Kehittyneiden säätömenetelmien ja konenäön avulla supervoimia liikkuvien työkoneiden automatisointiin
Kaivos- ja maanrakennusteollisuus automatisoituu erittäin nopeasti ja monia aikaisemmin ihmisen ohjaamana tehtäviä töitä kyetään tekemään täysin autonomisesti. Santeri Lampinen tutki väitöskirjatyössään hydraulisten rikotuspuomien automatisointia. Työn tuloksena syntyi rikotuspuomin ohjaukseen suunniteltu autonominen järjestelmä, joka yhdistelee konenäköä, edistyneitä säätömenetelmiä ja älykästä päätöksentekoa kyetäkseen itsenäiseen tuottavaan työhön.
Automaation käyttöönoton haasteena on usein työtehtävään liittyvät epävarmuudet, tehtävän vaihtelevuus ja muuttuva ympäristö. Näistä selviytymiseen tarvitaan laajaa anturitietoa ja usein myös konenäköä, eli automaattiseen kuvankäsittelyyn perustuvaa havainnointijärjestelmää.
Autonomista järjestelmää varten vaaditut menetelmät ovat laaja-alaisia. Santeri Lampisen työn tuloksena on syntynyt useita uusia ratkaisuja, jotka edistävät hydraulisten työkoneiden tarkkaa ja nopeaa ohjausta.
Viime aikoina erityisesti metsäkoneille on kehitetty robottimaisia puomin kärkiohjaustapoja, jotka avustavat koneen käyttäjää. Työkalun kontaktivoiman hallintaa vaativien täysin robotisoitujen tehtävien kehitys on kuitenkin huomattavasti haastavampaa.
– Rikotuspuomisovellutuksessa robotisoitua puomia ajetaan tarkasti konenäköjärjestelmän laskemiin lohkareiden ihannepisteisiin, joihin tulee kohdistaa tarvittava työkaluvoima. Haasteena on mm. keikkuvat ja teräväsärmäiset lohkareet, joihin voima pitäisi saada kohdistettua. Ihannepiste rikotukseen lasketaan lohkareiden geometria huomioiden, jotta työn onnistumisprosentti saadaan mahdollisimman korkeaksi riippumatta lohkareiden koosta tai muodosta, sanoo Santeri Lampinen.
Autonomisen ohjausjärjestelmän lisäksi väitöskirjassa käsitellään etäläsnäoloon perustuvaa ohjausjärjestelmää raskaille työkoneille, minkä avulla työkoneen ohjaaja voisi operoida työkonetta turvallisesti verkkoyhteyden yli. Etäläsnäolo perustuu siihen, että työkoneen ohjaajalle esitetään haptisen ohjaimen voimapalautteen avulla työkaluun vaikuttavat voimat.
– Etäläsnäoloon perustuvaa ohjausjärjestelmää on helppo lähestyä ajattelemalla kyseistä järjestelmää esimerkiksi kaivinkoneessa. Kaivinkoneen kuljettaja voisi ohjata kaivinkonetta turvallisesti erillisestä ohjaushuoneesta käsin ja hallita tuntoaistilla, onko kaivinkoneen kauha kontaktissa muokkauskelpoisen maan vai esim. kovan kallion kanssa. Jotta tällainen järjestelmä toimisi raskaissa työkoneissa, täytyy kaivinkoneen tuottamat voimat ja liike skaalata ihmisen hallitsemalle tasolle, jolloin ohjaaja saisi ns. supervoimat käyttöönsä, Lampinen kertoo.
Yhteistyössä kotimaisen teollisuuden kanssa
Santeri Lampisen väitöskirjatyö on toteutettu tiiviissä yhteistyössä kaivosteollisuuden laitevalmistaja Rambooms Oy:n kanssa. Yritys on osa lahtelaista Marakon-konsernia. Työn tieteellinen ohjaus on Tampereen Yliopistosta, kun taas työn tutkimuskysymys on lähtöisin Rambooms Oy:n kilpailukyvyn kannalta oleellisten tutkimus- ja kehitysprojektien tarpeista. Toimintamallissa yritykset saavat väylän hyödyntää ja siirtää uusinta akateemista tutkimusta yrityksen toimintaan. Samalla syntyy luontainen koulutuspolku yrityksen vaativiin asiantuntijatehtäviin.
– Yliopiston ja valmistavan teollisuuden yhteistyö on erittäin tärkeää, kun kehitetään uusia teknologioita. Projektit vaativat kuitenkin PK-yrityksiltä resursseja, minkä vuoksi yliopistojen apu tutkimus- ja kehitystyössä on välttämätöntä. Tällaisella yhteistyömallilla uudet innovaatiot saadaan laajempaan käyttöön myös muissa samaa teknologiaa hyödyntävissä yrityksissä. Tässä projektissa pääsimme tekemään kehitystyötä melkein autenttisessa työmaaolosuhteissa yliopistolla, mistä oli suuri apu tuotekehitysprojektimme onnistumiselle, kertoo Marakon-konsernin toimitusjohtaja Kaj Koskela.
Väitöstilaisuus perjantaina 8.10.
Diplomi-insinööri Santeri Lampisen automaatiotekniikan alaan kuuluva väitöskirja Increasing the Automation Level of Hydraulic Secondary Breaker Systems: An End-to-End Concept (Hydraulisten rikotuspuomien automaatiotason lisääminen: autonominen konsepti) tarkastetaan Tampereen yliopiston (TAU) tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 8.10.2021 kello 12.00 alkaen Konetalon salissa K1702 (Korkeakoulunkatu 6, Tampere). Vastaväittäjinä toimii professori Heikki Handroos (Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto). Tilaisuutta valvoo professori Jouni Mattila TAU:n Automaatio- ja konetekniikan yksiköstä.
Santeri Lampinen (28) on kotoisin Pirkkalasta ja työskentelee tällä hetkellä tutkimuksen ja tuotekehityksen parissa Marakon-konserniin kuuluvassa Rambooms Oy:ssä.
Avainsanat
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 21 000 opiskelijaa ja henkilöstöä lähes 4 000.
Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto
Media ei vienytkään poliitikkoja kuin litran mittaa18.10.2021 10:00:00 EEST | Tiedote
Kokeneen journalistin Timo Paunosen, 61, väitöskirja osoittaa, että poliitikot pystyivät sopeutumaan yhteiskunnan medioitumiseen ja median tabloidisoitumiseen luultua paremmin.
Verotutkimuksen huippuyksikkö Tampereen yliopistoon14.10.2021 09:30:00 EEST | Tiedote
Suomen Akatemia on valinnut Tampereen yliopiston johtaman verotutkimuksen konsortion huippuyksikköohjelmaansa. Huippuyksikön tavoitteena on tuottaa uutta tietoa verotuksesta ja tulonsiirroista. Tutkimuksen tulokset voivat vaikuttaa olennaisesti yhteiskuntapoliittisiin suosituksiin verojärjestelmää suunniteltaessa. Huippuyksikössä ovat mukana myös Valtion taloudellinen tutkimuskeskus VATT sekä Helsingin yliopisto.
3D-mallintaminen toimii hyvänä perustana nenä- ja sivuonteloiden tutkimiselle13.10.2021 10:45:25 EEST | Tiedote
Nenä- ja sivuonteloiden kuvantamistutkimukset perustuvat nykyään tietokonetomografiaan, jolla saadaan hyvä hahmotus nenän ja sen sivuonteloiden rakenteista, mutta ei niiden toiminnallisesta tilanteesta. Toiminnallisten nenävirtauksen mittaustutkimusten luotettavuus vaihtelee, eivätkä niiden tulokset yhdessä kuvantamislöydösten kanssa ole aina yhteneviä tukkoisesta nenästä kärsivien potilaiden oireiden kanssa. Lääketieteen lisensiaatti Olli Valtonen totesi väitöstutkimuksessaan, että tietokonetomografiaan pohjautuvat 3D-mallinnukset toimivat luotettavan tasoisesti tutkimuskäyttöä varten.
Asteroidien sisärakenne selville tomografisen tutkan avulla – tiedosta apua aurinkokunnan syntyvaiheiden selvittämisessä ja asteroidien torjunnassa13.10.2021 09:18:36 EEST | Tiedote
Diplomi-insinööri Liisa-Ida Sorsa osoittaa matematiikan alan väitöskirjassaan, että matalataajuisella tutkalla mitaten voidaan tunnistaa pienten taivaankappaleiden kuten kivikasa-asteroidien sisärakenteista esimerkiksi onkaloita, halkeamia tai tihentymäalueita asteroidia kiertävästä satelliitista käsin. Tieto auttaa selvittämään aurinkokunnan syntyvaiheita, torjumaan asteroidien törmäyksiä Maahan sekä kohdentamaan malminetsintää.
Aikaerotteinen heijastus tuo lisää tietoa uusista aurinkokennomateriaaleista kuten perovskiiteista13.10.2021 08:00:00 EEST | Tiedote
Perovskiitit ovat uusi ja halpa aurinkokennomateriaali, josta povataan nykyisten aurinkokennojen korvaajaa. Filosofian maisteri Hannu Pasanen kuvaa väitöskirjassaan perovskiittien tutkimista varten kehitettyä aikaerotteista heijastusspektroskopiaa, jolla voidaan muun muassa tarkastella varausten liikettä aurinkokennoissa aiempia metodeita tarkemmin.
Turvallisuusviranomaisten työhön tehoa työyhteisötaitoja johtamalla12.10.2021 10:00:00 EEST | Tiedote
Turvallisuusviranomaisten työssä on perinteisesti korostettu johtamista ja esimiestyötä puhuttaessa strategisiin tavoitteisiin pääsemisestä. Hallintotieteiden maisteri Arto Hietasen tuore väitöskirja osoittaa, että myös työntekijöiden työyhteisötaidot ovat keskeisessä asemassa pyrittäessä asetettuihin strategisiin tavoitteisiin. Tutkimustulokset nostavat esille työyhteisötaitojen johtamisen tärkeyden osana organisaation strategisen henkilöstöjohtamisen kokonaisuutta.
Elektronit käyttäytyvät kuin tsunamiaallot – tiedosta hyötyä uusien suprajohteiden etsinnässä11.10.2021 09:55:00 EEST | Tiedote
Valtamerien tsunamit synnyttävät haaravirtauksia, joissa aallonkorkeus saattaa paikallisesti nousta useisiin metreihin jopa tuhansien kilometrien päässä. Vastaava ilmiö on nyt löydetty kaksiulotteisista elektronirakenteista kuten grafeeneista, ja sen avulla saatetaan pystyä selittämään suprajohtavuuden syntyä.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme