Akkukokoonpanon automatisointi yhteistyörobotilla

Abstract

Opinnäytetyössä suunniteltiin akkumoduulien puoliautomatisoitu kokoonpanosolu. Kokoonpanosolussa yhteistyörobotti ja ihminen valmistavat akkumoduuleja yhteistyössä. Puoliautomatisoidun kokoonpanosolun tavoitteena oli minimoida akkukennojen käsittelytarve, varmistaa tasalaatuisuus ja tarjota skaalattavuutta kokoonpanossa. Opinnäytetyön tilaajana on Celltech Solutions Oy, joka suunnittelee ja valmistaa pääasiassa akkuja ja energiavarastoja. Työssä tarkastellaan suunniteltavan kokoonpanosolun mekaanista suunnittelua, budjettia, turvallisuutta ja ohjelmointia.

Opinnäytetyön tuloksena ovat kaksi layout-vaihtoehtoa esikokoonpanolle. Layoutit tehtiin CAD-ohjelmistolla. Yhteistyörobottia testattiin testiympäristössä, sekä sille tehtiin ohjelmakoodi suunniteltuun kokoonpanosoluun. Kokoonpanojigit suunniteltiin myös CAD-ohjelmistolla ja niiden ohjausjärjestelmä suunniteltiin ohjelmoitavalla logiikalla. Ensimmäiselle layout-vaihtoehdolle tehtiin kustannuslaskelma sekä takaisinmaksuajan laskelmat. Lisäksi kokoonpanosolulle tehtiin riskin pienentämisprosessi vaarojen selvittämiseksi. Näillä tuloksilla toimeksiantajalla on mahdollista tehdä sijoituspäätös kokoonpanosolusta.

Työssä huomattiin, että ehdotetun ratkaisun automaatioaste jäi kohtalaisen alhaiseksi, vaikka sen takaisinmaksuaika on kohtalaisen hyvä. Kokoonpanosolun kehittämiseksi useampia kokoonpanon vaiheita tulee automatisoida, mikä vaatii lisäinvestointeja ja monimutkaisten komponenttien tuomisen kokoonpanoon. Tämän takia työ rajattiin vain esikokoonpanon automatisoimiseen.

Yhteistyörobotin ohjelmakoodi kokoonpanosolussa päätettiin pitää luottamuksellisena tietona ja on poistettu julkisesta raportista.

The purpose of this thesis was to plan a half-automated battery module assembly cell. The assembly cell was designed to be operated in co-operation between a collaborative robot and a human worker. The goal was to minimize handling of the battery cells, ensure homogenous production, and provide scalability. This thesis was done for Celltech Solutions Ltd., which designs and produces mainly battery modules and energy storages. In this thesis, the assembly cell is discussed from the viewpoints of mechanical design, budget, safety and programming.

As a result of this thesis, two layout options were created with CAD software. The collaborative robot was tested in a testing environment and a robot program was programmed for the assembly cell. Assembly jigs were designed with CAD software as well, and their control system was designed with a programmable logic controller. Cost estimate and return on investment were calculated for the first layout option. In addition, the assembly cell was subjected to an adequate risk reduction process. With these results the client can decide on whether to invest in the cell or not.

It was noticed that the suggested solution’s level of automation was moderately low, although its payback time was quite good. To develop the assembly cell further, the more complicated phases of the assembly should be automated.

Robot program of the assembly cell was considered as confidential information and was omitted from this public version of the thesis.