O Katedrze

Celem Katedry Robotyki i Mechatroniki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie jest prowadzenie badań naukowych na najwyższym światowym poziomie oraz kształcenie naukowców i inżynierów spełniających wymagania współczesnego rynku pracy.

 

Katedra Robotyki i Mechatroniki powstała w roku 1999 a jej twórcą był Profesor Józef Giergiel. Katedra prowadzi działalność w ramach Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademii Górniczo – Hutniczej. Katedra Robotyki i Mechatroniki realizuje badania naukowe oraz kształci studentów w zakresie robotyki, mechatroniki, metod numerycznych, diagnostyki maszyn, monitorowania stanu konstrukcji, badań nieniszczących, dynamiki strukturalnej.

 

Katedra zatrudnia 26 pracowników naukowo dydaktycznych, którzy realizują prace w sześciu tematycznych zespołach. Wśród 32 pracowników zatrudniamy 2 profesorów tytularnych i 3 profesorów uczelnianych , 9 pracowników samodzielnych ze stopniem naukowym doktora habilitowanego. Podstawowe zespoły tematyczne to:

Robotyka i mechatronika I (roboty inspekcyjne i usługowe)

Robotyka i mechatronika II (roboty przemysłowe i medyczne)

Modelowanie i symulacja

SHM, NDT  i diagnostyka maszyn

Dynamika strukturalna

Materiały i struktury inteligentne 

Zaawansowane przetwarzanie sygnałów i analiza danych

 

Do rozwiązywania problemów naukowych oraz praktycznych problemów technicznych w Katedrze stosowane jest podejście mechatroniczne charakteryzujące się pracą zespołową, interdyscyplinarnością oraz integracją dziedzin. Takie podejście umożliwia  szersze spojrzenie na rozwiązywany problem (nie tylko z punktu widzenia naukowego, ale również z punktu widzenia rynkowego), co z  kolei daje możliwość uzyskania nie tylko wartościowych wyników naukowych, ale również efekty utylitarne w postaci wdrożeń.

 

W zakresie modelowania i symulacji badania prowadzone są w zakresie tematów związanych z modelowaniem wieloskalowym i wielodziedzinowym. Rozwijane są metody modelowania oraz ich zastosowania w projektowaniu i badaniach naukowych. Podejście jest stosowane w budowie modeli pojazdów, samolotów, satelitów, maszyn i instalacji przemysłowych, robotów przemysłowych oraz w energetyce. W skali mikro budowane są modele materiałów, struktur biologicznych, gdzie modelowane są zarówno własności fizyczne, jak i reakcje chemiczne. Zespół zajmuje się modelowaniem zjawisk fizycznych związanych ze statyką układów oraz zjawisk dynamicznych włączając w to zjawiska falowe w mikrostrukturach. Bardzo intensywne prace prowadzone są w zakresie modelowania zmian własności materiałów na skutek obciążeń eksploatacyjnych w różnych warunkach środowiskowych. Budowane modele i przeprowadzane badanie symulacyjne dotyczą układów liniowych i nieliniowych, zarówno ciągłych jak i dyskretnych w warunkach zdeterminowanych oraz w przypadkach występowania niepewności. Modele i ich symulacje stosowane są do wirtualnego prototypowania. Większość wyników symulacji weryfikowana i walidowana jest za pomocą eksperymentu fizycznego.

 

W zakresie robotyki i mechatroniki w Katedrze aktywne są dwa zespoły, jeden zespół realizuje prace z zakresu nowych konstrukcji robotów przemysłowych i medycznych, koncentrując się na problemach sterowania w szczególności sterowania układami nieliniowymi , doskonalenie napędów robotów, w tym napędów dla mikromanipulacji. Większość budowanych przez zespół konstrukcji oparta jest na równoległych schematach kinematycznych. W wielu przypadkach do sterowania stosowana są systemy wizyjne. Dla większości modelowanych konstrukcji budowane są prototypy fizyczne w szczególności ich układy sterowania implementowane są w postaci sterowników realizowanych w układach FPGA.

 

Drugi zespół realizuje prace związane konstrukcją robotów inspekcyjnych i usługowych. W szczególności prace skoncentrowane są nad konstrukcją robotów mobilnych, bezzałogowych statków powietrznych, robotów podwodnych, robotów kosmicznych, robotów do zastosowań górniczych i komunalnych. W ramach konstrukcji tych robotów badana jest problematyka mobilności w zmiennych i niepewnych warunkach podłoża, konstrukcji napędów robotów, nawigacja robotów, współpraca grupy robotów, komunikacja pomiędzy robotami w ekstremalnie niekorzystnych warunkach.

 

Kolejnym zespołem badawczym jest zespół zajmujący się problematyką badania stanu materiałów (NDT), monitorowania stanu konstrukcji w czasie eksploatacji (SHM) oraz monitorowania i diagnozowania maszyn (CBM) w szczególności maszyn wirnikowych. W zakresie technik NDT prowadzone są prace na temat rozwoju czujników oraz metod w szczególności metod emisji akustycznej, fal ultradźwiękowych oraz termografii aktywnej. Techniki te są stosowane do diagnozowania połączeń klejonych oraz spawanych, materiałów kompozytowych oraz struktur metalicznych. W zakresie technik SHM opracowywane są nowe metody monitorowania stanu konstrukcji, wykrywania i lokalizacji uszkodzeń, określania stanu zaawansowania uszkodzenia oraz prognozowania uszkodzenia. W zakresie prognozowania stosuje się metody oparte na data mining oraz analizę dużych zbiorów danych (big data).  Na bazie opracowywanych metod stworzono systemy badania konstrukcji, które mogą być zastosowane do monitorowania konstrukcji budowlanych, lotniczych oraz instalacji energetycznych i chemicznych. Wiele z opracowanych metod wdrożono w praktyce. W zakresie monitorowania i diagnozowania maszyn w Katedrze prowadzone są prace od początku jej powstania. W tym zakresie opracowano wiele nowych metod przetwarzania sygnałów, automatycznego wyznaczania progów alarmowych, procedur wnioskowania diagnostycznego, przede wszystkim diagnozowania opartego na modelu.  Opracowano konstrukcje unikalnych bezprzewodowych czujników pracujących w sieciach czujników służących do monitorowania rozległych instalacji przemysłowych w chemii, petrochemii i energetyce, zbudowano wiele kompletnych systemów monitorowania opartych o własne rozwiązania sprzętowe i programowe. Zbudowano również bardzo zaawansowane centrum diagnostyczne dla diagnozowania maszyn wirnikowych. Jednym z wdrożeń jest Centrum Monitorowania farm elektrowni wiatrowych.

 

Badania w zakresie dynamiki strukturalnej są również prowadzone od początku istnienia Katedry, w tym zakresie Katedra jest jednym z przodujących ośrodków.  Od wielu lat doskonalone są metody analizy modalnej, Katedra jest współtwórcą technologii operacyjnej analizy modalnej oraz analizy modalnej w czasie rzeczywistym. Dla realizacji tej ostatniej stworzono unikalne specjalizowane urządzenie dedykowane do badań flutterowych samolotów. Do unikalnej tematyki należy zaliczyć również opracowanie i zaimplementowanie w specjalizowanym sprzęcie filtru modalnego, który pozwala na śledzenie zmian w dynamice obiektów. Opracowana technologia została zastosowana do badania zmian dynamiki mostów i filtrowanie wpływu warunków atmosferycznych na jej zmiany. Zespół Katedry wykonał wiele testów modalnych w przemyśle samochodowym, przemyśle kolejowym i lotniczym oraz dla obiektów inżynierii lądowej. Wyniki tych testów były zastosowane do modyfikacji konstrukcji oraz dostrajanie modeli elementów skończonych.  Bardzo zaawansowane prace prowadzi się w Katedrze w zakresie rozwiązywania zagadnień odwrotnych dynamiki, a przede wszystkim prace te są ukierunkowane na identyfikacje sił obciążających konstrukcje, a więc rozwiązywanie zadań identyfikacji odwrotnej.  Rozwiązania te stosuje się do identyfikacji sił kontaktu oraz w przypadkach gdy nie jest możliwy bezpośredni pomiar  obciążeń.

 

Kolejnym zespołem badawczym jest zespół zajmujący się problematyką materiałów inteligentnych i energetyki. W tym zakresie prowadzone prace skoncentrowane są na doskonaleniu materiałów i ich zastosowaniach dla celów pozyskiwania energii, obniżania drgań konstrukcji, czy też magazynowania energii. Jednym z kierunków badań jest modyfikacja i implementacja nowych algorytmów sterowania w celu uzyskania pasywności energetycznej procesów technologicznych oraz sterownia instalacjami małych źródeł energii odnawialnej z uwzględnieniem kryterium ekonomii ich wykorzystania.  Jedną z ciekawszych konstrukcji jest układ stabilizacji temperaturowej łożysk foliowych oparty o technologie materiałów termoelektrycznych.

 

W zakresie kształcenia Katedra jest odpowiedzialna za kierunek kształcenia Mechatronika. Zajęcia prowadzone są w języku polskim i angielskim w zakresie pełnego kursu zarówno na I jak i II stopniu studiów. Obecnie na I stopniu studiów, w Katedrze studiuje 270 studentów na kierunku Mechatronika w języku polskim oraz 180 na tym samym kierunku w języku angielskim. Na drugim stopniu studiuje 120 studentów na specjalnościach projektowanie mechatroniczne oraz technologie kosmiczne. Dodatkowo w Katedrze studiuje rokrocznie około 40 studentów w ramach programu ERASMUS +. Prowadzone są również zajęcia na kierunku Automatyka i Robotyka. W zakresie kształcenia na III stopniu (studia doktoranckie) w Katedrze studiuje 35 doktorantów, którzy realizują prace doktorskie w większości w zakresie badań interdyscyplinarnych związanych z mechatroniką.

 

Katedra realizuje szeroki program współpracy z zagranicą oparty na prowadzeniu wspólnych projektów badawczych oraz organizacji seminariów i spotkań naukowych. Bardzo intensywnie rozwijana jest wymiana pracowników. Prawie wszyscy pracownicy Katedry  przebywali na długoterminowych stażach w przodujących ośrodkach naukowych w świecie.  Katedra współpracuje z następującymi jednostkami naukowymi na świecie; Sheffield University, Universität Innsbruck, Katholieke Universiteit Leuven, Vrije Universiteit Brussel, Universite de Technologie de Compiegne, INRIA, IRISA, Universität Stuttgart, University of Stavanger, Georgia Tech, UCSD, Bristol, Trinity College, Hong Kong Poly, Los Alamos Laboratories; Fraunhofer Institute, DLR , Cleveland University, Technical University Dresden.  Zespoły Katedry bardzo intensywnie współpracują z przemysłem polskim i międzynarodowym realizując wspólne prace badawcze, do najważniejszych partnerów przemysłowych Katedry zaliczyć można; Delphi, ALSTOM Power, Valeo, ABB, FESTO, HTL, ALSTOM Transport, Bombardier Transportation, TEAC, Ratier, Fiat, Renault, Airbus, Dassault, Onera, LMS, FUCHOSA, TRW, UTC, Teneco, SIKORSKY, P&W, Motorola, VULCAN (SEAcom GmbH), EBCC, Swidnik (Augusta/Westland), Volkswagen, Solaris, Stomil Sanok, Tauron, Grupa Azoty, Airbus, Alenia, Astrium, BAE SYSTEMS, DSTL, EADS, EPSRC, EU,ESA, FNP, Fiat, Messier-Dowty, QinetiQ, Rolls-Royce I wiele innych.

 

Katera Robotyki i Mechatroniki na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademii Górniczo- Hutniczej posiada bogate doświadczenie w realizacji projektów badawczych krajowych i międzynarodowych oraz we wdrażaniu innowacyjnych technologii w przemyśle. W ostatnim okresie zrealizowano projekty finansowane przez Fundację Nauki Polskiej (2 projekty); WELCOME (Universality of non-classical Approaches in Mechatronics – from Physics to Smart Structures) koordynowany przez prof. Wiesława Staszewskiego o wartości 6 777 000 zł, Mistrz (Structural health monitoring new techniques of structures health assessment) kierowany przez prof. Tadeusza Uhla,  Projekty Strukturalne (4 projekty) w tym: MONIT (Monitorowanie Stanu Technicznego Konstrukcji i Ocena jej Żywotności) o wartości 7 500 000 PLN (część dla AGH) kierowany w AGH przez prof. Tadeusza Uhla, Mechatroniczne stanowisko testowe typu „END LINE” przeznaczone do diagnostyki poprodukcyjnej pojazdów autobusowych , trolejbusów i hybryd o wartości 6 477 000 PLN koordynowany przez prof. Tadeusza Uhla, projekty międzynarodowe EUREKA CHASING E! 4970 nt. Zaawansowane metody symulacji podwozi i zawieszeń: Optymalizacja dynamiki trakcji pojazdów inteligentnych o wartości 2 400 000 PLN, którego głownymi partnerami przemysłowymi byli SOLARIS Bus & Coach oraz EC Engineering, EUREKA E! 4070 CIDAF7 nt. Wpływ zmienności parametrów projektowych i technologicznych na własności dynamiczne układu hamulcowego kierowany przez dr hab. inż. Wojciecha Lisowskiego o wartości 1 625 000 PLN,  EUREKA E! 2419 FLITE (Flight Test Easy) kierowany przez prof. Tadeusza Uhla z takimi partnerami jak Airbus, Dassault, Siemens LMS 5 400 000 PLN kierowany przez prof. Tadeusza Uhla, MADUSE: Modelling Product Variability and Data Uncertainty in Structural Dynamics Engineering z partnerami Renault i FIAT, Copernicus project PL96-4283 „HELISAFE” Model Based Improvement of Performance Maintainability and Reliability of Helicopter Structure, CAME GT Thematic Network – Cleaner and More Efficient Gas Turbines z partnerami ALSTOM Power, Rolls Royce, MGB, DLR, VUB, Gastec, Siemens, Ansaldo Ljubljana Turboinstitut.  Wiele z nich skończyło się wdrożeniem produktów lub technologii u współwykonawców, np. w ramach projektu MONIT opracowano technologię wibrotermografii, którą wdrożono do badania materiałów kompozytowych w firmie MONIT SHM, która jest firmą spin- off powstała na bazie tego projektu. W ramach projektu Chasing opracowano metodę optymalizacji zawieszeń autobusów, którą wdrożono w SOLARIS BUS&COACH, wdrożono również produkcję bezzałogowych helikopterów oraz głowic obserwacyjnych dla UAV w firmie UAVS Polska sp. z o.o (spin-off), razem z firmą AXTONE wdrożono do produkcji zupełnie nową konstrukcję zderzaka tramwajowego będącego wynikiem projektu celowego, z firmą BOMBARDIER ZWUS wdrożono nowy system ruchem kolejowym oparty o łączność bezprzewodową. System jest zainstalowany na trasie Lipno – Łuczany. Największym pod względem wartości był projekt celowy tramwaju niskopodłogowego wdrożonego do produkcji wspólnie z PESA SA, których wyprodukowano już ok. 200 szt. Obecnie w Katedrze realizowane są dwa projekty międzynarodowe X – Sensor koordynowany przez firmę EC Systems (spin off Katedry) dotyczący konstrukcji bezprzewodowego czujnika oraz FOGA (BMZ koordynator projektu) dotyczący doskonalenia konstrukcji baterii Litowo – jonowych do zastosowań domowych i komunalnych. Wielu z pracowników Katedry ma doświadczenie w pracy w zespołach międzynarodowych oraz we współpracy z przemysłem. W ostatnich czterech latach pracownicy Katedry opracowali 35 zgłoszeń patentowych, 18 uzyskanych patentów oraz ponad 600 publikacji naukowych, wiele z nich w czasopismach o najwyższym IF w dziedzinie mechaniki, automatyki i robotyki oraz materiałów inteligentnych. Przeciętna liczba punktów do oceny parametrycznej jednostki przypadająca na jednego pracownika to 65 punktów, według punktacji oceny jednostek naukowych Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego (rok 2013). Świadczy to o wysokim przeciętnym, poziomie pracowników jednostki. Katedra posiada bardzo dobrze wyposażone w aparaturę laboratoria, miedzy innymi posiada unikalny, zrobotyzowany system do badań odkształceń i zjawisk falowych w materiałach oparty o techniki laserowe, dynamiczną maszynę wytrzymałościową z komorą klimatyczną oraz systemy do szybkiego prototypowania układów sterowania robotów.