Puutavaratarttujan anturointi

Abstract

Tämä työ pohjautuu kirjallisuustutkimukseen, jonka tarkoituksena on selvittää, miten eri anturit soveltuvat työn toimeksiantajan kehittämään puutavaratarttujan automaatioasteen parantamiseen Porin satamassa. Puutavaratarttuja on laivan lastinkäsittelyyn liittyvä laite, jonka avulla laiva voidaan lastata ja purkaa. Anturit avustavat kuljettajaa lastaus- ja purkutoiminnoissa.

Työssä käydään aluksi läpi puutavaratarttujien toimintaperiaatetta ja tämän opinnäytetyön tavoitteita. Tämän jälkeen tutustutaan sovelluksiin, joissa käytetään edistyneitä anturitekniikoita, joita voidaan hyödyntää mm. itseohjautuvissa autoissa ja satamien automatiikassa. Edistyneitä anturitekniikoita tarvitaan kohdattaessa haastavia ympäristöolosuhteita, joten niistä saadut kokemukset tukevat tämän työn tavoitteita. Seuraavaksi tutustutaan anturityyppeihin, joiden arvioidaan olevan tämän työn tavoitteen kannalta kaikkein optimaalisimpia. Anturiselvitykseen pohjautuvan analyysin perusteella valitaan parhaiten puutavaratarttujan eri toimintoihin soveltuvat anturityypit.

Tutkimuksen alussa saatiin analyysin avulla vastauksia määriteltyihin tutkimuskysymyksiin. Analyysin perusteella puutavarapaketin muodon tunnistaminen ja asemointi voidaan toteuttaa parhaiten LiDAR:lla. Lastauspaikan ja sen lähiympäristön hahmottamisessa paras ratkaisu on kameran ja LiDAR:n anturifuusio, mutta jos käytetään ainoastaan yhtä anturia, paras vaihtoehto on LiDAR. Puutavarapaketin nostokohdan tunnistamisessa parhaiksi anturityypeiksi osoittautuivat magnetostriktiivinen ja induktiivinen anturi. Varmistinketjun ohjaukseen sopivin anturityyppi on analyysin perusteella ultraäänianturi. Yhtenä tutkimuskysymyksenä oli, miten puutavarapaketin lasku voidaan toteuttaa hallitusti. Tähän tehtävään soveltuvin anturityyppi on LiDAR. Työn tavoitteena oli määrittää myös puutavaratarttujan optimaalinen puristusvoima. Loppujen lopuksi tähän tutkimuskysymykseen ei kuitenkaan perehdytty, koska työn toimeksiantaja oli ratkaissut ongelman itsenäisesti.

Tutkimuksen päätavoitteena oli määrittää parhaiten puutavaratarttujan anturointiin sopivimmat anturityypit. Tähän tavoitteeseen päästiin, koska jokaiseen toimintoon löydettiin sopiva anturityyppi. Anturityyppien suositukset perustuivat tässä työssä tehtyyn kirjallisuustutkimukseen antureista ja niiden käyttökokemuksista. Tämän työn aikana puutavaratarttujan anturointia ei vielä aloitettu, joten käyttökokemuksia ei saatu.

This thesis is based on a literature survey, and its purpose was to evaluate the suitability of various sensors for improving the degree of automation of a wood material handler in the port of Pori developed by the client. A wood material handler is a device which is used for loading and unloading cargo in ships. The sensors assist the operator in the process of loading and unloading.

The thesis begins by presenting the working principle of a wood material handler, as well as the objectives of the thesis. This is followed by the introduction of applications using sophisticated sensor techniques used e.g. in self-driving cars the automatics and in of ports. Such sophisticated sensor techniques are needed in challenging working environments and therefor the experiences of these techniques are helpful for reaching the objectives of this thesis. Next, sensor types which are estimated to be optimal for the objectives of the thesis are introduced. The most suitable sensor types for different functions of the wood material handler are selected based the analysis of the sensor report. The primary objective of the project was to determine the most suitable sensor types for the wood material handler.

At the start of the study, the defined research questions were acquired through analysis. Based on the analysis recognising the shape and positioning of the wood package is best done by LiDAR. The best solution for identifying the loading area and its surroundings is a fusion of Li-DAR and camera sensors, but if only one sensor is used, the best option is LiDAR. Magneto-strictive and inductive sensors were found out to be the best for recognising the package lifting point. For the control of the chain the most suitable sensor type based on analysis was an ultrasonic sensor. One research question was how the lowering of the package can be done controlled. LiDAR was the most suitable for this job. The goal of the thesis was also to define the handlers optimal gripping force. In the end though, this question was not addressed, because the client had solved the problem independently.

This objective was reached, as suitable sensor types were found for each of the functions of the wood material handler. The sensor type recommendations were based on the literature survey of sensors and their user experiences. During this project, the wood material handler was not yet equipped with sensors, and therefore no user experience regarding it was available.