CZ/EN

Aktuality

Cena Wernera von Siemense 2020 pro naší absolventku

Publikováno: 11. 03. 2021

Cenu Wernera von Siemense 2020 za nejlepší práci na téma Průmysl 4.0 získala Ing. Megi Mejdrechová z Fakulty strojní Českého vysokého učení technického v Praze. Oceněna byla její diplomová práce s názvem „Návrh robotického lakovacího pracoviště s využitím snímání pohybu a imitace lakýrníka“.

Megi Mejdrechová ve své diplomové práci popisuje originální způsob, jak robotizovat malosériové průmyslové lakování. V menších lakovnách většinou lakuje člověk ruční stříkací pistolí. Je to práce ve špinavém a nezdravém prostředí, a i proto je problém sehnat do lakoven zaměstnance. Tuto situaci by mohlo vyřešit nasazení robotů, problémem však je, jak roboty správně naprogramovat, aby lakovaly dobře. Řešení navržené v této práci využívá snímání pohybu lakýrníka. Nasnímaná data se zpracují a podle nich se automaticky naprogramuje robot. Ten pak dokáže opakovat lakování přesně podle člověka. Je to podobné jako Kinect nebo Wii hry, kde se pohyb ruky přenese skrz ovladač do virtuální reality. V tomto případě ale stačí lakýrníkovi malá kamera přidělaná na stříkací pistoli, přičemž pohybem neovládá svou herní postavu, ale průmyslového robota. Lakýrník jednou robotovi předvede, jak se výrobek lakuje, a robot podle toho nalakuje zbytek výrobků v sérii.

Nejzajímavější na práci Megi Mejdrechové je samotný princip řešení robotického lakování. Na rozdíl od klasických přístupů není středobodem programátor robota, ale dělník, který předtím činnost vykonával ručně. Není to tedy tak, že člověka jednoduše nahradíme robotem, naopak je oba integrujeme do jednoho celku. V něm dochází k automatizovanému přenosu dat a hlavně know-how mezi člověkem a robotem. Člověk se tak z dělníka ve znečištěném prostředí stává zdrojem inteligentní supervize nad robotem, čímž dostává tradiční robotizace kolaborativní formu.

Megi Mejdrechová si téma práce vybrala proto, že představovalo inženýrskou výzvu. Sprejové lakování je výborným příkladem procesu, který má smysl robotizovat, protože lakovna je hodně nevlídné prostředí. Zároveň ale klasické techniky plánování robotické trajektorie na lakovacích úlohách selhávají. Proto zahrnula prvky Průmyslu 4.0, které se pro řešení nakonec ukázaly být užitečné.

Řešení snadno najde uplatnění i v jiných provozech
Jednou z možností, jak pohyb robota naprogramovat, je metoda pokus-omyl. To ale není výhodné, protože to pro každý výrobek trvá dlouho a v malosériové produkci se navíc výrobky rychle střídají. Potřebný pohyb robota nelze ani odvodit z tvaru lakované součásti, protože ten je často velmi složitý a nejde matematicky popsat. Autorka proto ve své práci přišla s metodou plánování robotické trajektorie pomocí imitace člověka.

Tato metoda je obecná a mohly by ji aplikovat nejen lakovny. Již dnes sice může operátor vzít robotické rameno, volně s ním hýbat na požadovaná místa a tím robotu trajektorii ukázat, varianta navrhovaná autorkou práce je však jednodušší, přirozenější a přesnější. Zhotovené řešení je navíc hardwarově i softwarově nenáročné a finančně dostupné, takže je vhodné i pro menší firmy.

Řešení, které Megi Mejdrechová navrhla, se týká sprejování aerosolu lakovací pistolí, ale lze jej snadno rozšířit na jakoukoli operaci vykonávanou nějakým ručním nástrojem – například na nanášení lepidla, natírání nebo tryskání. Robot může mít v end-effectoru také měřicí zařízení a provádět diagnostiku, například skenovat povrch výrobku nebo měřit teplotu.

Vize a plány do budoucna

Nejtěžším na celé práci bylo zvládnout úlohu zaznamenávání pohybu. Tato zdánlivě snadná věc totiž ještě není vyřešena, naopak je lokalizace a navigace ve vnitřních prostorech velmi aktuální téma výzkumu. „Musela jsem projít a otestovat hodně variant, jak ji řešit, navíc s ohledem na náročné provozní podmínky v lakovně, než jsem nakonec našla jednu optimální,“ popisuje Megi Mejdrechová potíže, s nimiž se musela během práce vypořádat. „Od začátku jsem chtěla vyřešit problém automatizace lakovacího procesu nejen teoreticky, ale hlavně vyvinout funkční prototyp a experimentálně ověřit, že navržený koncept dává smysl. Znamenalo to promyslet každý detail v řetězci operací vedoucích od ručního lakování vzorového kusu až po rozhýbání robota v automatizované lakovací buňce. Byla to velká výzva ale taky velká zábava,“ říká.
V současnosti se těší na příležitost vyvinutý nástroj náležitě otestovat v reálných podmínkách. Pak by se chtěla od prototypu posunout dál směrem k minimal viable product a zkusit nástroj prosadit v průmyslové praxi. „Vidím v tom potenciál, protože například lakovně, se kterou jsme v kontaktu, zatím nikdo řešení dodat nedokázal,“ vysvětluje svoji motivaci.

Vedle tohoto záměru má ještě několik dalších vizí, jak na svoji práci navázat. „Teď se věnuji AI a strojovému učení v robotice. Jeden z nápadů je s pomocí systému na snímání pohybu, který jsem navrhla, vytvořit dataset a aplikovat imitation learning. Tím by šlo dosáhnout určitého stupně autonomie robota, který by se naučil lakovat i nové výrobky bez lakýrníkovy předlohy,“ nastiňuje plány Megi Mejdrechová.

Nadšení pro techniku a štěstí na zajímavé téma

Cena Wernera von Siemense není prvním uznáním její práci. V minulosti již autorka získala 1. místo v soutěži diplomových prací Zvoníčkovy nadace při Fakultě strojní ČVUT v tematické skupině Teoretické základy strojírenských oborů (cena prof. Karla Spály).

Ceny Wernera von Siemense si Megi Mejdrechová dle svých slov velmi váží proto, že jde o prestižní ocenění, které se navíc neomezuje pouze na technické obory a konkurence je tedy veliká. „Když jsem práci psala, žádné ambice soutěžit s ostatními jsem neměla. Myslím, že jsem spíš měla díky vedoucímu a oponentovi štěstí na zajímavé téma, a to se mi povedlo kvalitně zpracovat. Že to bude právě moje práce, kterou porota vybere, v to jsem ani nedoufala,“ říká. „Přála bych si, aby tohle ocenění nebylo na konci, ale na začátku mojí profesní cesty,“ dodává.

Ke studiu techniky vedlo Megi Mejdrechovou přání pochopit, jak běžné věci kolem nás fungují. V soukromém životě patří k jejím hlavním zájmům hudba, na které ji fascinuje naopak to, že pochopit, vysvětlit ani vyčíslit ji nelze.

Více informací o výsledcích soutěže najdete zde.

Foto: Siemens Česká republika 

Fotogalerie