AI-MaSi-hankkeen tavoitteena on kehittää tekoälyn ja koneoppimisen avulla autonomisesti toimivaa kaivinkonetta. Kehitystyö etenee vaiheittain simulaatioympäristöstä pienoismallikaivinkoneen kautta täysikokoiseen Komatsu PC33E -sähkökaivinkoneeseen. AI-MaSi-hanke on Euroopan unionin osarahoittama.

Etäohjaus toimii hankkeessa tärkeänä välietappina kohti autonomisempaa toimintaa. Tässä artikkelisarjan toisessa osassa keskitytään siihen, kuinka sähköinen esiohjausventtiili liitettiin osaksi kaivinkoneen hydrauliikkajärjestelmää ja millaisia käytännön haasteita letkutukseen liittyi. Kaivinkoneen mekaanisesta varustelusta, 3D-skannauksesta sekä esiohjausventtiilin asennuksesta voi lukea tarkemmin artikkelisarjan ensimmäisestä osasta. Tässä osassa tarkastelu siirtyy venttiilin hydrauliikkaliitäntöihin, letkujen reititykseen sekä muutosten mahdollisiin vaikutuksiin koneen toiminnassa.

Miksi etäohjaus vaatii muutoksia hydrauliikkaan?

Etäohjauksen toteuttaminen ei onnistu pelkästään lisäämällä kaivinkoneeseen sähköistä ohjausta, vaan ohjauskomennot täytyy välittää myös koneen hydrauliikalle. Tässä keskeisessä roolissa on sähköinen esiohjausventtiili, joka tuottaa ohjauspaineen kaivinkoneen pääohjausventtiilille. Sen avulla puomiston liikkeitä voidaan hallita sähköisesti ja siten mahdollistaa niiden etäohjaus.

Jotta sähköinen esiohjausventtiili voi ohjata puomistoa, se täytyy liittää fyysisesti osaksi kaivinkoneen olemassa olevaa hydrauliikkajärjestelmää. Venttiili asennettiin sarjaan koneen alkuperäisen esiohjauksen kanssa siten, että myös normaali ohjaus ohjaamosta säilyy käytettävissä. Järjestelmä voi toimia läpivirtaustilassa, jolloin koneen alkuperäinen ohjaus toimii normaalisti, tai sähköisessä esiohjaustilassa, jolloin puomiston liikkeitä hallitaan sähköisen esiohjausventtiilin kautta.

Käytännössä muutos tarkoitti melko mittavaa määrää uutta hydrauliikkaa. Ohjausta varten koneeseen lisättiin 18 esiohjausletkua sekä paine- ja tankkilinjat. Kokonaisuudessaan kaivinkoneeseen tuli siis 20 uutta letkulinjaa.

Suunnittelusta käytännön asennukseen

Ennen varsinaista letkutusta oli perehdyttävä tarkasti kaivinkoneen alkuperäisen hydrauliikkajärjestelmän toimintaan. Hydraulikaavioiden avulla selvitettiin muun muassa esiohjauksen toimintaa ja sitä, kuinka uusi venttiili voidaan liittää osaksi järjestelmää alkuperäisiä toimintoja häiritsemättä.

Suunnittelussa oli huomioitava myös turvallisuus. Muutoksista huolimatta koneen alkuperäisten turvatoimintojen, kuten esiohjaukseen liittyvien turvakytkimien, täytyy toimia edelleen suunnitellulla tavalla. Tavoitteena oli lisätä koneeseen uusi ohjaustapa säilyttäen samalla alkuperäinen manuaalinen ohjaus ja siihen liittyvät turvallisuustoiminnot.

Käytännön asennuksessa haasteita aiheuttivat erityisesti rajalliset tilat, valmistajan käyttämät erikoisliittimet sekä tavallisesta poikkeavat letkukoot. Etenkin ohjaamon alla ja kotelointien takana tilaa oli vähän, joten letkujen reititys ja komponenttien sijoittelu täytyi suunnitella tarkasti. Samalla oli huomioitava koneen huollettavuus, jotta uudet letkut ja komponentit eivät tarpeettomasti vaikeuttaisi myöhempiä huoltotoimenpiteitä.

Voiko lisätty letkutus vaikuttaa koneen toimintaan?

Kun alkuperäiseen hydrauliikkajärjestelmään lisätään uusi esiohjausventtiili ja samalla letkulinjojen pituus kasvaa, on syytä huomioida myös muutosten mahdolliset vaikutukset järjestelmän toimintaan. Pidempi letkutus voi esimerkiksi lisätä järjestelmän öljytilavuutta ja virtausvastusta, mikä puolestaan voi vaikuttaa ohjauksen käyttäytymiseen ja tuntumaan.

Vaikutusten suuruuteen vaikuttavat muun muassa letkujen mitoitus, liitännät, virtausmäärät ja järjestelmän rakenne. Tässä vaiheessa muutosten vaikutuksia koneen toimintaan ei ole vielä mitattu kattavasti, joten esimerkiksi mahdollisesta viiveestä tai ohjaustuntuman muuttumisesta ei voida tehdä varmoja johtopäätöksiä.

Järjestelmän toimintaa ja tehtyjen muutosten vaikutuksia selvitetään tarkemmin käytännön testauksen edetessä. Samalla saadaan lisää tietoa siitä, kuinka lisätty esiohjausventtiili ja letkutus vaikuttavat sekä koneen alkuperäiseen manuaaliseen ohjaukseen että etäohjauksen toimintaan. Käytännön kokeiluissa ohjauksen tuntumassa ei ole havaittu selvästi erottuvaa muutosta, mutta vaikutuksia ei ole vielä mitattu kattavasti.

Havainnot ja opit

Hydrauliikan varustelu osoitti, että valmiiseen työkoneeseen tehtävä muutos voi olla toimintaperiaatteeltaan yksinkertainen mutta käytännössä työläs. Suurimmat haasteet liittyivät rajalliseen asennustilaan, valmistajan käyttämiin erikoiskomponentteihin ja sopivien osien saatavuuteen.

Valmistajan hydrauliikkaletkujen liitoksissa käytettiin erikoiskomponentteja, joten toteutuksessa oli arvioitava, rakennetaanko esiohjauslinjoja laajemmin uudelleen vai hyödynnetäänkö alkuperäiseen järjestelmään sopivia komponentteja. Sopivien ratkaisujen löytämisessä paikallisen hydrauliikkaliikkeen Koneosapalvelu Oy Kuopion asiantuntemuksesta oli merkittävä apu.

Asennuksessa onnistuttiin säilyttämään koneen alkuperäinen manuaalinen ohjaus ja siihen liittyvät turvatoiminnot etäohjauksen rinnalla. Uudet letkut ja komponentit pyrittiin sijoittamaan siten, etteivät ne tarpeettomasti vaikeuta koneen huoltoa tai edellytä pysyviä muutoksia alkuperäisiin rakenteisiin. Työ toi esiin myös ennakkosuunnittelun merkityksen. Erikoisliittimien ja muiden komponenttien saatavuus voi vaikuttaa toteutuksen aikatauluun, joten niiden selvittäminen mahdollisimman aikaisessa vaiheessa helpottaa jälkivarustelun etenemistä.

Kokonaisuutena hydrauliikkamuutokset saatiin toteutettua siten, että alkuperäinen ohjaus säilyi käytettävissä ja sähköinen esiohjaus voitiin tuoda sen rinnalle. Artikkelisarjan kolmannessa osassa tarkastellaan järjestelmän sähköisiä muutoksia, johtosarjoja, tiedonsiirtoa ja käyttöönottoa.

---

Kirjoittajat

Joni Hänninen, tutkimusinsinööri, Savonia-ammattikorkeakoulu

Jonna Kokkonen, projektityöntekijä, Savonia-ammattikorkeakoulu

Artikkelin työstämisessä on hyödynnetty tekoälyä.

---