Konceptstudie och dimensionering av handledsfunktionalitet för en materialhanteringsrobot

Abstract (Swedish)

Det här examensarbetet går ut på att göra en konceptstudie och dimensionering av ett handledsverktyg för den snabba materialhanteringsroboten HKM från Cognibotics. Handledsverktyget skall möjliggöra att robotens funktionalitet utökas och breddas. HKM-robotens unika kombination av räckvidd och hastighet i kombination med ett nytt handledsverktyg ger företaget goda möjligheter att etablera sig inom logistikbranschen, som först nu har börjat automatiseras med industrirobotar. Robotens kapabiliteter skall utökas och möjliggöra effektiv hantering av en bredare rad scenarier inom materialhantering, så kallad bin-picking. HKM-roboten saknar nu nödvändiga funktioner, såsom att nå ner i lådor och hantera objekt som inte ligger plant samt att kunna arbeta i flera arbetsriktningar. Önskemål finns också att robotens modularitet skall ökas, så att man exempelvis kan växla verktyg och effektorer efter olika behov.

Litteraturstudier och studier av HKM-roboten och konkurrenters system gav klarhet i HKM-robotens funktionalitet och vilka typer av systemlösningar på andra robotar som skulle kunna vara användbara. I konceptgenereringen togs olika förslag på koncept och system fram. Därefter valdes det koncept som bäst svarade upp mot kravspecifikationen och HKM-robotens prestanda. Erforderliga delar av konceptet har dimensionerats och bedömningar har utförts för att säkerställa att konceptet är realiserbart.

Examensarbetet har resulterat i ett koncept med en modifierad handled med tillhörande verktyg. Verktyget som är utrustat med en kulskruvsspline, ger funktionerna teleskopering, rotation, tilt samt sugfunktion. Sugproppar av olika sorter kan bytas efter behov genom en snabbväxling. Mellan handleden och verktyget sitter också en snabbväxel som under drift tillåter växling till annat verktyg.

Abstract

The purpose of this thesis is to perform a conceptual study and dimensioning of a wrist tool for the high-speed material handling robot HKM by Cognibotics. The wrist tool is intended to enhance and broaden the robot's functionality. The unique combination of reach and speed of the HKM robot, in combination with the new wrist tool, gives the company good prospects to establish itself in the logistics industry, which has only recently begun to be automated with industrial robots. The robot's capabilities will be expanded to enable efficient handling of a wider range of material handling scenarios, so-called bin picking. The current limitations of the HKM robot, such as its inability to reach into boxes, handle objects that do not lie flat, and work in multiple orientations, will be addressed. Additionally, there is a desire to increase the robot's modularity, allowing for the shifting of tools and effectors based on different needs.

Through literature reviews and examinations of the HKM robot and competitors' systems, a clear understanding of the HKM robot's functionality and potential system solutions from other robots was obtained. Various concepts and systems were generated during the concept generation phase. The concept that best aligned with the specification requirements and the HKM robot's performance was then selected. Essential components of the concept were dimensioned, and assessments were conducted to ensure the feasibility of the chosen concept.

The outcome of the thesis project is a concept featuring a modified wrist with an accompanying tool. The tool which integrates a ball-screw spline, provides the functions of telescoping, rotation, tilting, and suction capabilities. Different types of suction cups can be changed as needed through a quick change. A quick-change mechanism is positioned between the wrist and the tool, enabling rapid switching to a different tool during operation.

Popular Abstract (Swedish)

Industrirobotar används ofta inom branscher som hanterar och plockar material och produkter, s.k. bin-picking. I detta arbete har ett koncept för ett handledsverktyg tagits fram med mål att utöka en existerande robots förmåga inom bin-picking.

För en effektiv och flexibel materialhantering behöver robotar ha en bra handled och plockverktyg. Plockverktyget fästs på robotarmens handled och handleden måste kunna röra sig i flera riktningar och kunna anpassa sig till olika situationer.

Det svenska företaget Cognibotics har utvecklat en ny typ av industrirobot som kallas HKM. Den är designad för att vara snabb, lätt och stark, och har en unik kombination av räckvidd och hastighet. HKM-roboten kan användas för materialhantering, men också för andra uppgifter som kräver snabba och precisa rörelser.

I mitt examensarbete har jag tagit fram en konceptstudie och dimensionering av en ny handled för roboten, för att utöka och förbättra HKM-robotens funktionalitet. Roboten skall kunna plocka upp objekt, som på ett slumpmässigt sätt ligger i en låda eller en behållare. Till exempel kan det vara nödvändigt att förlänga eller förkorta handleden, rotera den i olika vinklar, eller luta den uppåt eller nedåt.

Jag har studerat olika typer av industrirobotar, materialhantering, bin-picking, och tekniska lösningar för att få inspiration och kunskap, samt genererat olika koncept och system för handleden, och valt det som bäst uppfyller de krav och önskemål som har identifierats. I arbetet har också ingått att dimensionera och bedöma vilka de viktigaste delarna är för konceptet, för att säkerställa att det är realiserbart.

Examensarbetet har resulterat i ett koncept med en modifierad handled med ett tillhörande verktyg. Verktyget är utrustat med en mekanism, som ger funktionerna teleskopering och rotation, en så kallad kulskruvsspline, samt utrustat med tilt och sugpropp. Sugproppar av olika sorter kan bytas efter behov genom en snabbväxling. Mellan handleden och verktyget sitter också en snabbväxel som under drift tillåter växling till annat verktyg.

Detta koncept ger HKM-roboten flera fördelar och arbetet visar hur man genom att kombinera existerande och nya lösningar till innovativa och unika konfigurationer kan förbättra HKM-robotens prestanda och göra den mer konkurrenskraftig inom bin-picking och andra områden.

• author: Lindfors, Isac
• supervisor: Per Kristav; Mats Jonsson
• organization: Innovation
• alternative title: Framtagning av ett teleskoperande verktyg med tiltning och sugfunktion för objektförflyttning
• course: MMKM05 20231
• year: 2025
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: robotik, teleskopering, bin-picking, robotverktygsdimensionering
• language: Swedish
• id: 9210369
• date added to LUP: 2025-08-22 09:01:42
• date last changed: 2025-08-22 09:01:42