Robotok működését segíthetik a Rektori Különdíjban részesült fiatal vizsgálódásai

TDK munkájáért a közelmúltban elismert másodéves mesterszakos gépészmérnök hallgató célja, hogy kutatásaival a gépek vezérlése kifinomultabb legyen.

„Manapság egyre nagyobb a térhódítása az egyes gépészeti berendezések automatizálásának, a gyártósorokon is jóval több speciális robot dolgozik: munkájuk szabályozása rengeteg érdekes megoldandó kutatói problémát vet föl” – mondta Bodor Bálint,  a Gépészmérnöki Kar (GPK) diákja, aki a BME házi Tudományos Diákköri Konferencián I. helyezést ért el „Alulaktuált rendszerek belső dinamikájának stabilizálása prediktív módszerekkel” című dolgozatával, így TDK Rektori Különdíjat vehetett át.

Bodor Bálintot már gyerekként érdekelte a gépészet, így a Váci Szakképzési Centrum Boronkay György Műszaki Szakgimnáziuma és Gimnáziumában gépésztechnikusnak tanult, majd a BME gépészmérnök alapképzésére jelentkezett. A sok terület közül a mechanika vonzotta leginkább. „A BSc harmadik félévében volt egy tantárgy, amely mechanizmusokkal foglalkozott; ekkor fogalmazódott meg bennem a TDK-zás lehetősége” – emlékezett, hozzátéve, hogy ekkor ismerkedett meg Bencsik Lászlóval, a Műszaki Mechanikai Tanszék (GPK) tudományos munkatársával, aki azóta is a konzulense.

A BME MSc képzésén másodéves hallgató TDK munkája a robotok szabályozásáról szól. „Egy olyan szerkezet, mint például egy daru, adott esetben egy egyszerű mechanizmussal rendelkező robotként is felfogható: egy teherhajó kirakodása során például a konténereket különféle helyekre mozgatja” – magyarázta a pályamű témáját, majd beszélt az ahhoz kapcsolódó szakmai kihívásról: „mérnöki feladatot jelent, hogy a robot – a daru – szabályozó egysége meghatározza, miképpen jutunk el egyik pozícióból a másikba. A gépészmérnökök elemzik, hogy a gép motorjainak mekkora nyomatékot milyen fordulatszám mellett kell kifejteni, ezt felhasználva pedig a villamosmérnökök már ki tudják számolni, mekkora feszültség szükséges a motorok meghajtásához”.

E rendszerek jellemezhetőek a szabadságfokukkal és az ún. beavatkozóik számával. A darus példánál maradva: a daru terhe – ami lehet egy konténer - a vízszintes síkban két irányban, egy-egy beavatkozóval, azaz egy-egy motorral mozgatható. A teher függőleges mozgatásához a kötél lelógó hosszát kell változtatni, amihez egy harmadik motor is szükséges, így összesen három beavatkozó van. Azonban a daru és a teher ennél többféleképpen mozoghat, hiszen az utóbbi képes két irányú lengésre, akár egy inga, így összesen a rendszer öt féle mozgást tud megvalósítani, azaz öt szabadságfoka van. Ez a rendszer tehát alulaktuált. (Ha a rendszerek több szabadságfokkal rendelkeznek, mint amennyi beavatkozóval, akkor beszélhetünk úgynevezett alulaktuált rendszerekről. Ez a tulajdonság speciális szabályozási feladatot nyújt, mivel az ilyen rendszerek belső dinamikával rendelkeznek, amelyeknek stabilitását a szabályozó megfelelő működéséhez garantálni kell – szerk.)

„A darus példát elemezve: mivel a teher képes a lengő mozgásra, amit a beavatkozókkal, a motorokkal közvetlenül nem tudunk befolyásolni, a rendszer saját belső dinamikával rendelkezik majd, ami nehezíti a feladat megoldását. A szabályozó optimális működése érdekében a mérnököknek a rendszer matematikai modelljével – mozgásegyenletével – ’ügyeskedve’ kell a feladatot megoldaniuk” – ecsetelte a részleteket a díjazott. A jelenleg elterjedt és alkalmazott szabályozók a pillanatnyi állapot alapján számolják ki, hogyan kell mozgatni a robotot. Bálint elképzelése arra alapul, hogy nemcsak ezen tényező, hanem a mozgás egész folyamata figyelmet kap. Elmondta: „ezt az ötletet kellett a matematika nyelvén megfogalmazni, és a megfelelő egyenletekbe átültetni. A modell tesztelésére szimulációkat írtam, programoztam, amelyek révén megmutattam, hogy a szabályozó mennyire működik megbízhatóan, pontosan”.

A kutatások alkalmazása széleskörű; a távolabbi cél, hogy a valós robotok vezérlése kifinomultabb legyen. Egyes gyártósorok csak robotokból épülnek fel, de van, ahol a dolgozókkal együtt végzik a munkát. Utóbbi esetben balesetveszélyes lehet, ha az emberrel véletlenül összeütköző robot teljesen merev fémtestből épül fel. Ez elkerülhető olyan elemek beépítésével, amelyek a robotkart rugalmassá teszik, így az ütközésből fakadó sérülés tompíthatóvá válik. „Ezek a rugalmas robotok viszont alulaktuáltak, így a pályájuk szabályozása – a saját belső dinamikájuk miatt – hasonlóan bonyolult feladat, mint a darus példa esetében” – hangsúlyozta a Rektori Különdíjban részesült műegyetemi diák.

A fiatal tehetségnek a mesterszakos diploma megszerzése után hamarosan döntenie kell az ipari és az egyetemi pálya között. „Egyelőre az utóbbi áll nyerésre” – vallotta. „Mindenképpen szeretnék kutatói területen elhelyezkedni, a ’hétköznapi’ tervezést nem tudnám hosszú ideig végezni” – vélekedett a jövőről. A gépészmérnök hallgató jelenleg demonstrátor: a Matematika A1a első féléves tantárgynál két gyakorlatot vezet, segítve a résztvevőket a feladatmegoldásban. Egy év múlva viszont valószínűleg doktorandusz lesz. Ezzel összefüggésben hangsúlyozta: „a tanítást nagyon szeretem, egy jól sikerült, jó hangulatú óra – amikor úgy látom, hogy az ott jelenlévők megértették a szakmai anyagot – kellemes érzéssel tölt el és ez nagyon motiváló”.

HA - GI

Fotó: Takács Ildikó