Od garáže k laboratoři: Cesta doktoranda k vývoji Stewartovy plošiny

První model plošiny podle známého Stewartova konceptu vytvořil Dominik Walica takříkajíc v garáži na koleni. K vývoji použil metodu pokus-omyl, k výrobě běžnou 3D tiskárnu a výsledek se mu vešel na stůl. Dnešní prototyp, který Dominik navrhnul, postavil od základu a během čtvrtého ročníku doktorského studia na Katedře automatizační techniky a řízení uvedl do provozu, zabírá půlku laboratoře, je plně funkční a připraven k dalším výzkumným úkolům.

Čerstvě výsledky své práce publikoval v impaktovaném časopise IEEE Access pod názvem "Multibody Simulation Model as Part of Digital Twin Architecture: Stewart Platform Example".

Dominikova Stewartova plošina

Stewartova plošina je známý koncept zařízení používaný především v leteckých či automobilových simulátorech. Dominik Walica z něj vycházel a díky podpoře z projektu Mechatronika vytvořil s ohledem na dané požadavky a možnosti plošinu vlastní, a to úplně od nuly. „O každé součástce bych mohl mluvit hodiny,“ říká doktorand, který touto prací prokázal skutečně širokou paletu technických znalostí a dovedností. „Navrhoval jsem mechanickou část plošiny, programoval jsem software a vyvinul simulační model. Na návrhu elektrické části jsem spolupracoval s kolegy s elektrotechnickou kvalifikací,“ popisuje Dominik. Podařilo se mu tak vytvořit komplexní mechatronické zařízení, které vyžadovalo zapojení strojního, elektrického i softwarového inženýrství. Po celou dobu prací se Dominik mohl spolehnout na podporu Katedry automatizační techniky a řízení, na níž působí, a především svého školitele profesora Petra Noskieviče.

Vývoj Stewartovy plošiny

Cesta k funkčnímu modelu Stewartovy plošiny, která se datuje se začátkem Dominikova doktorátu, však byla poměrně náročná. První model vytvořil prakticky svépomocí, k výrobě použil běžnou 3D tiskárnu. „Byla to taková malá hobby verze, vešla se mi na stůl. Hodně jsem se na ní nadřel, jelikož jsem pracoval způsobem pokus-omyl. Nebyla to dobrá cesta,“ uznává. V další práci proto Dominik využíval nástroje pro modelování a simulaci, díky nimž vytvořil simulační model v počítači. Ten mu v systematickém vývoji mechatronického zařízení výrazně pomohl, jelikož na něm ověřoval vlastnosti plošiny a podle potřeby ladil její parametry. „Seznámil jsem se s vlastnostmi mechanismu, jeho řízením včetně plánování trajektorií i problematikou pracovního prostoru ještě předtím, než jsem začal experimentovat s reálným zařízením,“ vypočítává Dominik a vysvětluje, že k výrobě druhé testovací i třetí finální verze přistoupil až ve chvíli, kdy model odpovídal jeho představám.

Když se nemusí do terénu

Současný prototyp je plně funkční paralelní manipulátor se šesti stupni volnosti, který slouží k buzení prostorových vibrací. Na horní desku plošiny lze upevnit objekt, jehož vlastnosti se mají zkoumat. Výhodou takového zařízení je testování výrobků v laboratorních podmínkách – nemusí se takzvaně do terénu. Dominik jeho funkci vysvětluje na příkladu testování kabiny vozidla. „Pomocí pohybů plošiny by šlo například simulovat síly působící na řidiče či komponenty vozidla při různých manévrech a vyhodnocovat sledované veličiny,“ vysvětluje doktorand. K pohybu plošiny pak dochází díky elektrickým lineárním aktuátorům, které umožňují dosažení frekvencí pohybů řádově v jednotkách Hz.

Velký vědecko-výzkumný potenciál

Dominikova Stewartova plošina má navíc v každé ose aktuátoru snímače, které měří síly působící na nohu plošiny během sledovaného děje. Doktorand tak například může sledovat, zdali zařízení nesměřuje k přetížení. Jednou z výhod vývoje vlastního zařízení je také možnost jeho individuálního uzpůsobení, ať už se jedná o prvky konstrukce, nebo řídicího softwaru. A právě v mnoha nejrůznějších budoucích aplikacích, k nimž může plošina sloužit, vidí její tvůrce největší přidanou hodnotu. „Plošina podle mého názoru představuje obrovsky kreativní vědecko-výzkumný potenciál. Těším se, jaké výsledky a poznatky její aplikace přinese,“ říká Dominik. Na plošině je podle něj přesto stále co vylepšovat. Ve své dizertační práci se Dominik zaměřuje na další využití simulačního modelu, který pomohl k vývoji plošiny. Měl by sloužit jako její digitální dvojče, které bude fungovat paralelně s reálným zařízením a s jeho řídicí jednotkou si bude vyměňovat data. Toto uspořádání by tak mohlo sloužit ke zlepšení efektivity řízení a bezpečnosti plošiny. „Cílem je být díky simulaci schopen předvídat případný krizový stav, zastavit pohyb a zabránit poškození,“ naznačuje Dominik Walica, který – jak vidno – se svou plošinou ještě zdaleka neskončil.

Text: Mgr. Lada Dittrichová, FS