Epätasainen maasto ja tarkkuutta vaativat tehtävät haastavat liikkuvan työkoneen automatisaation

Sähköistetyn liikkuvan työkoneen alustan ja puomien lisääntynyt automatisaatio ja tehostunut ohjattavuus parantaisi koko tuotantoprosessin tuottavuutta sekä työmaaturvallisuutta uskoo koneautomaation professori Jouni Mattila Tampereen yliopistosta. Mattila johtaa lokakuussa alkanutta Future all-electric rough terrain autonomous mobile manipulators (FUTURA) -tutkimushanketta, joka osaltaan tukee kestävää digitaalista kehitystä eli teollista kaksoissiirtymää.

– Jatkossa tuotantoprosessien automaatiotason nosto vaatii uusia monikäyttöisiä ja ketteriä työkoneita, joilla pystytään tekemään hankalia työprosessin vaiheita, joihin vielä nykyään vaaditaan koneenkäyttäjien lisäksi avustavaa työvoimaa. Tällöin myös ihmisten turvallisuus lisääntyy, kun esimerkiksi hankalissa tai jopa vaarallisissa olosuhteissa koneet voivat suorittaa tarkkuutta vaativat työt automatisoidusti, Mattila havainnollistaa.

Tavoitteena kaikissa maastoissa vakaa ja tarkka työkone

Maailmalla esimerkiksi kaivoksissa ja infrarakennustyömailla käytettävät raskastekoiset liikkuvat työkoneet koostuvat yleensä renkailla tai teloilla liikkuvasta alustasta ja siihen kiinnitetystä puomista. Koneen puomilla tehtävän tuottavan työn automatisointi on hankalampaa kuin itsenäisesti ajavien autojen tai automaattitrukin päällä liikkuvien teollisuusrobottien kehittäminen.

Epätasainen maasto ja pyörillä liikkuvien työkoneiden rakenteellinen joustavuus tuovat haastetta liikkuvien työkoneiden automatisointiin. Työkoneissa olisi tarve käyttää koordinoidusti ja samanaikaisesti sekä liikkuvaa alustaa että siihen kiinnitettyä puomia, jota robotiikassa kutsutaan mobilemanipulaattoriksi.

– Tällä hetkellä tarkkuutta vaativa puominohjaus on mahdollista vasta kun alusta on nostettu tukijalkojen varaan, jolloin epätasaisen maaperän ja renkaiden vuorovaikutuksesta syntyvät joustot eivät vaikuta mobilemanipulaattorin asemointitarkkuuteen, selvittää Mattila.

– Puominohjauksen tarkkuuden parantamisen lisäksi, tutkimusryhmä ennakoi laskennallisten mallien avulla työkoneen vakautta. Tavoitteena on saavuttaa robotiikan termein ennakoiva whole body motion control, jonka ansiosta kone pystyy tekemään töitä tasapainottamalla itseään epätasaisellakin alustalla.

Automaatiotason kasvaminen mahdollistaa uudet innovaatiot

Suomessa toimivat valmistajat ovat jo käynnistäneet mittavia investointihankkeita nollapäästöisten liikkuvien työkoneiden teknologiaan, mutta työkonepuomien sähköistäminen on haastavuutensa vuoksi vielä alkutekijöissään. Professori Jouni Mattilan tutkimusryhmä keskittyy kehittämään työkonepuomien sähköistämistä sekä tutkimaan sähköpuomin ja pyöräalustan samanaikaista tarkkaa ohjausta. Tämä mahdollistaa uusia tuote- ja laiteinnovaatioita sekä autonomisia toiminnallisuuksia.

– Sähköistämiskehityksen suurimman lisäarvon tuovat yksittäisen työkonepuomin asemointitarkkuuden merkittävä parantaminen ja siten koko työkoneen automaatiotason nosto. Yksittäisten työkoneiden hajautettua älykkyyttä voidaan hyödyntää luomaan myös pohjaa tulevaisuuden laivuetason yhteistyörobotiikan toiminnalle, kertoo Mattila.

Esimerkkinä hän mainitsee työmailla tarvittavat fyysiset palvelut eri koneiden välillä, esimerkiksi akkujen latauksen, jäähdytysvesitankin täytön tai kulutusosien, kuten poraterien, siirrot. Koneiden liikkeitä ei tarvitsisi ohjelmoida ennalta yksityiskohtaisesti, koska ne tunnistaisivat esimerkiksi latauspistokkeiden, sijainnin konenäöllään ja osaisivat kiinnittyä niihin sopivalla voimalla.

Lokakuun alussa alkanut projekti on osa Sandvikin VETURI-hanketta. Kolmevuotinen projekti toteutetaan yhdessä yritysten kanssa. Mukana ovat Sandvik Mining and Construction oy, Novatron oy, GIM Robotics oy, Cargotec oyj, Normet oy, Rambooms oy. Futura-hankkeen 3 miljoonan euron budjetin rahoittavat Business Finland, osallistuvat yritykset ja Tampereen yliopisto.

Lisätiedot

Jouni Mattila
040 849 0244
jouni.mattila [at] tuni.fi

Teksti: Anna Aatinen
Kuva: Pauli Mustalahti