This report includes a thesis carried out by Fredrik Almers and Manne Hellsing, students at Mälardalen University in the engineering program, Innovation and product design. The assignment has been carried out in behalf of Robotdalen (Västerås, Sweden) in the period 2015-01-20 – 2015-06-11. The assignment was to explore possibilities of manufacturing prefabricated wall elements using industrial robots. The task also included to determine which robot tools that was needed and also designing one of them. The purpose of the assignment was to develop the first robot tool required for the manufacturing and to investigate whether the production time can be reduced by 70 percent compared to manual work. To be able to address the problem in a scientific way, the project was split into three phases. The first concerning information gathering, the second concept development and the third the design of the tool. The data collection included analyzing literature, previous work that had been done in the project and conducting study visits. At this stage it was also revealed which tools were necessary and which one of these that would be designed. It takes six different tools to manufacture a wall element and the one that were designed was a multifunctional beam assembly tool. A function analysis and a requirements specification were also established in this phase. They were used as a basis for further work. The goal of the concept generation phase was to develop a final concept where the basic features of the tool was presented. The problem was divided into two parts and each part solution was developed and evaluated individually. Through discussions and the use of appropriate product development tools a final concept could be established. The functions of the final concept was to grab hold of the wooden beam, compress it with another beam and then nail them together. To solve this, existing components as grippers, pneumatic cylinders and linear units were used. The goal of the design phase was to go from a fundamental principle concept to a fully finished and fully specified design. To achieve this CAD were used to calculate the components strength and how they would work together. Trough contact and advice collected from the suppliers the various components were selected. The designing of the tool has been based on the requirement specifications and the function analysis. The result of this project is a robotic tool that manages to nail together two wooden beams with two nails in under five seconds. It does not require any help to accomplish this task and can handle several different beam dimensions. The tool is designed with a frame of aluminum profiles, whereupon the necessary components for the task are installed. Thus it is easy to maintain and change the design of the tool if needed. With the help of this tool, the production time for a wall element is reduced up to 90 percent, according to simulations in the CAD environment compared to manual work.

Detta examensarbete handlar om att konstruera ett monteringsverktyg som ska monteras på en ABB industrirobot IRB6000 S3 M91 och användas vid Uppsala Universitet för att automatisera ett arbetsmoment. Arbetsmomentet är att införa en gängad plaststång och muttra fast den genom 210 st respektive 260 st tunna statorplåtar.Arbetet började med att förstå det olika momenten som behövdes för att utföra arbetsmomentet manuellt. För att se den manuella monteringen, gjordes ett besök på tillverkningsverkstaden i Lysekil, där möjlighet gavs att se och förstå den manuella montering som utfördes.Efter besöket utfördes olika tester för att avgöra vilka metoder som fungerar för att kunna dra åt muttern mot statorplåtarna. Ett kvalitetshus användes med kundens önskemål, för att värdera fram rätt produktegenskap på monteringsverktyget.Olika konceptkonstruktioner på hur monteringsverktyget skulle kunna utföra arbetet designades och jämfördes med monteringstesterna samt kvalitetshuset för att slussa bort det svaga verktygsidéerna. Komponenter valdes ut för det utvalda verktygskoncept och en slutlig design utfördes på en Cad-konstruktion. Med prisuträkning för det komponenter som valdes, skulle robotverktyget kosta omkring 15 000 kr om den tillverkades.Monteringsverktyget applicerades senare på ett robotsimuleringsprogram (Robotstudio) och simulerade hur roboten skulle kunna jobba med monteringsverktyget, för att sedan kunna kalkylera den tid som skulle behövas för att utföra hela arbetsmomentet med en industrirobot. Det visar att arbetet skulle ta ca 124 sekunder för 210 st statorplåtar, och ca 106 sekunder för 260 statorplåtar.Då arbetet är utfört är detta bara ett förslag på hur monteringsverktyget skulle kunna se ut och vilka komponenter som skulle kunna användas. Examensarbetet visar inte ett optimalt monteringsverktyg, utan ett koncept på ett verktyg som skulle kunna utföra arbetsmomentet med hjälp av en industrirobot. / This thesis is about a robotic tool concept to be used in Uppsala University to automate a particular task. The task is to insert a threaded plastic rod through 210, respectively 260, one millimetre thin steel plates. After inserting the plastic rod, the rod needs to be tightened with a flat washer and a screw-nut.The project started by trying to understanding every step of the task, which was being performed by manual workers. After understanding all of the steps that go in to mounting a plastic rod through all those steel plates, made it possible to design a robotic tool that should workTests were performed to see what method could be used to mount and tighten the screw-nut. A quality control model was constructed to see what properties that was most desirable in the robotic tool.Three different concepts were designed on how the robotic tool could perform the said task. By comparing the concept tools with the desirable properties, it was possible to choose one tool design and pick several components to construct the said out robotic tool in a Cad program. With the price calculation for components selected, the robotic tool would cost around 15,000 SEK if it was manufactured.The final stage of the robotic tool was then implemented in a simulation program, to see and calculate the time each motion of the mounting operation would take. It showed that when it was mounting on 210 thin steel plates it took 126 seconds and for 260 thin steel plates it took 106 seconds.This robotic tool in this thesis is a concept design on how the robotic tool could look like and how it could work. The design of the tool is not optimal, but it is a design which could perform said task by being used with an industrial robot.

Sandvik Materials Technology (SMT) in Sandviken manufacture drilling rods for the mining industry. In a part of the process, cylindrical billets, so called “kuts”, are handled. Today the “kuts” are handled with a robotic controlled magnet. To increase the flexibility of the robotic cell, a new tool for handling “kuts” of a non-magnetic material was requested. The tool will handle the “kuts” with and without a core. Diameter of the tool varies between 105-188 mm and the length between 1330-1500 mm. The tool was restricted to weigh no more than 36 kg. After an investigation of already existing tools and a specification of the tool demand and assumptions, four different gripping functions were taken into consideration in an idea meeting. The gripping functions were evaluated in a Pugh-matrix. The function that seemed to be most suitable for handling “kuts”, was developed into eight different product suggestions where finally one product was chosen to further develop. When designing the tool, its griping function is the most central function. The product was divided into four main components to facilitate the development of the concept. As a complement to the calculation that were made by hand, a stress and strength analysis were made in Ansys Workbench to control the resistance of the tool. A hazard analysis was made to attentive the risk a person can be exposed to in contact with the tool during production or maintenance. The result of the work was a tool, designed for handling the cylindrical billets from its short side with help from a longitudinal power traverse. The longitudinal power traverse was made by a lifting eye bolt when handling “kuts” with a core and a dowel when handling “kuts” without a core. The tool maximum weight added up being 35 kg. A further development of the tool could be an optimization of the weight. One way of reducing the weight of the tool would be to handle both magnetic and non- magnetic “kuts” with only one tool. In this way the tool could be attached directly to the robot and the coupling from Schunk excluded. With a camera with sufficient accuracy to detect the position of the “kuts” the control function could be excluded from the design. / Sandvik Materials Technology (SMT) i Sandviken tillverkar borrstänger till gruvindustrin. I en del av processen hanteras cylindriska ämnen, så kallade kuts. Idag hanteras kutsarna med hjälp av en robotstyrd magnet. För att öka robotcellens flexibilitet önskades ett verktyg för hantering av kutsar i icke-magnetiska material. Verktyget ska hantera kuts med och utan kärna. Kutsarna varierar i diametrar mellan 105-166 mm och i längd från 1330 mm till 1500 mm. Verktyget fick maximalt väga 36 kg. Utifrån en undersökning av befintliga lyftverktyg samt en specifikation av verktygets krav och förutsättningar kunde fyra gripfunktioner tas fram i ett idémöte. De framtagna funktionerna utvärderades i en Pugh-matris. Den funktion som ansågs vara mest lämplig för hantering av kuts utvecklades till åtta olika produktförslag i en morfologisk matris där ett produktförslag valdes att vidareutvecklas. Utformningen av verktyget bygger på dess funktion att gripa kutsen. Produkten delades upp i fyra huvudkomponenter för att underlätta konceptutvecklingen. Som komplement till de gjorda handberäkningarna genomfördes hållfasthetsanalyser med verktyget Ansys Workbench för att kontrollera hållfastheten i konstruktionen. En riskanalys utfördes på verktyget för att uppmärksamma de risker som en eventuell användare kan utsättas för under drift och vid underhåll. Arbetet resulterade i ett verktyg utformat för att hantera kuts från kortsidan med hjälp av utskjut. Utskjuten består av en lyftögla för hantering av kuts med kärna och en dubb för hantering av kuts utan kärna. Verktygets totala vikt blev 35 kg. En vidare utveckling av verktyget skulle kunna vara en viktoptimering. Ett sätt att minska vikten på verktyget vore att hantera både de magnetiska och icke- magnetiska kutsarna med samma verktyg. På så vis kan verktyget fästas direkt i roboten och snabbkopplingen från Schunk uteslutas. Med en kamera med tillräcklig noggrannhet att detektera kutsens position kan även styrplåten uteslutas ur konstruktionen.

Syftet med examensarbetet var att ta fram en laserskärande hand till ABB:s kollaborativa robot ”YuMi”. Rapporten beskriver tillvägagångssätt, utvecklingsprocess och resultat av arbetet. Målet för projektet var att ta fram en fungerande funktionsprototyp som svarade mot den övergripande problemformuleringen: ”Hur integreras tillräcklig säkerhet i laserhanden så att användaren på ett säkert och riskfritt sett kan använda laserhanden i en kontorsmiljö?”  Detta har uppnåtts genom att med lämpliga test och analyseringsmetoder besvara frågeställningarna: ➢ Hur kan skadliga partiklar avlägsnas från luften vid laserskärning av plast, gummi, skumgummi, kartong och trä? ➢ Hur utformas laserhanden på så sätt att en extern skyddskåpa blir överflödig (för att inte skada ögonen)? ➢ Hur integreras en säkerhetsfunktion som gör att lasern stängs av om laserhanden skulle tilta eller avvika från vertikal distans? Arbetet innefattar konceptgenerering, planering, konstruktion av kåpor och byggande av prototyp. Projektet resulterade i en fungerande funktionsprototyp som uppfyllde största delen av arbetsgivarens krav. Både studenten och företaget är nöjda med resultatet. / The purpose of the thesis was to produce a laser-cutting hand to ABB's collaborative robot "YuMi". The report describes the approaches, development process and results of the work.  The aim of the project was to develop a functional prototype that corresponds to the overall problem formulation: "How to achieve enough security in the laser-hand so it is safe and risk-free for users to use the hand in an office environment?"  This has been achieved by using the appropriate tests and methods of analysis to answer the questions: ➢ How to remove harmful particles from the air during laser cutting of plastic, rubber, foam rubber, cardboard and wood? ➢ How to design an external protective cover encapsulate the tool (laser beam) so it will be redundant to protective glasses (so as not to damage the eyes)? ➢ How to integrate a security feature to force the laser to turn off, if the hand increases the distance or deviate from vertical orientation higher then specified limits? The work includes concept generation, project planning, construction of encapsulation and prototype overall construction. The project resulted in a working prototype that fulfilled most of the requirements. Both the student and the company are satisfied with the result.