Projektit - Robotiikka Akatemia

Tarkan mittaamisen toteutus konenäölle

Robotiikka Akatemia sai jatkotoimeksiannoksi tutkia lisää konenäön tuomia mahdollisuuksia Neorem Magnets Oy:n tarpeisiin. Robotiikka Akatemian työryhmässä oli tässä projektissa mukana Atte Ali-Hokka ja Juha Aalto, ohjaajana toimi Joonas Kortelainen. Ryhmän tehtävänä oli tutkia konenäkökameralla yrityksen toimittaman kappaleen mittaamismahdollisuuksia Satakunnan Ammattikorkeakoulun yhteiskäyttölaboratoriossa.

Asiakkaan toiveena oli tutkia kappaleen teknisiä mittoja ja laatua mahdollisimman tarkasti ja luotettavasti. Projektissa käytettiin IDS:n kameraa, jolla pystytään kuvaamaan kappale todella tarkalla resoluutiolla. Työryhmä toteutti ohjelman Halcon-kehitysympäristössä, jolla asiakkaan toivomat vaatimukset pystyttäisiin toteuttamaan. Ryhmällä ei ollut aikaisempaa kokemusta konenäöstä, mutta Akatemian opiskelijat ottivat haasteen mielellään vastaan.

Asiakas oli erityisen kiinnostunut selvittämään mahdollisuuksia mitata ja tutkia kappaleen pinta-alaa ja sen muodollista oikeellisuutta verrattuna yrityksen toimittamiin teknisiinpiirroksiin. Tällaisen ohjelman luomisesta opiskelijoilla ei ollut aikaisempaa kokemusta, joten opiskelijat lähtivät tutkimaan kappaleen mittaamista luomalla yksinkertaisemman ohjelman, jolla pystytään mittamaan kappaleelle pituus, kulmien suuruus ja piiri.

Työryhmän oppiessa uutta kappaleesta luotiin kuva oikean maailman koordinaatistossa, jolloin kuvasta pystyttiin mittaamaan kappaleen koko millimetreissä. Kehitysaskel avasi ovet työryhmälle aivan uudenlaisiin mittaustapoihin, sillä nyt kuvaa pystyttiin vertaamaan edellä mainittuihin teknisiin piirustuksiin, jotka asiakas toimitti työryhmälle.

Yhteenveto:

Asiakas vaikutti tyytyväiseltä työryhmän aikaansaamiin tuloksiin. Opiskelijoille ja asiakkaalle tuli olo, että molemmat osapuolet ovat hyötyneet projektin suorittamisesta. Opiskelijoille tämä hyöty näkyy oppimisena, jota opiskelijat kerryttivät projektia tehdessään todella paljon konenäöstä ja sen lisäksi kamera-, valaistus- ja ohjelmointitekniikoista. Robotiikka akatemia tahtookin kiittää Neorem Magnetsia tilaisuudesta kartoittaa omaa osaamistaan ja mielenkiintoisen projektin tarjoamisesta.

3D tulostus

Robotiikka Akatemian joukkue Sickin Innovaatiokilpailussa

Sick järjesti jälleen keväällä 2019 koulujen välisen innovaatiokisan. Satakunnan ammattikorkeakoulu osallistui kisaan ja joukkue koottiin Robotiikka akatemialaisista. Kisan keskeisenä osana on Sickin luovuttama anturi, johon liittyen jokaisen joukkueen piti luoda uusi innovaatio. Kilpailuanturiksi oli valikoitunut 3D-LiDAR -anturi MRS-6000, joka on tuotevalikoiman tehokkaimpia lasermittareita. Sen keskeisimpinä ominaisuuksina ovat 24 skannaustasoa ja erittäin laaja mittausalue.

Robotiikka Akatemialaiset pystyttivät aivoriihen ja tavoitteeksi asetettiin robotiikan ja anturin tarkkuuden yhdistäminen. Rakennuksia ja ympäristöjä on jo jonkin aikaa onnistuttu skannaamaan 3d-malliksi, mutta yhtään automatisoitua sovellusta ei markkinoilla ollut. Tiimi päätti ratkaista tämän ongelman ja seuraavana vaiheena projektissa olikin suunnitella toimiva prototyyppi. SAMKin tekniikan laboratoriosta löytyvä Omron-mobiilirobotti oli oiva kuljetusväline anturille sen suuren kantokyvyn ja automatisoidun kulkemisen ansiosta. Mobiilirobotin päälle rakennettiin 3D-tulostamalla teline, joka suunniteltiin pyörimään askelmoottorin ja Arduino-mikropiirin avustuksella. Tiimin aika oli rajallinen, joten anturista ulostulevan datan muuttaminen 3D-muotoon jäi ajatuksen tasolle.

Lopullinen prototyyppi oli suunnitellun mukainen ja tiimi oli tyytyväinen lopputulokseen. Kilpailun aikana joukkue oli tekemisissä monien heille uusien aiheiden parissa, joten uutta oppimista oli jaossa suurella kauhalla.

3D tulostus

Yhteistoimintarobotti kokoonpanotyössä

Robotiikka Akatemia sai toimeksiannon Oras Groupilta tutkia robotin soveltuvuutta kokoonpanotyöhön. Tavoitteena oli automatisoida viisiosainen linjasto kokoonpanorobottia hyödyntäen. Työhön valittiin ABB:n kaksikätinen YuMi®-robotti, joka on kehitetty pienten osien kokoonpanoon. Aitoon yhteistyöhön kykenevällä robotilla on joustavasti asentoa muuttavat kädet, kameraan perustuva osien paikannustoiminto ja tarkka ohjausjärjestelmä.

Projektissa Robotiikka Akatemian opiskelijoiden tehtäviin kuului robotin ohjelmointi ja simulointi, konenäön hyödyntäminen sekä robotin työkaluihin liitettävien osien, eli jigien, palettien ja tasojen suunnittelu sekä toteutus 3D-tulostamalla. Opiskelijat oppivat projektissa laaja-alaisesti robotin toimintaa ja rajoitteita. Tärkein tavoite saavutettiin, eli kokoonpanotehtävä onnistuttiin toteuttamaan robotilla.

IoT Tavaroiden Internet

Omron mobiilirobotti Kodin Terrassa

Robotiikka Akatemian opiskelijat saivat toimeksiannon Satakunnan Osuuskaupalta. Asiakas halusi keväällä 2018 remontoitavaan rautakauppaan, Porin Kodin Terraan, asiakkaita opastavan robotin. Projektin tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa mobiilirobottisovellus, jonka avulla asiakas voi kysyä tietyn tuotteen sijaintia Kodin Terran remontoidussa kaupassa ja jonka jälkeen mobiilirobotti saattaa asiakkaan oikeaan hyllyväliin.

Robotiikka Akatemian opiskelijat päätyivät ottamaan Omronin mobiilirobotin käyttöön ja sen ympärille rakennettaisiin sovellus. Samk:lla on käytössä Omronin mobiilirobotti, joka on itsenäisesti toimiva ajoneuvo. Se soveltuu hyvin esimerkiksi rutiininomaisiin materiaalien siirtelyihin. Mobiilirobotti kartoittaa ympäristönsä ja pystyy sen jälkeen navigoimaan siellä itsenäisesti. Robotti voidaan ohjelmoida myös kommunikoimaan reittipisteillään. Robotissa on laser tunnistimet, joiden avulla se pystyy kiertämään sen eteen tulevat ihmiset tai muut esteet. Näiden ominaisuuksien vuoksi opiskelijat päätyivät ottamaan Omron mobiilirobotin käyttöön.

Asiakkaita varten Omroniin kiinnitettiin teline, jossa oli Samsung tabletti. Tabletin kautta asiakkaat pystyivät valitsemaan haluamansa tuotekategorian (esim. laminaatit) ja sen jälkeen Omron lähti opastamaan asiakasta oikeaan paikkaan. Tilaaja toivoi käyttöliittymästä yksinkertaisen ja selkeän näköisen. Opiskelijat tekivät nämä toiveet silmällä pitäen aloitussivun, tuotteidenhakusivun sekä ohjesivun. Lisäksi tehtiin sivu, joka kertoi reaaliaikaisesti mihin robotti on matkalla ja milloin se on perillä.

Ohjelmointikieleksi valittiin JavaScript, Node.js oli JavaScript ympäristö palvelinta varten, MongoDB tietokannan rakentamiseen ja Git versionhallintaan.

Yhteenveto
Projekti opetti mobiilirobotin ohjelmointia sekä sen käyttämän tilan kartoittamista, käyttöliittymän rakentamista sekä projektin hallintaa.

Konenäkö

Konenäkö teollisuuden apuvälineenä

Asiakkaana oli Boliden Harjavallan tehdas. Heidän sulattamonsa päätuotteita ovat kupari, nikkeli, kulta ja hopea. Bolidenin nikkelisulatto on Länsi-Euroopan ainoa nikkelisulatto. Boliden tuottaa korkealaatuista nikkelikiveä alan viimeisintä teknologiaa hyödyntäen.

Robotiikka Akatemia sai toimeksiannon konenäon hyväksikäytöstä Bolidenin prosessissa. Konenäön mahdollisuuksia tutkittiin opiskelijoiden toimesta. Tarkoituksena oli tutkia konenäön avulla sulatusprosessin jälkeisen kuonan eri ainesosien pitoisuuksia.

Konenäöksi kutsutaan sellaista järjestelmää, jossa tietokonenäköä sovelletaan teolliseen tarkoitukseen. Järjestelmä koostuu valonlähteestä, kuvattavasta kohteesta, kamerasta, tietokoneesta sekä siinä toimivasta kuvankäsittelyohjelmasta, joka tulkitsee kuvan automaattisesti.

Konenäköjärjestelmät suorittavat pääasiassa tarkoin ennalta ohjelmoituja tehtäviä. Tässä toimeksiannossa liukuhihnalta tunnistettiin asiakkaan toivomia pitoisuuksia.

Järjestelmiä käytetään tehtäviin, joissa optisen tarkastuksen pitää olla nopeaa, tarkkaa, ympärivuorokautista ja toistettavaa. Konenäöllä voidaan suorittaa ihmisen näkökyvylle mahdottomia tehtäviä käyttämällä avuksi aallonpituuksia, joita ihmisen silmä ei pysty havaitsemaan.

Käytössä oli Cognexin sovellus In-Sight. Älykamerassa kaikki kuvankäsittely ja laskenta tapahtuu itse kamerassa. Älykameran hitaus oli projektissa haitta, koska kohteita piti kuvata nopealla liukuhihnalla. Aikataulullisista syistä Robotiikka Akatemialaisilla ei ollut mahdollisuutta jatkaa tutkimista pidemmälle. Projektia on mahdollista jatkaa tulevaisuudessa toisella ohjelmistolla sekä toisenlaisella kameraratkaisulla, esim. Halcon ohjelmisto hoitaisi kaiken älyllisen havainnoinnin ja laskennan joka nopeuttaa kuvakäsittelyä.

Yhteenveto

Projektissamme opimme miten hyödyntää erilaisia kamera- ja valovaihtoehtoja. Kokonaisuutena saatiin molemminpuolisia hyötyjä. Opiskelijoiden osaaminen kasvoi ja pystyimme antamaan asiakkalle heidän toivomansa informaation. Opitun avulla konenäköä tarvittavissa projekteissa haasteisiin pystytään vastaamaan paremmin.

3D tulostus

Automatisoitu kertakäyttömukien annostelija

Satakunnan Ammattikorkeakoulu Oy:llä on käytössä käsivarsirobotti Universal Robots 5, jota käytetään opiskelun lisäksi koulun esittelytilaisuuksissa. Suosituksi esittelytilaisuksissa on osoittautunut robotin ohjelma, jossa robotti kaataa juomapullon sisällön kolmeen mukiin. Ongelmana oli mukien manuaalinen paikoilleenasettelu. Yleisötilaisuuksissa mukeja on kulunut satoja. Robotiikka Akatemia sai toimeksiannon, rakentaisimme automaattisen mukiannostelijan joka annostelee juomamukit robotille.

Aluksi tutkimme erilaisia vaihtoehtoja ja mekanismeja mukiannostelijaamme. Halusimme, että mekaaniset osat olisivat mahdollista uusia tarvittaessa, joten päädyimme suunnittelemaan sellaiset osat, jotka voi 3D –tulostaa. Mukiannostelijassamme on kaikki mekaaniset osat runkoa myöden suunniteltu SolidWorks –ohjelmalla, joka on 3D –mekaniikkasuunnitteluohjelmisto.

Ohjelmistolla tehdyt mallinnukset tulostettiin koulun Ultimaker 3D –tulostimella fyysisiksi kappaleiksi. Tulostusmateriaali johdetaan tulostimen tulostuspäähän nauhana, joka sitten sulattaa materiaalin ohuina kerroksina tulostusalustalle. Malli muodostuu näin useista ohuista kerroksista. 3D –tulostimissa voi käyttää materiaaleina esimerkiksi muovia, metallia, keraamia tai lasia. Valitsimme materiaaliksi biohajoavan ja edullisen PLA –muovin. Tällä tavalla uusien osien tekeminen (esim. hammasrattaat ja mukien irrottaja) ollaan saatu mahdollisimman helpoksi.

Suurin haaste suunnittelussa oli saada mukit tippumaan hallitusti yksi kerrallaan alas pinosta. Oman haasteensa toi myös mukiannostelijan aivojen, Arduino Unon koodaaminen siten, että mukiannostelija tiputtaa mukin signaalin saatuaan ja siirtää sen UR 5 –robotin saataville. Arduino on pieni mikrotietokone, joka pystyy suorittamaan useita erilaisia C++ -ohjelmointikielellä ohjelmoitavia käskyjä.

Projektin toteuttaminen vaati toimivaa tiimityöskentelyä ja luovaa ongelman ratkaisua. Akatemian opiskelijat saivat luotua toimivan automaattisen mukiannostelijan. Ratkaisu on suunniteltu niin, että sitä on mahdollista muokata, jos sille tulevaisuudessa on tarvetta.

Yhteenveto

Projektissa opimme paljon 3D –suunnittelusta, 3D –tulostamisesta sekä Arduinon koodaamisesta. Jokaista osa-aluetta on täysin mahdollista hyödyntää yritysmaalimassa tai vaikka kotona, joten ota meihin yhteyttä, niin katsomme miten voisimme auttaa juuri Sinua.

IoT Tavaroiden Internet

MeWet älytalo

MeWet-ympäristö Ulvilassa valjastaa kiinteistöautomaation, korjausrakentamisen, esteettömyyden, etähoivateknologian, älykkäät toimilaitteet ja perinteiset palvelut saumattomaksi kokonaisuudeksi, jonka tarkoituksena on palvella ihmistä toimintakyky- ja elämäntilannemuutokset huomioiden.

MeWeT -ympäristössä Robotiikka Akatemia oli kevään 2018 aikana ohjelmoimassa Beckhoff kiinteistöautomaatiota. Talon valaistus ohjelmoitiin uudelle tasolle.

Moderni, kokonaisvaltainen rakennusautomaatio mahdollistaa kestävien sekä energiatehokkaiden rakennus- ja asumisratkaisujen toteuttamisen Green Building -periaatteella. Beckhoff tarjoaa rakennusautomaation tarpeisiin kattavan ja skaalautuvan ohjausjärjestelmän aina PC- ja Ethernet-pohjaisesta ohjauksesta moduulipohjaiseen I/O-järjestelmään saakka. Beckhoff ohjausjärjestelmän avulla onkin mahdollista saavuttaa EN15232 standardin mukainen energiatehokkuusluokka A.

Langattomat ja paristottomat kytkimet

EnOcean-teknologiaa käyttävät kytkimet ovat langattomia ja paristottomia. Ne generoivat kaiken tarvitsemansa energian painalluksesta. Ne ovat täysin huoltovapaita. EnOcean-teknologia on Euroopassa laajalti käytössä kaupallisissa kohteissa, kuten hotelleissa. Siksi kytkimiä on saatavilla melkein kaikkiin Euroopassa yleisiin kalustesarjoihin.

DALI -valaistus

DALI (Digital Addressable Lighting Interface) on kansainvälinen avoin standardi (IEC 62386), jota valaistusjärjestelmiä valmistavat yritykset ovat kehittäneet luodakseen yksinkertaisen ja joustavan tavan hallita ja ohjata suurta määrää valonohjauslaitteita.

Valaistus ryhmiteltiin omiin huoneisiin ja jotkin tilat omiin osaryhmiinsä. Lisäksi Akatemialaiset lisäsivät himmennysominaisuuksia valaisimiin. Himmennystä käyttäjä ohjaa EnOcean kytkimellä. Tämä sopii loistavasti MeWet -talon perusajatukseen.

Yhteenveto

Akatemian opiskelijat oppivat ohjelmoimaan kiinteistöautomaation avulla erilaisia antureita ja valoja. Opiskelijat ymmärsivät I/O-järjestelmän rakenteen rakentamalla oman järjestelmän ensin koulun tiloissa. Jatkossa pystymme auttamaan kiinteistöautomaation haasteissa.

Sovellustuotanto

Hyvinvointi ja terveys -osaamisalueen sovellus

Satakunnan Ammattikorkeakoulu Oy:n hyvinvointi ja terveys osaamisalueelle oli tarve saada opetussovellus, joka tarjoaa opiskelijoille mahdollisuuden tutustua potilastietokannan ja hoitosuunnitelmien tekoon. Nykyisin opiskelijat täyttävät potilas- ja hoitosuunnitelmat paperille, joka on tapana vanhentunut ja epäkäytännöllinen.

Robotiikka Akatemian oppilaat saivat sovelluksen toteuttamisesta toimeksiannon. Pohjana sovelluksen tekoon on Anu Elon tekemä opinnäytetyö. Tavoitteena on toteuttaa alustariippumaton sovellus, jolla terveysalan oppilaat pystyvät simuloimaan hoitotilanteita. Sovelluksella seurataan potilaiden hoitoa, tehdään hoitosuunnitelmia ja kirjataan potilaita tietokantaan. Sovellus liitetään Satakunnan ammattikorkeakoulun sisäiseen tietojärjestelmään, minkä kautta oppilaat pystyvät kirjautumaan sovellukseen koulun omilla tunnuksilla.

Akatemian oppilaiden ajatuksena oli kartuttaa osaamistaan tutustumalla monipuoliseen ohjelmointiin ja uusiin ohjelmointitapoihin. Sovelluksen ohjelmakoodi kommentoitiin ja dokumentoitiin tarkasti, koska ohjelmistokehitys ei jää Robotiikka Akatemian ylläpidettäväksi. Sovellukseen tullaan lisäämään toiminnallisuuksia tulevaisuudessa.

Ohjelmistotuotannossa käytettiin ja opittiin seuraavia työkaluja; JavaScript (ohjelmointikielenä), React (JavaScript kirjasto käyttöliittymää varten), Node.js (JavaScript ympäristö palvelinta varten), Express (Framework node.js:lle), MongoDB (tietokannan rakentamiseen), Git (versionhallintaan), Bitbucket (webpohjainen versiohallinnan arkistopalvelu) sekä Figma (visuaalisen käyttöliittymän tekemiseen).

Yhteenveto

Toimeksiannon tavoitteet saavutettiin. Lopputulokseksi saatiin toimiva ja selkeä sovellus. Tulevien tekijöiden on helppo jatkaa sovelluksen kehittämistä eteenpäin. Ohjelmointi-, asiakaspalvelu- ja projektinhallintataidot kehittyivät opiskelijoilla.

3D tulostus

Automatisoitu juomapullon avaaja

Satakunnan Ammattikorkeakoulu Oy:llä on käytössä käsivarsirobotti Universal Robots 5, jota käytetään opiskelun lisäksi koulun esittelytilaisuuksissa. Suosituksi esittelytilaisuksissa on osoittautunut robotin ohjelma, jossa robotti kaataa juomapullon sisällön kolmeen mukiin. Robotti osaa ottaa pullon korista, kaataa juoman mukeihin ja pudottaa pullon roskiin. Ongelmana oli juomapullojen manuaalinen avaaminen. Yleisötilaisuuksissa juomapulloja tarjoillaan tilaisuuden yleisömäärästä riippuen kymmenistä satoihin, joten oli siis järkevää rakentaa lisälaite tähän tarkoitukseen.

Robotiikka Akatemia sai toimeksiannon. Ongelman tutkimisen ja analysoinnin jälkeen huomattiin, että ilman erillistä lisälaitetta pullonkorkin poisto pelkästään robotin tarttujilla on mahdotonta. Lisälaitteen toimintaperiaatetta lähdettiin kartoittamaan. Suunniteltiin käyttötarkoitukseen sopivat mekaaniset ja toiminnalliset ratkaisut sekä vaadittava ohjelman kierto, jotta prosessi voidaan toteuttaa.

Haastetta toi erityisesti tarttujan/avauspään suunnitteleminen, joka soveltuisi monen erilaisen korkkityypin aukaisuun sekä toimisi robotille mahdollisten ominaisuuksien puitteissa. Mekaanisen toteutuksen kannalta haastavuutta toi erityisesti avausmekanismin monitoimisuus, avauspää piti saada pyörimään ja korkin tuli irrota laitteesta seuraavaa juomapulloa varten. Käytetyt korkit ja pullot piti saada roskiin, jotta esittelypöytä oli tyhjä seuraavaa pulloa varten.

Pullonkorkin poistajan runko rakennettiin alumiiniprofiilista ja koppa taivutettiin pleksistä. Mekaanisiin osiin käytettiin hyödyksi SolidWorks -3D suunnitteluohjelmistoa. Ohjelmistolla sai suunniteltua jokaisen rattaan ja mekaaniset osat tarkasti. Kun mallit olivat valmiit, ne tulostettiin koulun 3D -tulostimilla. Valitsimme materiaaliksi biohajoavan ja edullisen PLA –muovin. Tällä tavalla uusien osien tekeminen saatiin mahdollisimman helpoksi ja niitä pystyttiin tarvittessa tulostamaan lisää.

Ohjelmointi päätettiin toteuttaa Arduinon Uno:n avulla. Se on pieni mikrotietokone, joka ohjelmoidaan C++ -ohjelmointikielellä.

Yhteenveto

Lisälaite saatiin toimimaan. Robotti vie pullon avauspään alle ja lisälaite poistaa korkin. Poistetun korkin roskiin sijoittamiseksi tehtiin tarvittava laitteisto.
Testasimme laitteen toimintaa, ja säätöjen jälkeen saimme sen toimimaan joka ainoalla kerralla.