3D tulostus Archives - Robotiikka Akatemia

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.

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.

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.

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.