UR10-robotin koulutusympäristön suunnittelu

Abstract

Opinnäytetyön aiheena oli suunnitella koulutusympäristö Tampereen ammattikorkeakoululla käytössä olleelle Universal Robots UR10 -yhteistyörobotille. Tilaajan tarpeena oli saada opetuskäytössä ollut yhteistyörobotti ja siihen kuuluneet konenäköjärjestelmät liitetyksi yhtenäiseen ja turvalliseen kokonaisuuteen. Järjestelmän käyttötarkoituksena oli robotiikan opetukseen sopivien sovellusten toteuttaminen. Työn tavoitteena oli tehdä tarvittava mekaniikka- ja sähkösuunnittelu ja lopuksi riskianalyysi suunnitellusta järjestelmästä.

Mekaaninen suunnittelu koostui järjestelmän rungon ja laitteiden tarvitsemien telineiden suunnittelusta. Runko suunniteltiin toteutettavaksi rakenneteräksestä ja laitteiden telineet alumiiniprofiilista. Suunnitteluun kuului myös rungon FEM-analyysi, jolla varmistettiin sen kestävän robotin aiheuttamat kuormitukset. Sähkösuunnittelu sisälsi järjestelmän sähkönsyöttöön tarvittavan sähkökaapin ja komponenttien valinnan. Lisäksi osuuteen kuului sähkökaapin kokoonpanon ja johdotusten suunnittelu. Järjestelmän suunnittelussa käytettiin apuna Cadmatic Electrical ja Autodesk Inventor -suunnitteluohjelmia. Suunnittelutyötä varten perehdyttiin koneiden suunnittelua määrittäviin standardeihin kuten SFS-EN 12100 ja SFS-EN 60204-1.

Järjestelmästä tehtiin SFS-EN 12100 mukainen riskianalyysi, jossa määritettiin järjestelmän rajat, tunnistettiin vaarat ja arvioitiin niistä aiheutuva riski. Järjestelmän merkittävimpiä riskejä olivat automaattiajon aikana tapahtuva puristuminen tai törmäys. Riskien arvioinnin perusteella määritettiin tarvittavat toimenpiteet niiden riskien pienentämiseksi, jotka eivät olleet siedettävällä tasolla. Kaikki järjestelmän riskit olivat hallittavissa suojausteknisiä tai suunnittelutoimenpiteitä käyttäen. Olennaisin suunniteltu toimenpide oli turvaskannerin lisääminen, jolla käyttäjää voidaan suojata automaattitilan aikana.

Työn tuloksena tilaajalle suunniteltiin tarpeen mukainen koulutusympäristö, johon kaikki järjestelmän laitteet on mahdollista integroida. Työstä toimitettiin järjestelmän toteutukseen tarvittava dokumentaatio, johon kuului mekaanisten osien valmistuskuvat, kokoonpanokuvat, sähkösuunnitelmat ja riskianalyysi.

The purpose of this thesis was to design a training environment for the Universal Robots UR10 collaborative robot, which is in educational use at the Tampere University of Applied Sciences. The client needed the robot and machine vision systems integrated into a uniform and safe system. The goal of the thesis was to do the needed electrical and mechanical design and risk analysis for the designed system.

Mechanical design included designing the frame of the system and racks needed for the equipment. Electrical design consisted of choosing an electrical cabinet and components needed for the power supply of the system and designing internal wirings. Cadmatic Electrical and Autodesk Inventor design software were used for the task.

The risk analysis included defining the limits of the system, identifying hazards and assessing risks. The most significant risks were quasi-static and transient collisions with the robot when the system is in automatic mode. After the assessment, the necessary measures were considered for those risks that were seen as intolerable. With those measures, all the risks were assessed to be tolerable.

As a result of the thesis, the training environment was designed according to the client’s needs and the necessary documentation for manufacturing the system was delivered to the client.