Kuljettajaa avustavat toiminnot manipulaattoreissa

Abstract

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tarkastella, minkälaisilla menetelmillä kuljettajaa avustavia toimintoja on toteutettu manipulaattoreihin. Manipulaattori on käsittelylaite, jota ohjaamalla kuljettaja voi suorittaa erilaisia työtehtäviä. Tässä työssä tarkastellaan erityisesti raskaina työkoneina käytettäviä manipulaattoreita, joita ovat esimerkiksi nosturit, metsäkoneet ja kaivinkoneet. Kuljettajaa avustavat toiminnot ovat järjestelmiä ja laitteita, jotka helpottavat työkoneen hallintaa. Avustavien toimintojen avulla pystytään muun muassa parantamaan tuottavuutta, lisäämään turvallisuutta ja auttamaan kuljettajaa jaksamaan paremmin työtehtävissään.

Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena. Työn alussa tarkastellaan työkoneiden turvallisuusvaatimuksia, ja siinä lähteinä on käytetty erityisesti työkoneisiin liittyviä standardeja. Selvitettäessä menetelmiä, joilla kuljettajaa avustavat toiminnot ovat toteutettu, lähteinä on käytetty tieteellisiä julkaisuja. Lisäksi on tarkasteltu kaupallisissa sovelluksissa käytössä olevia avustavia toimintoja.

Kuljettajaa avustavien järjestelmien toiminta perustuu ohjausjärjestelmään, jossa toimilaitteita ohjataan säätimellä anturitiedon perusteella. Toiminnon toteutuksessa voidaan käyttää myötäkytkentää, takaisinkytkentää tai molempia näistä. Myötäkytkentä on näistä toteutukseltaan yksinkertaisin, koska se voidaan toteuttaa ilman anturointia. Pelkästään myötäkytkentää käyttämällä ei kuitenkaan päästä yleensä kovin tarkkaan lopputulokseen. Yhdessä takaisinkytkennän kanssa käytettynä myötäkytkennällä pystytään parantamaan lopputulosta ja yksinkertaistamaan tarvittavan takaisinkytkentäsäätimen rakennetta. Säätimen rakenne voidaan suunnitella monen eri menetelmän avulla, ja näistä menetelmistä yleisimpiä on esitelty tässä työssä. Työssä tarkastellaan myös erilaisia antureita, joita manipulaattoreissa voidaan käyttää. Säätimen ja anturoinnin valintoihin vaikuttavat muun muassa järjestelmän vaatimukset.

Tässä työssä kuljettajaa avustavista järjestelmistä tarkastellaan erityisesti nostureiden kuormanvakautusjärjestelmiä ja työkoneiden ohjaamoiden vaimennusjärjestelmiä. Lisäksi esitellään manipulaattorin liikkeiden ohjausta avustavia järjestelmiä ja erilaisiin kartoitusteknologioihin perustuvia toimintoja. Kaikkia näitä avustavia järjestelmiä kehitetään jatkuvasti. Tulevaisuudessa myös täysin autonomisten työkoneiden määrä tulee lisääntymään. Etenkin vaarallisissa työympäristöissä kuljettaja pyritään saamaan pois koneen ohjaamosta. Tällöin koneen ohjaaminen ja valvominen voidaan suorittaa etävalvomossa. Työkoneissa, joissa kuljettajaa tarvitaan, pyritään uusilla liikkeiden ohjausta avustavilla toiminnoilla ja kartoituslaitteilla helpottamaan kuljettajan työtä ja päätöksentekoa entisestään. Avustavien toimintojen kehityksen mahdollistaa etenkin anturiteknologian kehitys. Teknologian kehittyessä antureiden hinnat laskevat, jolloin niiden asentaminen yhä useampiin laitteisiin tulee kannattavaksi.