Tämä kirjoitus on jatkoa Mobiilirobotiikka liitää ja rullaa Digi-Salamassa blogille ja tässä käydään tarkemmin läpi Digi-Salama-hankkeessa toteutetut UGV-projektit (Unmanaged Ground Vehicle, ohjaamaton maa-ajoneuvo). UGV-tekniikalla tarkoitetaan maan päällä kulkevia laitteita, jotka kykenevät ohjausjärjestelmään liitetyillä sensoreilla tuottamaan tarpeeksi dataa autonomiseen päätöksen tekoon.
Ensimmäisenä varsinaisena UGV-asiakasprojektina lähdettiin kehittämään miehittämättömän noutovaraston konseptia Refair Oy:lle. Yritys on kylmä-, ilmastointi- ja lämpöpumpputekniikan maahantuonti- ja tukkuliike. Sillä on monia asiakkaita, joilla saattaa olla tarve saada huoltokeikalle komponentti keskellä yötä. Automaattisella noutovarastolla pyrittiin vastaamaan tähän tarpeeseen.
Kuva 2. Refair projektiryhmä tutkimassa ensimmäistä kertaa MiR100 robottia.
Tavoitteeksi muodostui kehittää miehittämätön noutovarasto, joka on turvallinen , asiakkaille helppokäyttöinen ja toteutettavissa. Tavoitteena oli myös skaalata ratkaisu yrityksen suurempiin varastoihin ja mahdollisesti kehittää konseptista tuote. Aluksi konetekniikan opiskelijaryhmän kanssa ideoimme neljä erilaista konseptia varaston toteuttamiseksi. Näistä yhtä lähdettiin jatkokehittämään; ajatuksena on, että mobiilirobotti MiR100 hakee varsinaisen varaston puolelta kokonaisen varastohyllyn, ajaa RFID-porteista läpi noutotilaan, asiakas kerää hyllystä tarvitsemansa tuotteet, robotti ajaa uudestaan porteista läpi ja RFDI-tunnisteella merkityt tuotteet on luettu molemmilla läpimenokerroilla. Erotuksesta järjestelmä päättelee, mitkä tuotteet asiakas on poiminut ja lähettää laskun.
Projektiassistentilla lisää potkua tekemiseen
Vuoden 2020 kevään ja kesän aikana palkattu projektiassistentti jatkoi työtä vielä pidemmälle ja rakensi asiakkaan tiloihin fyysisen demon koko kyberfyysisestä järjestelmästä. Lopputulemana voidaan todeta, että tavoitteisiin päästiin erinomaisesti ja demon pohjalta yritys pystyikin tekemään investointipäätöksen. Konseptin mukainen noutovarasto nousee yrityksen Pitäjänmäen toimipisteeseen toivottavasti vuoden 2022 aikana, kunhan järjestelmälle on löydetty luotettava toimittaja. Konseptin todettiin myös olevan siinä määrin toimiva, että siinä on potentiaali kehittyä aivan tuotteeksi asti sekä skaalata se Refairin muihin toimipisteisiin.
Tässä projektissa oli todella hienoa nähdä iteratiivisen kehittämisen kulkevan kohti toteutettavissa olevaa ratkaisua ja saada lopulta nähdä yrityksen tekevän investointipäätöksen sen perusteella. Oli myös siinä mielessä hyvä, että heti ensimmäinen UGV-projekti hankkeessa oli näin onnistunut, sillä luohan se uskoa ja hyvää fiilistä myös jatkossa tekemiseen!
Kuva 3. Projektiassistentti liittämässä hyllyyn kiinnittymisen mahdollistavaa lisälaitetta ja ohjelmoimassa itse robottia Myyrmäen kampuksen automaatiolaboratoriolla.
Lisälaitteista lisäarvoa
UGV-tekniikkaa käytettiin myös Loval Oyn tarpeista lähteneessä projektissa, jossa MiR100 näytteli jälleen pääosaa kuten Refairillakin. Loval Oy on lämmityskomponenttien valmistaja Loviisasta. Yritys on yksi Euroopan johtavista putkivastusten, lämmityselementtien ja -ratkaisujen valmistajista. Yrityksen tuotanto-varastotiloissa etäisyydet saattavat olla välillä hyvinkin suuria ja tuotantoliikenne massiivista. Tästä johtuen tuotannon yleisenä haasteena on työntekijöiden kulkemat pitkät matkat tuotantotiloissa. Mobiilirobotiikalla pyrittiin vapauttamaan ihmisiä mielekkäämpiin töihin. Projekti käynnistettiin keväällä 2020 konetekniikan projektiryhmän johdosta, ja yritys antoi opiskelijoiden vapaasti ideoida ratkaisuja, mutta antoi kuitenkin selviä reunaehtoja toteutukselle. Tavoitteeksi muodostui kehittää MiRHook-järjestelmää vastaava ratkaisu, jolla Loval pystyisi helposti ja edullisesti testaamaan järjestelmän soveltuvuutta tuotantoympäristöönsä. MiRHook on MiR-yrityksen tarjoama valmis lisälaiteratkaisu, jolla MiR100-robotti pystyy automaattisesti kiinnittymään rullakoihin tai muihin pyörillä kulkeviin alustoihin ja vetää niitä perässään. Projektiryhmä lähti aluksi itse suunnittelemaan myös automaattista kiinnittymistä rullakkoon, mutta toteutuksen haastavuudesta johtuen päädyttiin manuaaliseen ratkaisuun, jolla kuitenkin pystyttiin osoittamaan vetokoukkujärjestelmän käytön olevan mahdollista Lovalin tiloissa.
Laajojen tuotantotilojen kesyttäminen
Projektiryhmästä palkattiin kaksi opiskelijaa projektiassistenteiksi jatkamaan aloitettua työtä vielä pidemmälle. Kaksikolle muodostui omat tavoitteensa yhteisen projektiaiheen sisältä. Toinen jatkoi vetokoukkudemon rakentamista pidemmälle ja toinen suunnitteli kokonaan uuden ratkaisun tavaran liikuttamiseen autonomisesti MiR100-robotilla. Tässä ratkaisussa robotin päälle kiinnitettiin rullarata, jonka kallistuskulmaa robotti itse säätää karamoottorilla. Idea perustui painovoimaan siten, että robotin kuljettama paketti liukuu rullaradalta pöydälle, kun lineaarisen liikkeen tuottava karamoottori nostaa radan takareunan etureunaa ylemmäksi ja näin voidaan paketti jättää robotilla tuotantosolulle. Myös vetokoukun automaattinen kiinnittyminen saatiin jatkoprojektin aikana toteutettua samaisella karamoottorilla. Molempia ratkaisuja testattiin kahdella viikon mittaisella testijaksolla Lovalin tuotantotiloissa. Lopputuloksena asetettuihin tavoitteisiin päästiin oikein hyvin. Yritys sai arvokasta testidataa laitteen käytöstä oikeassa tuotantoympäristössä ja näki laitteen toiminnassa ilman myyntimiesten päätä pyörälle laittavia myyntipuheita. Oli hyvä nähdä MiR100:n toimivan erinomaisesti myös näin laajoissa, mutta kuitenkin ahtaissa tuotantotiloissa. Onnistuneesta demosta huolimatta asiakkaan kanssa jouduttiin yhteisesti toteamaan, että yksi robotti ei vielä riitä hanskaamaan näitä tiloja, vaan tarvitaan useamman robotin laivue. Jatkoprojektin aiheeksi muodostuikin vielä selvittää, kuinka monta robottia tarvitaan ottamaan Lovalin koko sisälogistiikka haltuun. Jatkoprojektia ei ole vielä tämän tekstin kirjoitushetkellä päästy aloittamaan.
Kuva 4 Loval projektiassistentti kartoittamassa tuotanto- ja varastotiloja MiR100 robotilla.
Virtuaalinen UGV
Viimeisenä autonomisen robotiikan projektina esittelyssä on Mevealle toteutettu projekti. Mevea on simulaatioihin ja simulaattoreihin keskittyvä yritys ja he ovat kehittäneet ohjelmiston, jolla voidaan simuloida muun muassa ajoneuvojen käyttäytymistä eri tilanteissa ja saada hyvin tarkkaa dataa aivan komponenttitasolta asti. Tämän tyyppinen testaus on isona osana mahdollistanut autonomisten robottien kehityksen, sillä tällä tavoin saadaan dataa esimerkiksi pyörien luistamisesta eri alustoilla ja eri nopeuksilla, ennen kuin varsinaista robottia on edes rakennettu. Projektiin valikoitui ryhmä peliteknologian opiskelijoita ja projektin tavoitteeksi muodostui kehittää Unity-pelimoottoriin törmäyssimulaattori ajoneuvoille sekä työkalu komponenttien hallitsemiseen ja tarkasteluun. Projektin aihe osoittautui ennakoitua haastavammaksi eikä tätä myöten tavoitteisiin aivan päästy. Lopputuloksena syntyi kuitenkin työkalu, jossa on haluttuja ominaisuuksia, mutta ei tarpeeksi pitkälle kehitettynä. Jäi lopulta yrityksen itse päätettäväksi, kannattaako simulaattoria ja työkalua kehittää eteenpäin.
Kohti plug & play -tasoa
Edellä esitettyjen projektien tuloksista voidaan nähdä, että UGV-teknologia on käyttökelpoista ja tuo selvää lisäarvoa muun muassa sisälogistiikan automaattisiin ratkaisuihin. UGV-laitteiden käyttöönotto ja ohjelmointi vaikuttaa näiden projektien perusteella kohtuullisen yksinkertaiselta ja suoraviivaiselta. Kuitenkin täysi potentiaali laitteista päästään lunastamaan vasta, kun ne liitetään osaksi yrityksen toiminnanohjausjärjestelmää, on määritetty tarvittava laivue ja yksittäisille roboteille liitetään niiden tarvitsemat lisälaitteet. Voidaan siis sanoa, että UGV-teknologia on valmista teollisuuden tarpeisiin, mutta ei aivan vielä plug & play -tasolla.
Kirjoittaja:
Lauri Ristolainen
Konetekniikan insinööri, pääaineena automaatio
Digi-Salama-hankkeen projekti-insinööri, nykyinen projektiasiantuntija.
Metropolia Ammattikorkeakoulu
Ei kommentteja