This thesis was carried out at Atlas Copco Industrial Technique in Nacka, Sweden. Atlas Copco is a world leading manufacturer of industrial tools for a wide range of industries. One application is semi-automatic drilling machines for the aerospace industry. The latest trend for such tools is moving in a direction of increased control and traceability. The purpose of this thesis was to investigate the possibility of replacing the pneumatic motor in an industrial semi-automatic drilling machine, PFD1100, with an electric motor and explore the possibilities such design would enable. The two main priorities for the thesis have been:  Investigate the capacity of an electric motor developed by Atlas Copco and find out if it’s suitable for use in drilling applications.  Develop concepts for a new driveline, solving the two core functions of the drill - spindle rotation and spindle feed. The thesis has been limited to use the electric motor from an existing nutrunner and carry over the design for the spindle mechanism from the PFD1100 drilling machine. A background study was conducted of the aerospace industry in general and drilling applications in particular. The authors made a study visit to Airbus production facilities in Hamburg to get a better insight of where and how the tools are used. The background study supported the need for an electric drilling machine, targeted at smaller hole sizes and stack drilling applications. A hybrid prototype machine was designed and manufactured consisting of the driveline from the PFD1100 drilling machine and the motor and electrics from an electric nutrunner. The purpose of the prototype was to verify analytical calculations of the mechanical drilling power through physical testing, and investigate how the machines would behave with an electric motor. The prototype showed promising results with respect to drilling performance and basic adaptive drilling. The electric motor from the nutrunner was tested in a power test rig and the results were used to adapt an existing MATLAB script for estimating motor and inverter losses. With the adapted script provided by Atlas Copco, the gear ratio for the drilling machine could be optimized to minimize losses in the motor and electrical systems. Finally, concepts for a transmission between the electric motor and the spindle mechanism was generated and evaluated with a weighted Pugh’s evaluation matrix. Concepts focused on achieving a tool with minimum size and weight as well as expanding the tool functionality. The most promising concepts according to the evaluation were those that offered a compact and robust solution. To minimize resources and time to market, these concepts could offer a good starting point for continued develpoment. / Detta examensarbete utfördes vid Atlas Copco Industrial Technique i Nacka, Sverige. Atlas Copco är världsledande leverantör av industriella verktyg till olika typer av industrier, bland annat flygindustrin. Semi-automatiska borrmaskiner har använts inom flygindustrin i flera år och trenden för sådana verktyg rör sig i riktning mot ökad kontroll och spårbarhet. Syftet med arbetet var att undersöka möjligheten att ersätta den pneumatiska motorn i en industriell semi-automatisk borrmaskin, PFD1100, med en elektrisk motor samt utforska de fördelar som en sådan konstruktion kan medföra. De två huvudprioriteringarna var följande:  Undersöka kapaciteten hos en elmotor utvecklad av Atlas Copco och hur den lämpar sig för en borrmaskin.  Utveckla koncept för en ny drivlina som löser de två huvudfunktionerna rotation och matning av borrspindeln. Examensarbetet avgränsades till att använda motorn från en befintlig mutterdragare och grundprincipen från PFD1100 borrmaskinens mekanism för spindeldrivning. I en bakgrundsstudie undersöktes flygindustrin i allmänhet och borrningsapplikationer i synnerhet. Författarna gjorde ett studiebesök hos Airbus produktionsanläggning i Hamburg för att se hur verktygen används och vilka behov som finns. Från bakgrundsstudien drogs slutsatsen att en elektrisk maskin bör rikta in sig mot mindre hålstorlekar och tillämpningar av stackborrning. En prototyp konstruerades bestående av drivlina och spindeldrivning från PFD1100 och motorpaket och styrning från en elektrisk mutterdragare. Syftet med prototypen var att verifiera teoretiska beräkningar av den mekaniska borreffekten och få en ökad förståelse för maskinens beteende med en elmotor. Prototypen visade lovande resultat med avseende på borrning och kunde även utföra adaptiv borrning i viss utsträckning. Den elektriska motorn testades i en effektprovrigg och resultatet användes för att anpassa ett befintligt MATLAB-skript för beräkning av motorförluster. Skriptet, som tillhandahölls av Atlas Copco, användes för att optimera utväxlingen för verktyget i syfte att minimera effektförluster i motor och elektronik. Flertalet koncept genererades för rotation och matning där några av koncepten skulle ge ett så kompakt verktyg som möjligt med låg komplexitet, medan andra koncept fokuserade på utökad funktionalitet. Koncepten utvärderades med en viktad Pughs utvärderingsmatris. De mest lovande koncepten enligt konceptutvärderingen var de som erbjöd en kompakt och robust lösning som tillämpar kända tekniska principer. Om resurskrav och tid till marknad ska minimeras så kan dessa koncept utgöra en bas för fortsatt utveckling.

Avhandlingen presenterar resultatet av ett examensarbete i maskindesign på KTH. Uppgiften utfördes för ABB AB, Corporate Research.ABB vill undersöka en ny drivlinjekonstruktion för lågkostnadsautomatisering. ABB Robotiks har begränsat utbud av produkter rörande mobila plattformar. Det finns en stor marknadspotential för samarbetsrobotar på mobila plattformar bland kunder med både låg och hög grad av automation.I denna rapport diskuteras en möjlig designlösning av drivlinan för en mobil robotplattform. Generellt är utformningen av en robust drivlina för mobilplattform en komplex uppgift eftersom inte alla arbetsförhållanden är lika i en industriell installation. Till exempel kan vissa industriområden för logistik och andra för tung teknik etc. Idag finns det mycket fa designer av mobila industriplattformar konstruerade för ojämn yta, ytor med sprickor, stötar och liknande ojämna egenskaper. Befintliga industriella lösningar är utformade för jämna ytor inom gränserna for golvdesignen och överensstämmer också med lasterna på plattformens drivlina. En robust lösning föreslås i denna rapport. Detta baseras på en litteraturöversikt med konstruktionsarbete inkluderande lättillgängliga billiga komponenter samt modellutvärdering för att klara specifikationen av grova golv ojämnheter. Studien för att implementera en stötdämpare baserad drivlinjemodul har också inkluderats för att undersöka möjligheten att ha ett sådant drivsystem. Andra funktioner inkluderar också en inbyggd styrenhet som gör den mer kompakt genom att minska ledningar runt plattformen. Prestanda utfördes i en simuleringsmiljö för att se stötdämparens beteende. Den slutliga konstruktionen versionen byggdes som prototyp för vidare utvärdering i test. / This thesis presents the result of a master thesis in Machine Design at KTH. The task was performed for ABB AB, Corporate Research.ABB wants to investigate in a new driveline designs for low cost automation. ABB robotics doesn’t have any products concerning mobility application. There is a huge market potential for collaborative robots on mobile platforms with customers with both low and high budget of automation.This report discusses one possible design solutions of the driveline for a mobile robot platform. Generally, designing a robust driveline for mobile platform is a complex task since not all working conditions are alike in an industrial setup. For instance, some industrial area might for logistics, some might be for heavy engineering, etc. Moreover, there aren’t industrial platforms designed for uneven surface, surfaces having cracks, bumps and similar uneven features. The ones which can cope unevenness are for extreme off-road military conditions. Existing industrial solutions are designed for even surfaces within limits and the floor design is also in accordance to the platform driveline. A robust solution is proposed here after conducting a literature review with solid evidence and evaluation for the same to sustain rough floor designs with readily available inexpensive components. Study for implementing a shock absorber-based driveline module has also been included within to look at a possibility to have such a drive system. Other features also include an on-board controller which reduces the hassle of wiring around the complete platform. The performance was conducted on a simulation environment to see the behaviour of the shock absorber. The final design was prototyped for further evaluation.

With increasing focus on electromobility many companies are developing vehicles powered by an electric energy source. Previously, engines used to be the most prominent source of noise in a traditional Internal Combustion Engine (ICE) vehicle. Although engines are optimized to produce lower noise levels, the wide frequency range of an engine makes the sound generated by them more acceptable and less annoying when compared to narrow frequency tonal noise exhibited by electric transmission systems. Moreover, structural vibrations and whine noise from electric powertrain is more prominent in absence of the masking effect from engines. Hence, Noise Vibration and Harshness (NVH) study of electric powertrain assembly is of paramount importance even though electric vehicles are quieter than their ICE counterparts. In this thesis, the electric powertrain used for running hydraulic systems in an excavator is analysed in order to study its vibro-acoustic characteristics and optimize the gear design for improved NVH performance. The main objective of this project is to simulate the vibrations generated by motor and gear transmission error excitations, and consequently propose optimization methods to reduce the gear whine noise. The powertrain has been analysed using Romax 2020.1, a drivetrain analysis software. Ansys 2020 R2 has been used as a meshing tool for generating FE mesh of gearbox and motor components. The motor excitation forces are calculated in Ansys Maxwell as a separate student thesis. These forces are then imported into Romax to study the behaviour of the powertrain due to motor excitation forces. Vibration analysis is carried out on the powertrain to understand the effects of various forces on its dynamic response. Further, design of experiments is carried out based on which micro geometry modifications of gear tooth are recommended to optimize the vibration response of the powertrain. / Med ökande fokus på elektromobilitet utvecklar många företag fordon som drivs av batteridrivna elmotorer. Tidigare var förbränningsmotorn den mest framträdande bullerkällan. Buller från förbränningsmotorer är dock mindre irriterade än från elmotorer, eftersom de är optimerade för att generera låga ljudnivåer med breda frekvensområden. Elektriska drivlinor har ett smalfrekvent tonalt brus som upplevs som irriterande. Dessutom är strukturella vibrationer och så kallat kuggvin från belastade kuggväxlar hos en elektrisk drivlina mer framträdande i utan maskeringseffekten från en förbränningsmotor. Detta betyder att vi behöver studera buller och vibrationer, på engelska kallat Noise Vibration and Harshness (NVH), hos elektriska drivlinor även om elfordon är tystare än sina föregångare. I det här arbetet analyserades den elektriska drivlinan som används för att driva hydraulsystemet till en grävmaskin. Drivlinans vibroakustiska egenskaper studerades och målet var att optimera kuggväxeldesignens NVH-prestanda. Huvudsyftet med detta projekt är att simulera vibrationerna som genereras av motor- och växeltransmissionsfelexcitationer och föreslå optimeringsmetoder för att minska växelljudet. Drivlinan har analyserats med hjälp av Romax 2020.1, en programvara för analys av drivlinor. Finita Element (FE)-programmet Ansys 2020 R2 har använts som ett meshverktyg för att generera beräkningsnät av växellåda och motorkomponenter. De motoriska excitationskrafterna beräknades i Ansys Maxwell som en separat studentuppsats. Dessa krafter importerades sedan till Romax för att studera drivlinans beteende på grund av motoriska excitationskrafter. Vibrationsanalys utfördes på drivlinan för att förstå effekterna, den dynamiska responsen, av olika krafter. Vidare genomfördes ett design av experiment baserat på vilka mikrogeometrimodifieringar av kugghjul som rekommenderas för att optimera drivlinans vibrationsrespons.

Knowledge about the speed and the direction of the di˙erent shafts in the gearbox and the engine of trucks is becoming more and more important, especially as the industry moves towards autonomous vehicles. The most common way to measure these parame-ters today is by using inductive or Hall sensors. Testing and benchmarking these sensors has a large significance for heavy truck manufacturers such as Scania.In order to test these components, a rig assembly was constructed. In this project a LabVIEW program was developed for controlling the rig and gathering the required data. The aim of the rig was to try and simulate the behaviour of the components that are commonly measured in the gearbox or the engine, as well as use it for testing and benchmarking new rotational speed sensors. In order to achieve this, di˙erent processes were studied that cover certain working conditions in a Scania truck. The rig’s ability to follow these processes was then studied. In addition, a test case for inductive and Hall sensors was also presented.It is shown that the implemented solution for testing the sensors can be used for benchmarking di˙erent sensors and can be a useful tool for future sensor development at Scania. However, the rig with its current hardware was unable to closely replicate processes that are of interest. There are a lot of improvements that have to be made in order to properly simulate the behaviour of the powertrain components that are of interest for speed sensor applications. / Information gällande hastigheten och riktningen på de olika axlarna i växellådan och motorn hos tunga fordon blir alltmer viktig, särskilt när fordonsindustrin går mot au-tonoma fordon. Det vanligaste sättet att mäta dessa parametrar idag är med induktiva-eller Hall-givare. Provning och utvärdering av dessa givare är därmed av stor betydelse för en fordonstillverkare som Scania.I detta projekt har en rigg designats för att testa dessa komponenter. Ett LabVIEW program har utvecklats för att styra riggen samt samla all relevant data med avseende på givarutveckling. Syftet med riggen var att simulera beteendet hos de komponenter i växellådan eller motorn som övervakas av dessa givare samt att använda riggen för att testa och jämföra nya varvtalsgivare. För att uppnå detta, undersöktes ett antal processer som täcker ett urval av driftsfall i en Scania lastbil. Riggens förmåga att återskapa dessa processer undersöktes. Utöver detta presenterades även ett testfall för induktiva- och Hall-givare.Den implementerade lösningen för provning av givare visas kunna användas för att jämföra olika givare och kan vara ett användbart verktyg för framtida givarutveckling på Scania. Däremot kan riggen inte återskapa de processer som är intressanta med den hårdvara som var tillgänglig vid tillfället. Förbättringar av riggens hårdvara måste göras för att kunna simulera de drivlinekomponenterna som är av intresse för utveckling av varvtalsgivare.

The field of autonomous robots have been explored more and more over the last decade. The combination of machine learning advances and increases in computational power have created possibilities to explore the usage of machine learning models on edge devices. The usage of object detection on edge devices is bottlenecked by the edge devices' limited computational power and they therefore have constraints when compared to the usage of machine learning models on other devices. This project explored the possibility to use real time object detection on a Raspberry Pi as input in different control systems. The Raspberry with the help of a coral USB accelerator was able to find a specified object and drive to it, and it did so successfully with all the control systems tested. As the robot was able to navigate to the specified object with all control systems, the possibility of using real time object detection in faster paced situations can be explored. / Ämnet autonoma robotar har blivit mer och mer undersökt under de senaste årtiondet. Kombinationen av maskin inlärnings förbättringar och ökade beräknings möjligheter hos datorer och chip har gjort det möjligt att undersöka användningen av maskin inlärningsmodeller på edge enheter. Användandet av bildigenkänning på edge enheter är begränsad av edge enheten begränsade datorkraft, och har därför mer begränsningar i jämförelse med om man använder bildigenkänning på en annan typ av enhet. Det här projektet har undersökt möjligheten att använda bildigenkänning i realtid som input för kontrollsystem på en Raspberry Pi. Raspberry Pien med hjälp av en Coral USB accelerator lyckades att lokalisera och köra till ett specificerat objekt, Raspberryn gjorde detta med alla kontrollsystem som testades på den. Eftersom roboten lyckades med detta, så öppnas möjligheten att använda bildigenkänning på edge enheter i snabbare situationer.

Major drivetrain components of the Epiroc machines like axles, gearboxes, transmission, torqueconverter, clutch, and bearings are critical components which are focused upon in this thesis. Failure of these major component results in breakdown of the vehicle and if early fault detection is not existing, then this causes engineers and technicians to spend a substantial amount of time to identify the root cause of the failure. Due to this, the machine stands still until the problem is identified and repaired creating a negative impact on customer satisfaction. Thus, failure of these components results in costly downtime. Ways of improving the uptime of the machine have been an ongoing discussion due to costly downtime subjected to component failure. To improve uptime, reduce MTTR, and create acompetitive edge, a drivetrain sensor system is suggested to implement in this thesis that will monitor real-time operating data from these drivetrain components. In this way, the health of the drivetrain will be continuously monitored and if there is any degrade planned maintenance can be scheduled well in advance and spare parts inventory can be managed more efficiently. In addition, this will generate competitiveness for Epiroc products in the market. Epiroc being in competitive business, continuously aims to improve its products and services to satisfy customer needs, improve total cost of ownership, life cycle cost, and increase sales and profit. Epiroc is a leading productivity partner for the mining, infrastructure, and natural resource industries. It develops and manufactures innovative drilling rigs, quarrying, and construction equipment with state-of-the-art technology and provides world-class service and consumables. / Epiroc bedriver konkurenskraftiv verksamhet. Målet är att kontinuerligt förbättra sina produkter och tjänster för att tillgodose kundernas behov, förbättra den totala ägandekostnaden, livscykelkostnaden samt att öka försäljningen och vinsten. Epiroc är en ledandeproduktivitetspartner för gruv-, infrastruktur- och naturresursindustrin. Det utvecklar och tillverkar innovativa borriggar, stenbrott- och byggutrustning med toppmodern teknik och tillhandahåller service och förbrukningsvaror i världsklass. Att förbättra maskinens drifttid har alltid varit en kontinuerlig diskussion på grund av kostsamma stopp som orsakats av komponentfel. Om det uppstår större komponentfel som leder till att fordonet går sönder ochtidig feldetektering inte existerar, leder detta till att ingenjörer och tekniker måste spendera mycket tid på att identifiera orsaken till felet. På grund av detta står maskinen stilla tills problemet identifieras och repareras vilket skapar en negativ inverkan på kundnöjdheten. Viktiga drivkomponenter som axlar, växellådor, transmission, vridmomentomvandlare, koppling och lager är exempel på sådana kritiska komponenter vars fel resulterar i kostnadstopp. För att förbättra drifttiden, minska MTTR och skapa en konkurrensfördel för Epiroc-produkter, presenteras ett drivsystemsensorsystem i denna rapport som möjliggör övervakning av realtidsdata från dessa drivlinekomponenter. På detta sätt övervakas drivlinanshälsa kontinuerligt och om det uppstår någon försämring kan planerat underhåll planeras i godtid och reservdelslager hanteras effektivare. Dessutom kommer detta att skapa konkurrenskraft för Epiroc-produkter på marknaden.

With the rise of smart manufacturing technologies and a shift towards a new industrial revolution, brings forth many new challenges, one of which is how to adapt and integrate these technologies into existing assembly lines. Scania CV AB has joined this race and, with the help of smart manufacturing solutions, works on increasing efficiency amongst its assembly lines. This thesis is aimed at creating concept designs using different smart manufacturing technologies in the assembly line of a pedal car, to evaluate and adapt the concept suited for a real assembly line. The thesis starts with studying the different smart manufacturing technologies to better understand them and the scientific methods used. This follows up with the methodology where several scientific methods such as morphological matrix and weight based decision making matrix are used to generate and evaluate different concept designs. This is followed by a qualitative analysis that helps in selecting the concept design that best suits the needs of the assembly line under consideration. The different concepts are visualized and the evaluation based on different parameters are discussed. This thesis lays a foundation to realize that an aggregate of an optimized process plan, a continuous improvement strategy and the right use of smart manufacturing technologies contributes to the productivity of the assembly line in the long run. / Med en ökning av smarta tillverkningsteknologier och ett skift mot en ny industriell revolution, kommer nya utmaningar. Av dessa utmaningar ifrågasätts hur man anpassar och kombinerar dessa olika teknologier gentemot existerande monteringslinjer. Scania CV AB har tagit del i denna resa och, med hjälp av smarta tillverkningslösningar, jobbar ständigt mot att effektivisera sina monteringslinjer. Detta examensarbete fokuserar på att använda olika och smarta tillverkningsteknologier i en monteringslina för tillverkning av en trampbil. Detta görs genom att evaluera och anpassa olika koncept som är lämpade för en verklig monteringslina. Examensarbetet börjar med en undersökning av nuläget för att få en bättre uppfattning om smarta tillverkningsteknologier samt de vetenskapliga metoder som används. Även här så undersöks referensprodukten - trampbil samt de olika programvarorna AviX, ExtendSim och LayCAD. Genom att ha satt tydliga arbetsmetoder och följt upp mot dessa så diskuterar och hänvisar nästa kapitel resultaten. Resultaten visar hur olika koncept har tagits fram samt vilka teknologier som går ihop med dessa. Fördelar, nackdelar och risker hos respektive teknologi har benämnts. Ett systematiskt arbetssätt har tagits fram mot hur man anpassar konceptet för monteringslinan av en trampbil till en verklig monteringslina, samt hur man har jobbat runt de restriktioner som uppkommit. Examensarbetet slutar med ett kapitel där slutsatserna, på en överskådlig nivå, tas fram. Hur dessa teknologier har kombinerats och evaluerats, samt att koncepterna som har tagits fram har lagt en grund för framtida projekt att följa upp emot.

Hybrid powertrains represent the current trend on passenger cars. The purpose of thisreport is to create a basic model of a hybrid powertrain in Matlab/Simulinkenvironment and study their performance over certification driving cycle. Threecommonly used architectures are modeled and discussed in Simulink. Hence, the basiccomponents of a powertrain – battery, electric machine and combustion engine – arestudied and basic models are realized. A Thevenin equivalent circuit is used to simulatethe behavior of the battery, and the combustion engine is modeled after a Willansmodel. The electric machine model is based on a known efficiency map. Then, thearchitectures are created as well as their control strategies. The control strategies arecreated through state diagrams, and implemented into the Simulink model viaStateflow charts. A validation procedure is presented in order to study the consistencyof the models. / Hybrid drivlinor representerar en central personbilstrend. Syftet med rapporten är attpresentera en grundläggande modell för en hybrid drivlina i Matlab/Simulink. Trearkitekturer behandlas och har implementerats i Simulink. Sedan studeras degrundläggande komponenterna i ett drivaggregat (batteri, elmaskin ochförbränningsmotor). En Thevenin-ekvivalent krets används för att simulera batterietsbeteende. Förbränningsmotorn är modellerad efter en Willans-modell.Elmaskinmodellen är baserad på en känd verkningsgradsmapp. De tillhörandestyrstrategierna med hjälp av tillståndsdiagram. De implementeras i Simulinkmodellenmed hjälp av Stateflow-diagram. Ett valideringsförfarande presenteras ochvisar modellernas konsistens.

<p>The weight of a heavy duty vehicle plays an important role when dealing with different control systems. Examples of control units in a truck that need this parameter are the ones used to control the brakes, the engine and the gearbox. An accurate estimation of the weight leads not only to a more fuel efficient and safer transport, but also assures the driver that current law limits are not exceeded. The weight can be estimated with pretty good accuracy if the truck is equipped with air suspension. In trucks that lack this type of suspension other methods are used to estimate the weight. At present these methods are inaccurate. In this thesis a new method where the weight is to be estimated through frequency analysis of the truck's driveline is developed and evaluated.</p>

The weight of a heavy duty vehicle plays an important role when dealing with different control systems. Examples of control units in a truck that need this parameter are the ones used to control the brakes, the engine and the gearbox. An accurate estimation of the weight leads not only to a more fuel efficient and safer transport, but also assures the driver that current law limits are not exceeded. The weight can be estimated with pretty good accuracy if the truck is equipped with air suspension. In trucks that lack this type of suspension other methods are used to estimate the weight. At present these methods are inaccurate. In this thesis a new method where the weight is to be estimated through frequency analysis of the truck's driveline is developed and evaluated.