Kehittyneiden säätömenetelmien ja konenäön avulla supervoimia liikkuvien työkoneiden automatisointiin

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.