie a předložit je zákazníkům
jako efektivnější automatizační
řešení.
Festo Bionic Learning Network
je spolkem Festo se známými vysokými
školami, ústavy, vývojovými
firmami, který se v posledních
letech etabloval jako pevná součást
inovačních procesů této společnosti.
Festo chce být vedoucím inovátorem
ve svém oboru, proto musí
volit zcela nové a jiné cesty než
doposud, aby nabídl zákazníkům
přidanou hodnotu.
Řeší bionické konstrukční
nástavby pro manipulační průmysl
a vyvíjí nové technologie chapadel
pro flexibilní a adaptivní uchopování.
V biomechatronice zkouší
nové soustavy pro řízení a regulaci
autonomních bionických systémů
až po Smart Systém Integration
a využívání moderních komunikačních
technologií. V budoucnosti
budou mít pro rozvoj automatizace
výroby stále větší význam
autonomní, flexibilní, adaptivní
a samoregulační procesy. Vývoj
má kráčet také dalším rozvojem
senzoriky a regulační techniky
cestou decentrálních a autonomních
samoregulačních a samoorganizujících
systémů inspirovaných
přírodou.
Aqua Penguin
Bionický tučňák je jako autonomní
podvodní prostředek nositelem
nových technologií, využití
inovativních materiálů a tvořivých
kombinací nejrůznějších
konstrukčních a funkčních principů,
využitelných v automatizační
technice. Samostatně se orientují
v bazénu, samostatně se navigují
a využívají variabilní vzory skupinového
chování. Z přírody byl
převzat tvar těla vhodný z hlediska
proudění a elegantní pohon ploutví
(lopatek). Roboti-tučňáci mohou
manévrovat v malém prostoru, případně
mohou být na místě nebo
dokonce – na rozdíl od přírodní
předlohy – mohou plavat vzad.
Absolutní novinkou v robotické
technice je všemi směry pohyblivý
trup. Aby to bylo možné, jsou hlava,
krk a ocasní segment vybaveny
novou 3D Fin Ray®-strukturou
rozšířenou na trojrozměrný prostor.
Servomotory a řídicí technika jsou
umístěny v suchém hlavním segmentu
trupu. Manévrování je podporováno
inteligentní 3D-senzorikou.
Pro analýzu prostředí je tučňák
vybaven speciálním 3D-sonarem,
který pracuje s podobnými ultrazvukovými
širokopásmovými signály
jako delfíni nebo netopýři.
Konstrukci trupu lze v automatizaci
využívat jako flexibilní tripod
uspořádání (např. v manipulační
technice). Bionic-Tripod má rozšířený
pracovní prostor ve srovnání
s dosavadními tripody. Možné
jsou rovněž Pick-and-Place aplikace
s 90° přesahem. Kombinovaný
s flexibilními a adaptivními chapadly
umožňuje pohyb objektů různého
tvaru a křehkosti.
Také inteligentní senzorika poskytuje
nové možnosti. Umožňuje tučňákům
bezkolizní plavání ve skupině při
současném zvládnutí vysoké regulace
tlaku, teploty, poloh apod. Přechod do
regulační techniky lze dokumentovat
na redukčních tlakových regulačních
ventilech VPOPM a VPWP pro servopneumatiku.
Tučňáci v přírodě jsou umělci
jak přežít. Jejich způsob plavání
a potápění zkoumali vědci přímo
v Antarktidě řadu let. Při vyhledávání
potravy často uplavou 100 km
denně. Při tom se ponořují do hloubky
350 nebo 700 m (císařští tučňáci).
Ve vodě jsou rychlí, vytrvalí a úžasně
obratní. Jejich špičková rychlost
je těsně pod 30 km/h a energeticky
úsporná cestovní rychlost je cca 10-
15 km/h. Jsou perfektně tvarovaní
a jejich jednoduchá elegance se spojuje
s nejvyšší energetickou efektivností.
Vlečné zkoušky s modelyodlitky
vřetenového těla tučňáků
poskytují ve srovnání s dobře známými
proudovými modely-tělesy
o 20-30 % nižší odpor proudění
(Cw-hodnota < 0,02 při Reynoldsově
čísle asi 106). K tomu dodávají
elasticky tvarovatelné plochy křídel
vysokou smykovou účinnost.
Tučňáci mohou s plným žaludkem
(cca 1 kg ráčků) doplavat do
vzdálenosti 180 km. Kdyby tankovali
benzin, pak by to znamenalo,
že s litrem benzinu mohou doplavat
chladnými vodami asi 1500 km.
Tyto fenomenální výkony se staly
důvodem bionické konverze.
Pohybovou sílu dodává jeden silný
elektromotor, jehož otáčky jsou
stejné jako rázová frekvence křídel.
Přenos síly na křídla obstará
pákový systém. V něm je zapojeno
další stavěcí servo, které posunutím
otočného bodu účinné délky pak
může měnit poměr přesahu, čímž je
regulována rázová amplituda.
Air Penguin
Ekvivalentem Aqua tučňáků volně
se pohybujících v definovaném
vzdušném prostoru jsou Air
Penguin. Volnost poskytují tučňákům
mikrokontrolery a neviditelné
ultrazvukové vysílací stanice. Air
Penguin se skládají z ballonetu naplněného
cca 1m3 helia, které vytváří
cca 1 kg vztlaku. Na předním a zadním
konci ballonetu je pyramidový
útvar za čtyř prutů z uhlíkových
vláken a navzájem pružně propojených
kroužků s odstupem cca 10 cm.
Vytváří tak Fin Ray strukturu, která
se může volně pohybovat ve všech
prostorových směrech. Tato struktura
je přenesena z rybího ocasu
a rozšířena na prostorové aplikace.
Ballonetem probíhají nosníky
křídel. Jde o novou konstrukci křídel,
která mohou vytvářet dopředné
i zpětné posuvy. Každé křídlo je aktivováno
dvěma servomotory. Rázové
servo realizuje pohyb nahoru a dolu
a nastavovací servo nosníků křídla
mění působiště tlaku. Centrální rotační
servo umožňuje stoupání nebo
klesání. Všechna serva jsou řízena
proporcionálně. Hlídání energetické
zásoby umožňuje v případě potřeby
autonomní návrat k napájecí stanici.
Technické údaje
Air Penguin
Dálka 3,70 m, max. průměr trupu
0,88 m. Objem helia 0,980 m3.
Rozpětí křídel 2,48 m. Hmotnost
1 kg. Aktivace nosných ploch, nosu
a ocasní ploutve: 9 servo. Materiál
vztlakového tělesa: hliníková napařovací
fólie s hmotností 22 g/m2.
Akumulátor pro pohon křídel a trupu
Li-Po aku 2000 mAh, 4,2 V.
Mikrokontrolerová přijímací senzorika,
tlakový senzor pro měření
výšky, ultrazvukové měření vzdálenosti,
gyroskop pro měření natočení,
teplotní senzor a směrová
a polohová senzorika s kompasem
a akcelerometrem.
Technické údaje Aqua
Penguin
Délka 0,77 m. Délka suchého prostoru
0,42 m. Max. průměr trupu
0,19 m. Rozpětí křídel 0,66 m. Váha
na vzduchu 9,60 kg.
Základní těleso je z laminovaného
plastu zesílené skleněnými vlákny,
3D Fin Ray Effekt® z plastových
prvků, křídla ocelový pružinový
drát, silikon a polyamid, lanka
a pera: polyethylenová vlákna.
Hlavní pohon elektrický 12 V (70
mNm), převodovka 43:1 planetová
(7 Nm).
Napájení Li-Po aku 11,1 V, 15 Ah,
max. rychlost 5 km/h. Doba nasazení
6-7 hodin. Jeden čtyřkanálový
přední sonar, jeden tlakový senzor.
Palubní procesor VR Mega 128, 2
x RS232, 8 kilobyte EEPROM, 64
kilobyte RAM.
Projekt má řadu renomovaných
partnerů (projektování, mechanika,
senzorika, elektronika, hardware,
software apod.).
Bionic-Tripod s Fin Gripp er
V automatizaci je stále důležitější
flexibilita, lehkost pohybu a energetická
efektivnost. Bionic-Tripod
ukazuje možnosti důsledného odvozování
bionických konstrukčních
principů. Může se flexibilně pohybovat
a adaptivně uchopovat. Fin
Fay® princip je v Bionic-Tripodu
poprvé účinně převeden na požadavky
automatizace výrobních procesů.
Celé zařízení je řízeno robotickým
řídicím softwarem CMXR od Festa.
Rozhraní mezi Bionic-Tripodem
a obrobkem vytváří adaptivní chapadla
Fin Gripper. Bionický efekt
je odvozen z pohybu rybí ocasní
ploutve. Fin Gripper je tak flexibilní,
že může uchopit křehké a nepravidelně
tvarované předměty (např.
žárovky) a bezpečně je odkládat.
Pro účely Rapid Prototypingu má
Festo vyvinutý systém 3D iFab-tisku.
Vyměnitelné hlavy umožňují
tisknout různými materiály (např.
čokoládou, silikony nebo termoplasty).
Rozhodující je viskozita
materiálu a jeho poměrně rychlé
vytvrzování.
Interaktivní stěna
Reaguje v reálném čase na chování
člověka před stěnou a přeměňuje
ho v pohyb, případně ve světlo
a hudbu. Stěna se skládá ze 7 prvků
(š= 1,09 m, v=5,30 m, h=0,53 m).
Každý stěnový element sestává ze
struktury s Fin Ray Effect®. Stěna
se pohybuje a vychyluje dvěma
elektrickými pohony. Struktura
se pohybuje kolem středové osy
od a k provozovateli, deformuje
se konvexně nebo konkávně. Jednotlivé
elementy stěny se mohou
vlnit nebo reagovat na návštěvníky.
Používají se ultrazvukové senzory
pohybu. Interaktivní stěna naznačuje
novou formu dynamické architektury.
To se uplatňuje především
v architektuře veletržních stánků,
které zaujmou všechny smysly návštěvníka.
MOLECU BES : at raktivní
program ovat elný
robotický systém
Základem systému je kostka, na
kterou se může v šesti směrech
vázat další molecubes jako molekuly
v chemické vazbě. Koncovými
kameny molecube mohou být
chapadla, kamery nebo hnací osy.
Nové konfigurace mohou bezdrátově
komunikovat v rámci celého
systému. Konfigurace do datového
modelu je vytvářena na PC.
Molecubes je technika přitažlivá
pro všechny mladé a zájemce. Kombinuje
učení pomocí vlastních zkušeností
s nejnovějšími možnostmi
modulární softwarové a robotické
techniky. Roboty se samy sestavují
a programují a umožňují pochopit
problematiku automatizace. Při
změně automatizačních úloh se tak
dá nový kontroler CPX-CEC a PC
s univerzální programovací plochou
a modulární elektrické periférie
jako CPX jednoduše, tak jako
molekuly, začleňovat a ukotvovat
do systému. /an/
