Liikkuvat työkoneet ovat tärkeä osa yhteiskuntaa ja suomalaista teollisuutta, ja niitä käytetään erilaisiin työtehtäviin esimerkiksi kaivos-, rakennus-, metsä- ja maataloudessa. Moniin näistä koneista on kiinnitetty yksi tai useampi raskas, pitkän ulottuvuuden robottimainen manipulaattori, jota käytetään erilaisiin työtehtäviin, kuten poraamiseen, nostamiseen ja tarttumiseen.
Perinteisesti työkoneen kuljettaja ohjaa puomia käyttäen omaa näköaistiaan havainnoidakseen ympäristöä ja tekee ohjauspäätökset aivoissa. Vastaavasti älykkäät työkoneet, jotka kykenevät automatisoituihin työtehtäviin ja jopa autonomiaan, tarvitsevat sensoreita ympäristön havainnoimiseen ja tietokoneistettuja algoritmeja päätöksentekoon. Nämä seikat pätevät myös puominohjaukseen, joka raskaan kaluston puomeissa on tällä hetkellä tyypillisesti toteutettu instrumentoimalla jokainen nivel erillisellä anturilla.
Väitöstyössään Petri Mäkinen tutki vaihtoehtoisia mittausmenetelmiä, kuten kamerapohjaista puomin kärjen asennon suoraa mittaamista, jolla esimerkiksi kärjen paikoitustarkkuutta saataisiin parannettua.
– Kokoonpanoautomaatiossa käytettävät teollisuusrobotit ovat jo pitkään hyötyneet kameramittauksista. Vastaavat mittaukset ja metodit työkoneautomaatioon liittyvässä raskaassa robotiikassa ovat haastavia toteuttaa, koska sensorit täytyy saada tarkasti kalibroitua suhteessa robotin ohjausjärjestelmään. Myös työympäristö luo haasteita, koska liikkuvat työkoneet työskentelevät hyvin vaihtelevissa ja vaativissa olosuhteissa, sanoo Mäkinen.
Väitöstutkimuksessaan Mäkinen kehitti raskaan sarjan robottimaisille manipulaattoreille konseptuaalisen sensorijärjestelmän, joka koostuu kahdesta kamerajärjestelmästä. Työkoneiden haastaviin olosuhteisiin hän pyrki vastaamaan sensorifuusiolla sekä algoritmien robustiudella. Lisäksi hän osoitti, että työssä esitetyin keinoin pystyttiin raskaalla puomilla ajamaan alle sentin tarkkuudella haluttuun kohtaan, mikä on yleensä näissä sovelluksissa hyvin haastavaa saavuttaa.
Väitöstutkimus on toteutettu osana Teollisuuden Innovaatioiden Tohtorikoulua (DSII), jossa rahoitukseen on osallistunut Tampereen yliopiston lisäksi Sandvik Mining and Construction oy.
Väitöstilaisuus perjantaina 8. joulukuuta
Diplomi-insinööri Petri Mäkisen automaatiotekniikan alaan kuuluva väitöskirja Toward Vision-based Control of Heavy-Duty and Long-Reach Robotic Manipulators tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 8.12.2023 kello 12:00 alkaen Hervannan kampuksella Festian salissa Pieni Sali 1 (Korkeakoulunkatu 8, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Alessandro Saccon Eindhoven University of Technologysta Alankomaista. Kustoksena toimii professori Jouni Mattila Tampereen yliopiston automaatio- ja konetekniikan yksiköstä.
Seuraa väitöstilaisuutta etäyhteydellä.
Kuva: Pauli Mustalahti