Teollisuusrobotin tarttuja : Tarttujan kiinnittimien suunnittelu 3D-mallinnuksen ja CNC-valmistuksen avulla Erkeme Oy:n tuotantotarpeisiin

Abstract

Robottitarttuja on kaksisorminen työväline, jolla siirretään holkkimuotoisia aihioita CNC-työstökoneelle. Robottitarttujat luokitellaan tarttujamekanismin perusteella. Tämän työn tuloksena suunniteltiin ja valmistettiin uusi robottitarttuja, joka soveltuu kappaleiden vaihtoon automatisoidussa ympäristössä. Vaikka tarttujamekanismeista magneettitarttuja on eniten käytetty, tässä projektissa käytettiin kaksisormitarttujaa. Ratkaisu valittiin siksi, että kaksisormitarttuja on riittävän toimiva ja edullisempi menetelmä holkkien siirtämiseen työpisteessä lähiympäristöineen.

Projekti toteutettiin yhteistyössä Ylöjärvellä toimivan Erkeme Oy:n kanssa. Tavoitteena oli parantaa tuotannon laatua, vähentää seisokkiaikoja ja lisätä prosessin monipuolisuutta. Työn aikana perehdyttiin eri tarttujamalleihin, niiden toimintaperiaatteisiin, materiaalivalintoihin ja sovelluskohteisiin. Painopiste asetettiin pneumaattisiin ja mekaanisiin ratkaisuihin. Paineilmapohjaiset ratkaisut soveltuvat pienille massoille. Mekaaniset ratkaisut todettiin suunnitteluprosessin aikana kömpelöiksi ja riskialttiiksi tässä projektissa käytettäviksi.

Suunnitteluprosessissa hyödynnettiin 3D-tulostettuja prototyyppejä, joiden avulla suunniteltiin tarttujan rakennetta ja toiminnallisuutta. Kun suunnitteluratkaisuun oltiin tyytyväisiä, valmistettiin tarttujan varret CNC-jyrsimällä alumiinista. Kiinnityspäät valmistettiin 3D-tulostamalla PETG-muovista. Se mahdollisti pitävän ja pintaa suojaavan otteen. Lopullinen malli sisälsi vaihdettavat kiinnityspäät sekä 15 asteen kulman. Tämä paransi robotin liikeratojen sujuvuutta ja vähensi törmäysriskiä työstökoneen kanssa. Lopuksi varmistettiin tarttujan suorituskyky erikokoisilla ja -painoisilla kappaleilla. Tulokset osoittivat, että rakenne täyttää asetetut vaatimukset. Robottijärjestelmän liikeradat ohjelmoitiin tarkasti, mikä optimoi kappaleenkäsittelyn nopeuden ja toistettavuuden. Lisäksi suunniteltiin työpöytä, josta robotti noutaa aihion työstöön ja tuo valmiin kappaleen takaisin pöydälle.

Tulokset osoittivat, että huolellisesti suunniteltu, testattu ja valmistettu robottitarttuja tehostaa tuotantoprosessia, parantaa lopputuotteen laatua ja pienentää seisokkiaikoja. Työn teknisiä ratkaisuja voidaan soveltaa myös muissa automaatioprojekteissa, mikä lisää ratkaisun arvoa teollisen tuotekehityksen näkökulmasta.

This thesis presents the design and implementation of a new two-finger robotic gripper intended for handling sleeve-shaped workpieces in an automated CNC machining environment. The project was carried out in collaboration with Erkeme Oy in Ylöjärvi, Finland. The main objectives were to improve production quality, reduce downtime, and increase process flexibility.

The study began with an examination of different gripper mechanisms, their principles of operation, material choices, and application areas, with a focus on pneumatic and mechanical solutions. Pneumatic alternatives were found suitable for light workpieces, while mechanical solutions were considered impractical and risky in this context. Therefore, a two-finger gripper was selected as a functional and cost-effective choice compared to widely used magnetic grippers.

The design process included the use of 3D-printed prototypes to test structural features and functionality. The final gripper was manufactured by CNC milling aluminum arms and 3D-printing PETG plastic jaws, providing a firm yet protective grip. The structure incorporated interchangeable jaws and a 15-degree angle, which enhanced robot motion paths and reduced collision risks. The performance of the gripper was verified with workpieces of different sizes and weights. Additionally, a worktable was designed for efficient loading and unloading operations.

The results demonstrated that a carefully designed, tested, and manufactured robotic gripper can significantly enhance production efficiency, improve product quality, and reduce downtime. Furthermore, the technical solutions developed in this project are applicable to other automation systems, thereby contributing to industrial product development.