Moniakseliset voima-momenttianturit robotiikan voimansäädössä
Pinomäki, Joonas (2024)
Pinomäki, Joonas
2024
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2024-08-30
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202408298436
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202408298436
Tiivistelmä
Asentosäädetty robotti seuraa ennalta ohjelmoituja liikeratoja, eikä kykene reagoimaan muutoksiin ympäristössä. Asentosäädetty robotti ei kykene luotettavaan kokoonpanoon, sillä osien väliset toleranssit ovat yleensä robotin tarkkuutta pienempiä. Asentosäädetty robotti ei kykene myöskään reagoimaan yksittäisten kappaleiden välisiin eroihin viimeistelytehtävissä, joissa robotin päätelaitteen tulee liikkua kappaleen pintaa pitkin. Työkappaleeseen törmääminen voi aiheuttaa vakavia vaurioita sekä työkappaleelle että robotille. Voimasäädetty robotiikka on kehitetty korjaamaan asentosäädetyn robotiikan puutteita.
Voimansäätö voidaan jakaa karkeasti kahteen osa-alueeseen, jotka ovat passiivinen ja aktiivinen voimansäätö. Passiivisessa voimansäädössä robotin päätelaitteen anne-taan joustaa, jolloin robotin ja ympäristön välinen kontaktivoima pysyy vakiona. Passiivinen voimansäätö perustuu avoimen silmukan ohjaukseen. Aktiivinen voimansäätö puolestaan perustuu voima-momenttianturiin, jonka avulla robotin ohjaimeen voidaan muodostaa suljettu voimansäätösilmukka. Tämä työ keskittyy aktiiviseen voimansäätöön, jossa käytetään voima-momenttianturia.
Voima-anturit luokitellaan anturielementtien perusteella seuraavasti: Kapasitiiviset anturit perustuvat levykondensaattoreihin. Optiset anturit perustuvat optisen hilan kykyyn heijastaa valoa. Pietsosähköiset anturit perustuvat pietsosähköiseen ilmiöön. Pietsoresistiiviset anturit perustuvat rasituksen mittaamiseen venymäliuskaelementeillä. Pietsoresistiivinen anturi on yleisin robotiikassa käytetty voima-momenttianturi.
Tämän kirjallisuuskatsauksen tarkoitus on tarkastella moniakselisten voima-momenttianturien toimintaperiaatteita ja käyttöä robotiikan voimansäädössä. Työ koostuu kolmesta osiosta, joista ensimmäinen kattaa anturitekniikan, toinen esittelee voimansäädön peruskäsitteet ja viimeinen kartoittaa alalla tehtyä uutta tutkimusta.
Tämän työn avulla on mahdollista oppia erityyppisten moniakselisten voima-momenttianturien toimintaperiaatteet ja voimansäädön peruskäsitteet. Lisäksi työ muodostaa kokonaiskuvan voimansäädön käyttökohteista robotiikan alalla. Työn rajauksen takia lääketieteen ja raskaiden manipulaattorien voimansäätösovellukset ovat hyviä jatkotutkimuskohteita.
Voimansäätö voidaan jakaa karkeasti kahteen osa-alueeseen, jotka ovat passiivinen ja aktiivinen voimansäätö. Passiivisessa voimansäädössä robotin päätelaitteen anne-taan joustaa, jolloin robotin ja ympäristön välinen kontaktivoima pysyy vakiona. Passiivinen voimansäätö perustuu avoimen silmukan ohjaukseen. Aktiivinen voimansäätö puolestaan perustuu voima-momenttianturiin, jonka avulla robotin ohjaimeen voidaan muodostaa suljettu voimansäätösilmukka. Tämä työ keskittyy aktiiviseen voimansäätöön, jossa käytetään voima-momenttianturia.
Voima-anturit luokitellaan anturielementtien perusteella seuraavasti: Kapasitiiviset anturit perustuvat levykondensaattoreihin. Optiset anturit perustuvat optisen hilan kykyyn heijastaa valoa. Pietsosähköiset anturit perustuvat pietsosähköiseen ilmiöön. Pietsoresistiiviset anturit perustuvat rasituksen mittaamiseen venymäliuskaelementeillä. Pietsoresistiivinen anturi on yleisin robotiikassa käytetty voima-momenttianturi.
Tämän kirjallisuuskatsauksen tarkoitus on tarkastella moniakselisten voima-momenttianturien toimintaperiaatteita ja käyttöä robotiikan voimansäädössä. Työ koostuu kolmesta osiosta, joista ensimmäinen kattaa anturitekniikan, toinen esittelee voimansäädön peruskäsitteet ja viimeinen kartoittaa alalla tehtyä uutta tutkimusta.
Tämän työn avulla on mahdollista oppia erityyppisten moniakselisten voima-momenttianturien toimintaperiaatteet ja voimansäädön peruskäsitteet. Lisäksi työ muodostaa kokonaiskuvan voimansäädön käyttökohteista robotiikan alalla. Työn rajauksen takia lääketieteen ja raskaiden manipulaattorien voimansäätösovellukset ovat hyviä jatkotutkimuskohteita.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8354]