Představujeme vám unikátní výukový fyzikální model trojitého inverzního kyvadla pro demonstraci pokročilých metod automatického řízení, používaných pro systémy uvedené skupiny. Tento model reprezentuje sofistikovanou pomůcku pro výuku a výzkum v oblasti kybernetiky.

Pro svou náročnost jak v oblasti matematického modelování a návrhu algoritmů řízení, tak v oblasti návrhu mechanické konstrukce a instrumentace při realizaci skutečného fyzikálního modelu, je schopnost řešit tuto úlohu vědeckou komunitou někdy označována jako měřítko dovedností (benchmark) v oblasti automatického řízení.

Inverzní kyvadla jsou předmětem intenzivního výzkumu v oblasti robotiky a jsou mimořádně zajímavá i z teoretického hlediska – patří totiž do skupiny nestabilních, silně nelineárních, podaktuovaných a neminimálně fázových systémů, pro jejichž řízení je zapotřebí pokročilých algoritmů kybernetiky. Za tímto účelem se využívají pokročilé algoritmy tzv. moderní teorie řízení, konkrétně z oblasti optimálního řízení, které jsou součástí výuky ve studijním programu Řídicí a informační systémy. Na prezentovaném fyzikálním modelu lze najít řadu dílčích zajímavých témat na úrovni od bakalářských prací až po disertační práce. Model umožňuje uživateli výzkum a vývoj svých vlastních algoritmů řízení. S matematickým i fyzikálním modelem lze pracovat na několika úrovních, od simulace v systému Matlab&Simulink až po realizaci řídicích algoritmů v řídicím systému REXYGEN běžících v reálném čase na vestavěném zařízení. Typickým výsledkem výzkumných prací je pak výšvih soustavy ramen z dolní do horní polohy a stabilizace ve vzpřímené poloze.

Klasická úloha s fyzikálním modelem inverzního kyvadla je velmi rozšířená. Nejčastěji se setkáváme s jednoramenným kyvadlem, méně rozšířen je model dvojitého kyvadla. Prezentovaný unikátní model trojitého inverzního kyvadla se však vymyká běžným úlohám svou složitostí a náročností algoritmů řízení. Prezentované trojité kyvadlo vidíte na uvedeném obrázku. Všechny klouby jsou volně otočné, bez aktuátorů.  Vzpřímená poloha všech tří ramen je dosažena jen působením definovaného lineárního posuvu vozíku doleva a doprava.

Unikátní vlastnosti modelu:

-modularita: mechanické přepínání konfigurace mezi jednoduchým, dvojitým a trojitým kyvadlem

– řízení pomocí průmyslového počítače REX AIC (Advanced Industrial Computer) navrženého
speciálně pro tento účel, případně pro obdobné úlohy vyžadující velmi nízkou periodu vzorkování

– runtime jádro řídicího systému REXYGEN běží se vzorkovací frekvencí 1 KHz

– servo měnič pro ovládání pohybu vozíku je řízen přes EtherCAT

– bezdrátový přenos dat ze senzorů natočení jednotlivých ramen (perioda 700 mikrosekund)

– data z bezdrátového přijímače jsou zpracovávána pomocí FPGA

+

Není co řešit,
FEI je moje budoucnost ...

Chci na FEI, chci podat přihlášku

Autonomní kloubová vozidla jsou předmětem intenzivního výzkumu v oblasti robotiky a jsou mimořádně zajímavá i z teoretického hlediska – patří totiž do skupiny nestabilních, silně nelineárních, podaktuovaných a neholonomních systémů, pro jejichž řízení je zapotřebí pokročilých algoritmů kybernetiky. Na prezentovaném fyzikálním modelu lze najít řadu dílčích zajímavých témat na úrovni od bakalářských prací až po disertační práce. Model umožňuje uživateli výzkum a vývoj svých vlastních algoritmů autonomního řízení. Typickým výsledkem je pak automatizovaný pohyb celé soustavy po určité trajektorii, který lze snadno vizualizovat. Nejzajímavější výzvou je naprogramování couvání modelu ze zadané výchozí pozice do zadaného cíle, případně navíc včetně objíždění překážek. Pro řešení takové úlohy je nutno navrhnout vhodnou referenční trajektorii a poté zpětnovazební řízení, které bude soustavu udržovat na těchto trajektoriích. Za tímto účelem se využívají pokročilé algoritmy tzv. moderní teorie řízení, konkrétně z oblasti optimálního řízení, které jsou součástí výuky ve studijním programu Řídicí a informační systémy. K fyzikálnímu modelu existuje i virtuální model, který lze chápat jako digitální dvojče. S matematickým i fyzikálním modelem lze pracovat na několika úrovních, od simulace v systému Matlab&Simulink až po realizaci algoritmů v řídicím systému REXYGEN běžících v reálném čase na vestavěném zařízení (např. Raspberry Pi), které si s sebou nese tažné vozidlo.

Kromě navigačního systému VivePRO SteamVR Base Station 2.0 je sestava vybavena senzory:

-magnetické IRC pro měření úhlů kloubů a rychlosti vozidla

-detekce a měření vzdálenosti 2D – LIDAR.

a akčními členy:

-servomotory s vysokou rychlostí a přesností pro individuální řízení obou předních kol

-stejnosměrný motor pro pohyb vozidla.

+

Není co řešit,
FEI je moje budoucnost ...

Chci na FEI, chci podat přihlášku

​​Dalším úkolem je ochrana motoru a jeho částí proti přehřátí. Ve spolupráci s firmou Continental jsem se podíleli na vývoji unikátního vysokoteplotního senzoru s rozsahem -40 °C až 1200 °C, který je založen na optickém principu. Dokázali jsme společně vyvinout senzor, který měří teplotu pomocí dvojice optických vláken pomocí unikátní kombinace metod. Výsledkem je přihláška evropského patentu, která podtrhuje unikátnost vyvinutého řešení nejen v České republice, ale také v rámci celého světa.

+

Není co řešit,
FEI je moje budoucnost ...

Chci na FEI, chci podat přihlášku

​​Studenti programů Řídicí a informační systémy a Počítače pro průmysl 21.století mají možnost během studia pracovat s pokročilými nástroji pro tvorbu Digital Twin a také s nástroji pro virtuální uvádění do provozu, např. Tecnomatix, Visual Components, Mechatronic Concept Designer či SIMIT. Výsledek své práce pak mohou vidět ve formě atraktivních animací, videí nebo je mohou procházet pomocí virtuální reality.

+

Není co řešit,
FEI je moje budoucnost ...

Chci na FEI, chci podat přihlášku

​​Systémy, které jsme pomáhali vyvíjet, dnes seřizuje světla pro značku Jaguar a Mercedes Benz. Projekt spadá do oblasti studijního programu Řídicí a informační systémy (tvorba SW + komunikace s průmyslovými roboty) a také program Výpočetní a aplikovaná matematika (výpočet pro seřízení).

+

Není co řešit,
FEI je moje budoucnost ...

Chci na FEI, chci podat přihlášku

​​Laboratoře Katedry kybernetiky a biomedicínského inženýrství jsou plné průmyslových i mobilních robotů světových značek jako Kuka, Mitsubishi Electric, Fanuc, MIR. Každý student programu Řídicí a informační systémy, ale také programu Počítače pro průmysl 21.století projde komplexní sadou předmětů zaměřených na robotiku a absolvuje studium s řadou praktických znalostí a zkušeností.

+

Není co řešit,
FEI je moje budoucnost ...

Chci na FEI, chci podat přihlášku

Účelem je vytvoření automatizovaného vývojářského zařízení pro komplexní obrazovou kontrolu prostřednictvím různých kamerových systémů a skenerů. Motivací projektu je výrazně zpřesnit a urychlit dosavadní vývojový proces strojového vidění,  při automatizované výrobě a kontrole nových produktů, materiálů a technologií.

Ve vývoji nových systémů řízení hraje velikou roli jejich schopnost vnímat okolí. Automatická kontrola kvality výrobků a navádění robotů jsou v současné době zcela nezbytné pro high- tech řešení v průmyslu. Projekt je realizován s podporou programu APLIKACE – Výzvy č. VII  v rámci Operačního programu Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost 2014–2020 ministerstva průmyslu a obchodu.

+

Není co řešit,
FEI je moje budoucnost ...

Chci na FEI, chci podat přihlášku

Tento výzkumný projekt představuje kombinaci experimentálního vývoje a průmyslového výzkumu zajišťovaného konsorciem tvořeným dvěma členy (Tecpa s.r.o. a VŠB-TUO). Projekt se zaměřuje na výzkum a vývoj inovativních technik monitorace srdeční a dechové aktivity pacientů při vyšetření v magnetické rezonanci.

Záměrem projektu je výzkum a vývoj vícekanálového tlakového senzorického systému imunního vůči elektromagnetickému rušení, které vzniká při funkci magnetické rezonance. Mezi další související očekávané výsledky patří i prototyp jednokanálového senzorického systému, ovládací software a komplexní poloprovoz.

Výstupy tohoto výzkumu mohou vyšetření pomocí MRI zrychlit, jelikož zde není nutná dlouhá příprava jako u konvenčních technik (zejména čištění nebo vyholování míst pro nalepení EKG elektrod). Výstupem projektu bude jednoduché řešení ve formě lehátka, které bude zabudované do podložky MR skeneru. Tento způsob spouštění magnetické rezonance je jednoduché, kompatibilní se všemi výrobci skenerů i s různými intenzitami magnetického pole.

+

Není co řešit,
FEI je moje budoucnost ...

Chci na FEI, chci podat přihlášku

Tato unikátní výzkumná aktivita je financována Technologickou agenturou České republiky a třemi soukromými firmami. Projekt je naplánovaný do 4 let a dvou hlavních fází. V první z nich je cílem vytvoření simulátoru plodového elektrokardiogramu (EKG), který bude schopen vytvářet signály podobající se těm v těle těhotné ženy. Jedná se o volné pokračování předešlého výzkumu, během kterého vznikl unikátní softwarový generátor signálů. Tento simulátor je součástí unikátního Fantomu fetálního elektrokardiogramu, který si výzkumná skupina nechala patentovat.

Vyvinutá technologie bude sloužit k modelování elektrické aktivity srdce plodu a matky včetně rizikových stavů, různých poloh a gestačního stáří́ plodu, děložních kontrakcí́, vícečetné těhotenství́ apod. Toto zařízení může umožnit další posun v testování algoritmů a monitorovacích zařízení, jelikož bude navržen tak, aby byl kompatibilní́ s dnešními technologiemi používanými v klinické praxi. V budoucnu může sloužit i jako simulátor těla těhotné ženy pro zaškolování klinických pracovníků.

Technologie fantomu představuje nezbytný stupeň pro realizaci prototypu domácího monitoru plodu, jehož vytvoření je hlavním cílem druhé fáze tohoto projektu. Domácí monitor na bázi fetální elektrokardiografie by mohl umožnit těhotným ženám sledovat svého nenarozeného potomka v pohodlí domova. Kontinuální monitorace by dále mohla být využitelná pro zlepšení záchytu poruch srdečního rytmu (arytmií) nebo k jejich potvrzení, tedy jako alternativa tzv. EKG Holtera u dospělých. Podstatné je, že takové vyšetření je neinvazivní, napájené z baterie, snímání signálu je pasivní a plod ani těhotnou ženu vyšetření nijak neovlivňuje. 

+

Není co řešit,
FEI je moje budoucnost ...

Chci na FEI, chci podat přihlášku

V souvislosti s epidemií COVID-19 byla koncem roku 2020 IoT skupina Katedry kybernetiky a biomedicínského inženýrství oslovena pracovníky z Fakultní nemocnice Ostrava, zda je možnost měření koncentrace kyslíku na covidových jednotkách. Důvodem byla zejména bezpečnost na těchto odděleních, kde probíhá intenzivní léčba pacientů s těžkým průběhem COVID-19 kyslíkovou terapií. Hrozí zde výskyt nebezpečné koncentrace kyslíku (O2) a tím i riziko vzniku požáru nebo výbuchu.

Komplexní řešení je založeno na české IoT technologii IQRF, kdy senzory komunikují pomocí topologie IQMESH a přenos je zabezpečen šifrováním. Tím je zaručena vysoká robustnost samotné bezdrátové sítě. Senzor je zcela autonomní, neinvazivní, napájení zajišťuje primární baterie o kapacitě 19 Ah. Na základě měření vlastní spotřeby je zaručen bezproblémový provoz 5 let při měření každých 5 minut.

Vyvinuté řešení je chráněno užitným vzorem a je možno ho nasadit na všech odděleních, kde probíhá kyslíková terapie. Bezdrátové senzory mají významný přínos pro bezpečnost covidových jednotek, zejména v době, kdy byla epidemie opět na vrcholu a v nemocnicích bylo mnoho těžkých případů.

 

+

Není co řešit,
FEI je moje budoucnost ...

Chci na FEI, chci podat přihlášku

Zveme tě na virtuální prohlídku

Projdi se naši budovou, laboratořemi a učebnami ... když to nejde osobně, tak alespoň virtuálně

Podej přihlášku ve druhém kole

Podat si přihlášku na jeden z našich studijních programů můžeš až do 31.7.2022!