Robo Garage – yritysten ja opiskelijoiden kohtaamispaikka
Robo Garage -työpaja luotiin ja varusteltiin keväällä 2021 Metropolia Ammattikorkeakoulun TKI-toiminnan yhteistyöalustaksi hanketoimintaa ja siihen sisältyviä yritysprojekteja varten. Tarkoituksena oli luoda tila, jossa oppilaitoksen, opiskelijoiden ja yritysten välistä toimintaa voitaisiin syventää käytännön toiminnan kautta. Näin voitiin kaventaa opiskelumaailman ja työelämän sekä yritysten välistä kuilua ja kartoittaa samalla yritysten tarpeita reaalimaailman osaamisesta. Garagen tärkeä asema yhteistyö- ja projektitilana kirkastui entisestään projektien edetessä: tila toimi Big-Flash -hankkeen aikana opiskelijoille ja toimintaan osallistuneille yrityksille sekä fyysisenä että henkisenä kohtaamispaikkana, jossa saatettiin työstää ratkaisuja yhteisesti työskentelyyn kannustavassa ympäristössä. Projekteille omistettu, nykyaikaisesti ja laadukkaasti varusteltu tila toi lisää vakuuttavuutta ja yhteistyöhalukkuutta toimintaan niin yritysten kuin opiskelijoidenkin osalta. Projekteja toteutettiinkin yli 40 viimeisen kahden vuoden aikana. Asiallinen työpaja ja osaavan henkilökunnan tuki toivat esiin Garageen kerättyä osaamista ja tietotaitoa käytännössä. Säännöiltään vapaampi ja käytännöiltään muita kampuksen laboratoriotiloja joustavampi Robo Garage mahdollisti sujuvan pitkäaikaisemmankin projektityöskentelyn, kun opiskelijat ja yritykset saattoivat jättää keskeneräisen projektinsa tilaan tietäen voivansa jatkaa samasta pisteestä seuraavalla työskentelykerralla. Projektityöskentelytila Robo Garagessa Alusta alkaen yhteistyötilaa luodessa tärkeänä tavoitteena oli pidetty mahdollisuutta oppia kokeilemalla, tekemällä ja miksei epäonnistumallakin; ei haittaa, jos komponentti kärähtää tai suunniteltu ratkaisu ei toimikaan. Jokaisesta kokemuksesta ja kokeilusta on kuitenkin mahdollista ammentaa oppeja, joita opiskelija ei välttämättä opintojen aikana tulisi muuten saamaan. Tästä hyvänä esimerkkinä toimii 3D-tulostaminen ja sen Robo Garagelle mukanaan tuomat valmistustekniset mahdollisuudet: jo muutamassa tunnissa opiskelijat voivat tehdä suunnittelemastaan tuotteesta tai osasta konkreettisen fyysisen version, jonka toimintaa kokeilla ja kehittää. Korostamalla sitä, miten toimintaan osallistumiseen ei vaadita aiempaa osaamista, ja antamalla opiskelijoille käytännön mahdollisuuksia yrittämiseen ja epäonnistumiseen osallistumisen kynnystä on saatu madallettua. Se on näkynyt myös konkreettisesti osallistujien määrässä. Jo ensimmäisestä opiskeluvuodestaan lähtien useat opiskelijat ovat osallistuneet tilan toimintaan ja antaneet arvokkaan työpanoksensa useisiin Garagen projekteihin. Opiskelijoiden harrastetoimintana toteuttama 3D-tulostettu robottikäsi Helposti lähestyttävä tila on mahdollistanut myös muunlaista yhteistyötä: Garagella järjestettävä harrastetoiminta on tuonut eri alojen opiskelijoita yhteen niin mobiilirobottien kuin droonien ja ajosimulaattorinkin merkeissä. Tätä vapaaehtoista toimintaa tukemaan on saatu myös eri alojen yrityksiä, jotka osaltaan tuovat sekä osaamista että arvokkaita kontakteja niin harrastetoimintaan osallistuville opiskelijoille kuin itse Garagen ja oppilaitoksen henkilöstölle. Opiskelijoiden osalta Garagen harrastetoiminta on synnyttänyt myös ystävyyssuhteita ja häivyttänyt alakohtaisen osaamisen rajoja: monialaisen yhteistyön kautta tietotaitoa on saatu kartutettua ja jaettua laajemmalle yleisölle kuin suppeammilla projekteilla olisi pystytty tekemään. Kokonaisuudessaan Robo Garage on antanut oivan esimerkin siitä, miten käytännön työskentelyllä ja toimintaan soveltuvalla tilalla saadaan luotua ja ylläpidettyä suhteita niin oppilaitoksen, opiskelijoiden ja yritysten kuin eri alojen osaajienkin välillä. Yhteistyö ja sen mukanaan tuomat verkostot ja mahdollisuudet ovat varmasti arvokas resurssi, jota vaalia ja kehittää tulevaisuudessakin Garage-toiminnan eri muotojen kautta. Voisivatko vastaavat tilat toimia jatkossa siltana myös eri oppilaitosten välillä jakaen osaamista ja kannustaen monialaiseen yhteistyöhön ympäri maata tai jopa maailmaa? Kirjoittaja: Toivo Parkkonen Konetekniikan insinööri, pääaineena koneensuunnittelu Big-Flash-hankkeen projekti-insinööri
Kobotiikan simulointia ja testausta tosielämästä
Kobotiikka on robotiikan ala, jossa robotti toimii yhteistyössä ihmisen kanssa. Kobotin työtehtäviin kuuluu usein toimiminen ihmisen kanssa tai itsenäisesti tuotantolinjalla. Kobotin ohjelmointi on myös tehty helpoksi, joten sen siirtäminen ja toimintakuntoon saattaminen tapahtuu nopeasti. Tällöin laite voidaan siirtää sinne, missä kapasiteettia tarvitaan. Työskentely kobotin läheisyydessä on turvallista, eikä se tarvitse suojakehikkoa tai muita turvalaitteita ympärilleen. Koboteissa on nivelten voima-anturit tai pinnan kosketusanturit, joiden avulla kobotti voi pysähtyä vaarallisissa kontakteissa. Yleisesti kobotit ovat helppoja ohjelmoida ja monelle laitteelle ohjelmointi tapahtuu käsin opettamalla: siirtämällä kobotin tarttuja kädestä pitäen haluttuihin pisteisiin. Useilla eri robottivalmistajalla on omat kobottimallinsa. Suomessa yleisimpiä ovat ABB:n YuMi, Universal Roboticsin URx, KUKA Roboticsin Iiwa, Omronin TMx ja Techmanin TM-tuoteperhe. Lisäksi nykyisiin teollisuusrobotteihin on saatavana “pehmusteita”, joissa on kapasitiivinen anturi. Nämä pehmusteet toimivat kosketustunnistimina, jolloin robottia voidaan käyttää ilman suoja-aitoja kobotin tavoin. Tavallisen robotin ja turvaskannerin yhdistelmällä voidaan myös “kobotisoida” perinteinen teollisuusrobotti. Kobotiikasta tehtiin vuonna 2020 viisi projektia: Muuntosähkö, Hioma, Silmusalaatti, Etteplan ja Enics. Muuntosähkö Projektissa piti suunnitella kobottisolu, joka hitsaa muuntajia ja sinifilttereitä valmiiksi tuotteeksi. Tämä työvaihe tehtiin aikaisemmin käsiin, ja nyt olisi tarkoitus robotin avulla suorittaa vastaava toimenpide. Tehtäväksi muodostui jigin ja oikeastaan koko robottisolun suunnittelu alusta loppuun. Työssä päätettiin käyttää kääntöpöytää. Projektissa oli mukana kaksi opiskelijaryhmää, toinen koneautomaation ja toinen sähköautomaation koulutusohjelmasta. Tavoitteena oli simuloida eri työvaiheet, laskea simuloinnin avulla hitsaukseen kuluva aika ja sitä kautta kannattavuus- ja investointilaskelmat. Työ tehtiin syksyllä 2020. Projekti pysyi hyvin aikataulussa ja onnistui hyvin. Tuloksena saatiin asiakkaalle kobottisolun simulointivideot ja siihen liittyvät laskelmat. Hioma Projektissa oli tarkoitus automatisoida hiontakivien puristustyövaihe. Tätä varten varsinainen hiomakivi ja siihen liittyvät työkalut mallinnettiin CATIA-ohjelmistolla ja valmistettiin 3D-tulostamalla. Näillä osilla sitten hahmotettiin eri työvaiheet ja haettiin mahdollisuuksia automatisointiin. Parhaasta vaihtoehdosta tehtiin simulointimalli Visual Componentsin ohjelmistolla. Lopuksi oli tarkoitus tehdä testi vielä oikealla robotilla hiontakivien prässäyksestä, mutta siihen aika ei riittänyt. Työ tehtiin syksyn 2020 aikana. Projekti pysyi hyvin aikataulussa ja onnistui hyvin. Tuloksena saatiin asiakkaalle kobottisolun 3D-mallinnus ja ehdotus automatisoinnista. Työ jatkuu vielä yrityksen kanssa jatkoprojekteina. Silmusalaatti Projektissa piti käyttöön ottaa yrityksen aikaisemmin ostama kobotti. Tavoitteena oli suunnitella siihen uusi tarttuja ja suorittaa kannattavuuslaskelmia robotin käytöstä. Projektiin osallistui sekä sähköautomaation että liiketalouden opiskelijoita. Yrityksen kobotti siirrettiin Metropolian Myyrmäen kampukselle ja siellä tehtiin suurin osa tuotantotesteistä. Opiskelijat suunnittelivat uudenlaisen tarttujan, joka koostui metalli- ja muoviosista. Nämä oli 3D-tulostettu kampuksella. Tarttuja pystyi ottamaan viisi rasiaa kerralla, ja tämä riitti yrityksen tuotantonopeuteen. Kobottisolu tuli tuotantolinjan loppupäähän, jossa rasiat pakataan isompaan laatikkoon. Työ tehtiin syksyn 2020 aikana. Projekti pysyi hyvin aikataulussa ja onnistui erittäin hyvin. Tuloksena saatiin asiakkaalle toimiva tuotantolinjalle sopiva kobottisolu. Etteplan Projektissa oli tarkoitus tutkia eri vaihtoehtoja teollisuusrobotin turvallistamiseksi, ts. pyrittiin saamaan robotti reagoimaan ympäristöönsä, jolloin ei tarvita raskaita raja-aitoja robottisolun ympärille. Tähän käytettiin laserskanneria, joka havainnoi ympäristöään, ja saadun tiedon perusteella robotti joko hidastaa vauhtia tai pysäyttää toiminnan. Sama tekniikka on jo käytössä vihivaunuissa. Projektissa oli käytössä SICKin laserskanneri ja yrityksen laite- ja ohjelmisto-osaamista. Toimintaa simuloitiin Visual Componentsin ohjelmistolla ja lopulliset robottiohjelmat tehtiin ABB:n Robotstudio-ohjelmalla. Työ tehtiin kevään 2020 aikana. Projekti pysyi hyvin aikataulussa ja onnistui erittäin hyvin. Tuloksena saatiin asiakkaalle myytävä tuote. Enics Projektissa tutkittiin kobotin käyttöä elektroniikkateollisuuden kokoonpanotehtäviin ja siinä nimenomaan piirilevyjen siirtelyyn makasiiniin ja makasiinista pois. Projektissa tehtiin sekä fyysisiä testejä oikeilla komponenteilla, piirilevyillä ja makasiineilla että simulaattoritestejä virtuaalimaailmassa. Simuloinnissa käytettiin ABB:n Robotstudio-ohjelmistoa ja fyysiset testit tehtiin Myyrmäen kampuksella, aluksi käyttäen Metropolian Yumi-robottia. Simulaattoritestissä paljastui ulottuvuusongelmia, joita vielä koetettiin ratkaista oikealla robotilla. Projektissa selvisi aika nopeasti, että oma osaaminen ei riittänyt tehtävän simuloimiseen. Onneksi saimme ABB:ltä arvokasta apua Robotstudion käyttämiseen. Piirilevy oli sen verran painava, että se piti nostaa molemmilla käsivarsilla ja näin tehty synkronointiliike olikin hankala toteuttaa. Yumilla se kuitenkin saatiin onnistumaan. Simulaattorissa liike saatiin suoritettua helposti, mutta sitten kun tehtiin sama liike oikealla robotilla, paljastuikin, että kuorma oli kuitenkin liikaa varsinkin ulottuma-alueen äärirajoilla. Vaikka testi saatiin onnistumaan, tultiin siihen lopputulokseen, että Yumin käyttäminen projektissa olisi aika vaikeata. Robotin moottoreiden kuormittaminen äärirajoille jatkuvassa kolmivuorotyössä kuluttaisi sen loppuun hyvinkin nopeasti. Lopuksi Vaikka yleisesti robottien/kobottien pelätään vievän ihmisiltä työpaikat, robotiikalla on todellista potentiaalia luoda työpaikkoja, parantaa tuottavuutta ja turvallisuutta. Robotiikka ottaa ihmisen paikan joissain tehtävissä, mutta samalla synnyttää uusia työpaikkoja itse robottiin liittyvissä tehtävissä. Kirjoittaja: Timo Tuominen Lehtori timo.tuominen@metropolia.fi Metropolia Ammattikorkeakoulu
MiR100 rullaa Digi-Salamassa
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. 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! 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. 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. Lauri.Ristolainen@metropolia.fi Metropolia Ammattikorkeakoulu