Robot Mobilny na PLC

Dzisiaj chciał bym wam przedstawić wywiad z Panem Inż. Henrykiem Bąkiem z Zespołu Szkół nr.2 im. Ks. Stanisława Staszica w Wadowicach o ich projekcie Mobilnego Robota Kołowego który w 2005r na ogólnopolskim konkursie Technik Absolwent, organizowanym przez Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników, uzyskał 2 miejsce w Polsce.
Prezentowany Robot jest o tyle ciekawy że jako układ sterujący zastosowano sterownik Siemensa przeznaczony do typowo przemysłowych zastosowań, jak się dowiemy nie tylko.

Red. Czy mógł by pan powiedzieć co nieco o sobie naszym czytelnikom ??

• Jestem nauczycielem w Zespole Szkół nr.2 im. Ks. Stanisława Staszica w Wadowicach, wcześniej nazywanym Zespołem Szkół Mechanicznych a jeszcze wcześniej, gdy sam byłem jej uczniem „Politechniką Gorzeńską”.

  Nazywam się Henryk Bąk, z wykształcenia jestem inżynierem mechanikiem i również automatykiem. Od 14 lat uczę w mojej Szkole przedmiotów mechanicznych a także automatyki i robotyki.
  Wraz z uczniami zwykle wyższych klas technicznych od lat pracujemy nad różnymi ciekawymi rozwiązaniami technicznymi, tak w ramach prac dyplomowych jak również w ramach zajęć w pracowni automatyki i robotyki. Dorobkiem naszym jest kilkanaście różnych bardzo ciekawych ale i nowoczesnych rozwiązań w zakresie automatyki, sterowania, energetyki odnawialnej. Między innymi ostatnim dorobkiem jest zbudowanie mobilnego robota kołowego.

Red. Proszę nam opisać Robota ??

• Ostatnia wersja robota ( bo były wcześniejsze ) została przez nas nazwana dosyć przypadkowo „MoRoK” i jest to skrót od pełnej nazwy Mobilny Robot Kołowy. Jest obiektem mającym wysokość ok. 1 m. Porusza się na 4 kołach z których 2 są napędzane niezależnie od siebie. Posiada korpus wykonany z tworzywa sztucznego koloru srebrny metalik. Głowa wielkości piłki siatkowej osadzona jest obrotowo w korpusie. W głowie posiada kilka urządzeń, które pozwalają mu samodzielnie bądź zdalnie sterować ruchami korpusu oraz zamontowanymi w korpusie urządzeniami. Ręce są atrapami, gdyż nie stać nas finansowo aby wcześniej zaprojektowane i wykonane ręce zamontować do korpusu. Robot zasilany jest z 2 baterii akumulatorowych wbudowanych w korpus, oraz kilka przetworników napięcia.

Red. Kto wpadł na pomysł budowy robota?

• No cóż jeśli mam być szczery, to na pomysł robota złożyło się kilka okoliczności. W 2002 r. studiowałem na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki w AGH Kraków i tam zetknąłem się z bardzo ciekawymi i nowoczesnymi światowymi technologiami, równocześnie prowadząc doświadczenia naukowe zetknąłem się z Panem Kuratorem Oświaty w Krakowie, który chyba w żartach, ale powiedział w czasie promocji Szkół w 2002r mniej więcej słowa „ wypadałoby aby zrobił Pan robota który mógłby się z nami przywitać”. No i od tego się chyba wszystko zaczęło. Był pierwszy robot, który podawał i ściskał dłoń, później była wersja robota, który się poruszał, omijał samodzielnie przeszkody, posiadał wbudowany sztuczny neuron pozwalający samodzielnie śledzić obiektowi (głowie) poruszający się obiekt, wreszcie powstał MoRoK i chciałbym aby to była tylko wersja przejściowa. Tu muszę podkreślić, że na każdym etapie pracy spotykałem się z ogromnym zainteresowaniem uczniów, widziałem ich radość tworzenia czegoś co nie błyskało światełkami jak wiele zabawek, ale współpracowało z twórcą. Również Dyrekcja widząc zainteresowanie patrzyła przychylnie, czego wyrazem jest to, że mamy stworzone oddzielne pomieszczenie w którym możemy pracować nad swoimi rozwiązaniami.

Red. Z myślą o jakich zadaniach był budowany robot?

• Przede wszystkim warto zaznaczyć, że nie mieliśmy i nie mamy w dalszym ciągu jakiejś docelowej koncepcji. Może gdzieś w marzeniach, ale musimy być realistami. To bardzo kosztowne hobby i musimy się liczyć z możliwościami. Nie mogę zakładać celów, które uczeń nie będzie w stanie osiągnąć, bo się zniechęcimy – wszyscy. Pokazaliśmy, że stać nas na wiele, rozwiązania nasze są takie, jakie są np. przedmiotem badań na Uniwersytecie Alberta w Kanadzie co mieliśmy możliwość porównać w Internecie. Odpowiadając jednak na pytanie: robot ma poruszać się w przestrzeni nie przyjaznej dla człowieka, ma przynosić lub wynosić ładunki, powinien poruszać się samodzielnie za poruszającym się obiektem, posiada zdalne sterowanie radiowe, wbudowaną kamerę i mikrofon pozwalające operatorowi również kierować jego ruchami, jeśli robot straci kontakt z operatorem ma dojść samodzielnie do celu omijając przeszkody.

Red. Dlaczego robot humanoidalny?

• Wydaje mi się, że uczniowie kończąc naszą Szkołę osiągają ten poziom wiedzy, który pozwoli im w przyszłości ożywiać przedmioty, lub urządzenia mechaniczne. Krokiem bardziej rozwijającym wyobraźnie jest umiejętność naśladowania ruchów i funkcji człowieka. To bardziej fascynujące a zarazem efektowniejsze co na tym etapie jest nie bez znaczenia – stąd robot humanoidalny.

Red. Co jest “mózgiem” robota ?

• Otóż nasz robot posiada 2 współpracujące z sobą układy sterowania. Jeden z nich oparty jest na działaniu sztucznego neuronu, który steruje ruchem głowy i śledzi poruszające się obiekty. Drugi to zastosowany sterownik programowalny, w którym opracowany program pozwala robotowi na wykonywanie funkcji, które programista przewidział dla robota. Wreszcie operator ma także możliwość zdalnego sterowania ruchami robota z wyłączeniem jego funkcji jak Pan to nazwał mózgowych. Oczywiście układy te muszą z sobą współpracować przy zachowaniu pewnych nadrzędności sterowania. Np. operator nie może skutecznie zdalnie „ukręcić” głowy robotowi, gdyż ten odmówi takiej komendy i będzie wykonywał program awaryjny.

Red. Z jakich powodów to właśnie sterownik programowalny został wykorzystany do sterowania robotem?

• Sprawa jest prozaiczna. W programie nauczania miałem programowanie sterowników. Jeszcze w czasie gdy współpracowałem z kolegami z różnych krajów Europy, w ramach programu Sokrates zakupiono sterownik Siemensa i to właśnie w oparciu o niego możemy wraz z uczniami programować. Ogromną bolączką jest jednak to, że ma on zbyt małą pamięć operacyjną, która nie pozwala na ułożenie takiego programu, który podołałby wykonaniu równoczesnemu wszystkich funkcji robota o jakich wspomniałem wcześniej. Stanowi on również i granicę możliwości rozwojowych dla naszej rodziny robotów.

Red. W co jest wyposażony robot?

• Wspomniałem już, że robot posiada napęd kołowy, układ odbiorczy sygnałów radiowych do zdalnego ręcznego sterowania, miniaturową kamerę bezprzewodową z mikrofonem pozwalającą operatorowi oglądać przestrzeń przed robotem, wózek – podajnik zamontowany w korpusie mający pojemność ok. 4 l. a który otwiera się gdy robot dojedzie do celu. Oprócz tego zainstalowano w nim wiele czujników. Wspomniałem również, że na korpusie robota a także w jego obudowie przewidziano miejsce na zamontowanie w przyszłości sztucznych rąk.

Red. Czy planujecie rozbudowę robota?

• Zdecydowanie tak. Widzę ogromne zainteresowanie uczniów, ale i prasy miejscowej i regionalnej, rodziców np. w czasie ekspozycji Targów Oświatowych, Dni Otwartych w Szkole. Mamy bardzo wiele pomysłów na nowe nowoczesne rozwiązania. Obyśmy trafili jednak na bardziej sprzyjający grunt w zakresie sponsorowania. Nie trudno dzisiaj kupić chociażby na giełdzie internetowej np. gotowe sztuczne ramię do robota, ale to przecież nie jest naszym celem. Celem naszym jest przez naukę i własną prace dojść do określonych rozwiązań.

Red. Red. W co zamierzacie go wyposażyć?

• Przede wszystkim w duży sterownik. To podstawa i w ogóle warunek prowadzenia dalszych prac. Gdy tu ktoś nam pomoże, to chciałbym wymienić napęd gdyż obecny nie pozwala na synchronizowanie prędkości obrotowej koła lewego i prawego. Następnie prace szłyby w zakresie szerszego rozbudowania sieci neuronowej w nawigacji. Wreszcie trzeci kierunek to zastosowanie materiałów inteligentnych w konstrukcji sztucznej dłoni i ramienia.

Red. Kto budował robota i skąd uzyskano fundusze?

• Robota w całości wykonywali pod moim kierownictwem nasi uczniowie. Jak zaznaczyłem pracujemy nad tą rodziną już od 2001r. Obecny kształt i zaawansowanie techniczno-technologiczne jest osobistym w całości wkładem naszych uczniów. Trudno byłoby mi dzisiaj wymienić wszystkie nazwiska z całego okresu a nie chcę nikogo tu wyróżniać, wszyscy byli wspaniali, dali z siebie to, na co było ich stać, w 100 % sfinansowaliśmy to z własnych „kieszeni”. Pragnę wspomnieć jednak swych dyplomantów z Technikum Energetyki Cieplnej, Technikum Mechanicznego, Technikum Elektronicznego, to byli wspaniali uczniowie, dzisiaj studenci wielu uczelni krajowych i zagranicznych. Wiele elementów i urządzeń zakupiono (silniki, elementy elektroniczne, czujniki), część wykorzystano z części złomowych (napędy do pojazdów dziecięcych),bardzo wiele wykonano samodzielnie (korpus, głowa, ręce, podwozie, oprogramowanie,….) Nie mieliśmy szczęścia do pomocy z zewnątrz, a ta była by nam naprawdę ogromnie potrzebna.

Red. Do czego docelowo ma służyć robot?

• Przede wszystkim jak dotąd celom dydaktycznym i naukowym. Jeśli zaś środki finansowe pozwolą to celom ratownictwa jak również protetyki i rehabilitacji w medycynie

Red. Jak początkowe plany odbiegają od rzeczywistego wyglądu robota?

• Do pewnego momentu nic się nie zgadzało. Najpierw była to makieta na której poprzez ruchy rąk człowieka w przestrzeni wywoływaliśmy różne dziwne efekty ( błyski, dźwięki, różne ruchy elementów), później doświadczenia ze sztucznymi neuronami ( urządzenia do sterowania ogniwami słonecznymi), wreszcie sztuczna dłoń ( kiść ręki odwzajemniający uścisk dłoni człowieka i podający dłoń jeśli zbliżył się do modelu człowiek i wyciągnął przed siebie rękę). Wreszcie MoRoK w wersji podobnej już do dzisiejszej ale w wersji skromniejszej z mniejszymi możliwościami kinetycznymi. W przyszłości wygląd zewnętrzny chyba nie zmieni się za wiele. No może głowa i ręce, bo wielu ludzi ma swoje propozycje. Nas zaś najbardziej interesuje poziom inteligencji maszynowej, jaki zdołamy osiągnąć.

Red. Bardzo dziękujemy za wywiad i życzymy wielu sukcesów oraz sponsorów.

• Bardzo dziękuję za zainteresowanie tematem i przeprowadzenie wywiadu.

Red. Zbigniew Kiryk