Hämeen ammattikorkeakoulun (HAMK) automaattinen tienmittausajoneuvo oli yksi viidestä kunniamaininnan saaneesta työstä SICK 25-vuotisinnovaatiokisassa. SICK on yksi maailman johtavista antureiden ja anturisovellusten kehittäjistä teollisiin sovelluksiin.
Tienpinnan kunnon mittaamiselle ja sen perusteella tapahtuville korjauksille on suuri tarve, sillä tienpinnan kunto vaikuttaa merkittävästi ajoneuvojen ja matkustajien turvallisuuteen, taloudellisuuteen ja liikennevirran sulavaan toimintaan. HAMKin sähkö- ja automaatio-opiskelijoiden kilpailutyö hyödyntää SICK TiM561 2D -laserskanneria tiepinnan mittaukseen ja kartoitukseen, jonka avulla pinta voidaan myöhemmin uudelleenmallintaa. Tienmittausapplikaation lisäksi kyseisellä systeemillä on mahdollista skannata ja rekonstruoida esimerkiksi sisätiloja.
Kilpailutiimiin kuuluivat Khoa Dang, Silvia Lupea, Samuli Multaniemi, Giang Nguyen ja Minh Tran. He opiskelevat sähkö- ja automaatiotekniikkaa HAMKin Valkeakosken yksikössä.
Kilpailuun osallistuminen oppimisen näkökulmasta
Yliopettaja Katariina Penttilä korostaa innovointitaitoja: – Innovointi on keskeinen osa insinöörityötä ja tuotekehitystoimintaa. Jotta Suomi pysyy mukana tulevaisuuden teknologioiden kehityksessä, on keskeistä, että myös koulutus tarjoaa mahdollisuuksia innovointiin ja innovaatioiden toteuttamiseen. Kilpailut ovat erinomainen tapa motivoida opiskelijoita, kehittää tiimityötaitoja sekä soveltaa jo oppimaansa ja hakea uutta tietoa. Kaikki nämä ovat työelämässä vaadittavia keskeisiä taitoja.
– SICKin kansallisessa kilpailussa kisataan muita oppilaitoksia, ammattikorkeakouluja ja yliopistoja vastaan, jolloin yhteishenki omassa tiimissä vahvistuu. Lisäksi opiskelijat näkevät, miten omat taidot sijoittuvat Suomen kontekstissa. Tiimi Suomi Geniuses pärjäsi SICKin innovaatiokilpailussa erinomaisesti. Heidän työskentelynsä oli aktiivista ja innovatiivista, tutkivaa ja kokeilevaa oppimista, joka pohjautui teoriapohjan vahvaan hallintaan. HAMKin sähkö- ja automaatiotekniikan koulutusohjelma on ylpeä opiskelijoidensa hyvästä sijoittumisesta. Kunniamaininta on asia, mikä toimii myös mainiona referenssinä tiimin jäsenten CV:ssa kohti asiantuntevaa uraa, Penttilä jatkaa.
Innovaation päätarkoitus ja käyttö
Tienpinnan kunnon mittauksiin käytettävät laitteistot, pintaprofiilisensorit, ovat hyvin kalliita, jopa kymmeniä tuhansia euroja. Automaattinen tienmittausajoneuvo (ESAV) on esitys konseptista, joka tukee teoriaa 2D-laserskannerien toimivuudesta kyseisessä applikaatiossa ja on moninkertaisesti edullisempi vaihtoehto. Laserskannerilla voidaan mitata kaikkia oleellisia arvoja, kuten kaltevuutta, karkeutta, maalausten näkyvyyttä ja urien syvyyttä.
Lisäksi ajoneuvo kykenee skannaamaan ja mittaamaan myös sisätiloja. Tälle applikaatiolle käyttöä olisi esimerkiksi rakennusten kunnon tarkastuksessa ja automaattisessa 3D-mallinnuksessa. Tulevaisuudessa näitä palveluita tullaan arvostamaan, kun IoT (Internet of Things) ja datatieteet yleistyvät globaalissa maailmassa.
Miten toteutettu?
Mitatun ympäristön virtuaalista uudelleenrakentamista varten on tiedettävä skannerin suuntakulmat ja vakionopeus, jolla se liikkuu. Ympäristödatan keräämiseksi skanneri asennettiin ajoneuvoon skannaava osa tietä kohden. Tarkemmin systeemiin kuuluu kolme osaa:
- Automatisoitu ajoneuvo, jota “ajaa” Arduino Mega 2560 -mikrokontrolleri. Ajoneuvon toimintoihin kuuluu nopeuden säätö ja ohjaus käyttäen differentiaalikaksipyöräohjausta. Inertiamittausyksikön syötteestä algoritmi antaa suuntakulmat ajoneuvolle 200 Hertsin taajuudella.
- Raspberry Pi 3 toimii prosessoivana yksikkönä ja rajapintana SICK TiM561 -laserskannerille. Arduinon ja Raspberry Pi:n välillä on 2Mbps sarjaliitäntä.
- Visualisointiohjelmisto, jolla lisätään jälkiprosessointia ja uudelleenmallinnetaan skannattu data.
Mitä hyötyjä innovaatio tarjoaa?
SICK TiM561 -laserskannerin ominaisuudet, muun muassa korkea mittausnopeus, laaja avautumiskulma korkealla resoluutiolla ja suuri tarkkuus, tekevät siitä toimivan ratkaisun ympäristönkartoitusapplikaatioihin. Näiden lisäksi skannerin monimuotoiset rajapinnat mahdollistavat helpon integroinnin olemassa oleviin järjestelmiin. Laserskanneri tarjoaa monia etuja verrattuna olemassa oleviin profilointisensoreihin myös edullisuutensa lisäksi. Laserskanneri kerää dataa ympäriltään paljon laajemmin, kuin hyvin lähellä maata mittaavat profilointisensorit. Lisäksi laserskannerilla voidaan mitata heijastuvuuden arvoja, jolla voidaan tehostaa tienpinnan kunnon ja iän määritystä ja korjaustarpeiden aikataulutusta.
Lisätiedot:
opiskelija Samuli Multaniemi, samuli.multaniemi@student.hamk.fi
yliopettaja Katariina Penttilä, puh. 050 344 9695, katariina.penttila@hamk.fi
Kuvateksti: Suomi Geniuses -tiimin jäsenet ja kilpailutyö.