Väittelijä
Tekniikan lisensiaatti Mikko Sallinen

Nykyinen työpaikka
VTT Elektroniikka, Oulu, puh. (08) 5512 187, 040 723 5263, mikko.sallinen@vtt.fi

Tiedekunta ja laitos
Teknillinen tiedekunta,
prosessi- ja ympäristötekniikan osasto, puh. (08) 553 2301

Aika ja paikka
28.11.2003 klo 12
Linnanmaa, Kuusamonsali (YB210)

Aihe
Modelling and estimation of spatial relationships in sensor-based robot workcells.

Kappaleiden paikoituksen mallintaminen ja estimointi aistivassa robottityösolussa.

Vastaväittäjät
Professori Aarne Halme, Teknillinen korkeakoulu ja
Dr. Rolf Bernhardt, Fraunhofer IPK

Kustos
Dosentti Tapio Heikkilä

Kappaleiden paikoituksen mallintaminen ja estimointi aistivassa robottityösolussa

Robottisolun geometrisiä mittasuhteita ja suorituskykyä kuvaavien arvojen, kuten absoluuttitarkkuuden ja toistotarkkuuden, varmennus on tullut viime aikoina entistä tärkeämmäksi samalla, kun joustavuusvaatimukset kasvavat. Vaatimuksia suorituskyvyn parantamiseen ovat lisänneet kappaleiden mittatarkkuuksien tiukentuminen, kantokyvyltään suurempien robottien käyttö eri sovelluksissa, lisääntynyt etäohjelmointi ja kokonaan uudet sovellusalueet. Tyypillisesti ratkaisua ongelmiin haetaan kalliista ja usein joustamattomista järjestelmistä. Niiden sijasta tässä tutkimuksessa vaatimuksiin etsitään ratkaisua älykkäästä, aistivasta robottijärjestelmästä, jota tässä työssä kehitettiin.

Työssä esitellään menetelmä, jolla arvioidaan geometrisia mittasuhteita ja paikoitustarkkuuksia robottisolussa käyttäen hyväksi erilaisia kriteereitä. Tyypillisiä määritettäviä mittasuhteita robotisoidussa työsolussa ovat mm. rannelaipan ja anturin välinen geometrinen suhde, robotin ja työkappaleen välinen mittasuhde sekä erityyppisten pintojen ja pintamallien muoto. Työssä esitetään lisäksi synteesityyppinen aistisuunnittelumenetelmä, joka pohjautuu estimoitavien parametrien virhekovarianssin minimoimiseen. Aistisuunnittelumenetelmä antaa robotille mittaukset, jotka antavat paikoitukselle korkean tarkkuuden ja pienen kohinan.

Menetelmän luotettavuus todennettiin useilla eri menetelmillä, kuten Monte Carlo -simuloinneilla ja laajoilla toistokokeilla todellisella robottisolulla. Mallin kohinaherkkyyttä testattiin vaihtelemalla järjestelmän kohinatasoa ja tarkastelemalla estimaatin käyttäytymistä.

Lopputuloksena on järjestelmä, jolla voidaan suunnitella eri kalibrointivaiheiden mittaukset, jotka tuottavat optimaalisen näytejoukon annetuille kriteereille sekä monipuoliset työkalut arvioida kalibrointien hyvyyksiä käyttäen kriteerinä virhekovarianssimatriisia ja sen huolellista analyysiä. Lisäksi se antaa arvion siitä, millaisilla toiminta-alueilla järjestelmä on luotettava. Kehitettyä menetelmää on testattu useassa valimoalan yrityksessä prototyyppikappaleiden valmistuksessa, jossa jokainen kappale on paikoitettava erikseen ja järjestelmän joustavuusvaatimukset ovat suuret.