Kustannustehokas suuntima-anturi kaivinkoneen työnohjaukseen

Alati kasvavat tuottavuus- ja laatuvaatimukset sekä ammattitaitoisen työvoiman käyminen yhä harvalukuisemmaksi ovat motivoineet maanrakennusalaa etsimään uusia työmenetelmiä. Yksittäisen maanrakennuskoneen kohdalla työsuoritusta optimoidaan nykyään koneenohjausjärjestelmällä. Järjestelmä näyttää työkoneen kuljettajalle ohjaamoon sijoitetulla näytöllä työkoneen työkalun kosketuspisteen eli esimerkiksi kaivinkoneen kauhan kärjen sijainnin työmaan digitaalisessa 3D-työsuunnitelmassa, jolloin kuljettava pystyy ohjaamaan koneen työkalua optimaalisesti. Menetelmän edut ovat moninaiset. Työkoneet pystyvät toimimaan itsenäisesti ilman mittamiesten apua, turhat maamassojen siirrot vähenevät ja laadunvarmistuksesta tulee reaaliaikaista. Koneenohjausjärjestelmä vaatii toimiakseen koneen sisäisen kinematiikka-anturoinnin sekä anturin, jolla koneen sijainti saadaan tarpeellisilta osin sidottua työmaan koordinaatistoon. Tässä diplomityössä tarkoituksena oli kehittää erityisesti kaivinkoneeseen soveltuva suuntima-anturi jälkimmäiseen käyttötarkoitukseen. GNSS-teknologiaa ei voitu hyödyntää, koska anturin oli tarkoitus käyttää myös avustamassa täydellistä GNSS RTK-pohjaista 3D-koneenohjausjärjestelmää GNSS-signaalien tilapäisten häiriöiden aikana. Teknologiakartoituksen jälkeen päädyttiin toteuttamaan gyroskooppi-avusteinen, sähköisesti kallistuskompensoitu sähköinen kompassi. Suuntima-anturin laitteisto- ja ohjelmistosuunnittelu sekä intergrointi sujuivat ongelmitta. Kenttätesteissä testattiin suuntima-anturin asennettavuutta, kenttäkalibrointien toimivuutta sekä suuntiman tarkkuutta ja luotettavuutta rajatuilla testitapauksilla. Kaivinkone arvioitiin jo ennalta vaikeaksi ympäristöksi magneettiantureille, mikä todennettiin kenttätesteissä. Magneettiantureiden kenttäkalibroinnit osoittautuivat erittäin haastaviksi ja virheherkiksi. Kaivinkoneen vaaitus horisontaalitasoon ilman erillisiä järeitä apuvälineitä huomattiin mahdottomaksi. Kalibrointien kannalta vaaitus olisi kuitenkin ollut ensiarvoisen tärkeä epäonnistumisen ilmetessä suuntiman riittämättömänä perustarkkuutena. Kallistuskompensointi todettiin periaatteessa toimivaksi, mutta saavutettu tarkkuus ei riittänyt senkään osalta koneenohjauskäyttöön. Kaivinkoneen puomiston liikkeiden vaikutus suuntimaan ylitti sekin jo yksistään sallitun kokonaisvirheen. Anturifuusiota ei kehitetty, koska sen ei nähty auttavan testeissä ilmenneiden perustekniikan eli sähköisen kompassin tarkkuus- ja kalibrointiongelmiin. Tässä työssä ei kaivinkoneen työnohjaukseen soveltuvaa suuntima-anturia syntynyt, mutta tulevaisuudessa erityisesti gyrojen kehitys saattaa avata uusia mahdollisuuksia. /Kir1