ThermoCRS F3 robottikäsi

Saimme viime viikolla Etteplanilta lahjoituksena Thermo CRS F3 -robottikäden jota ei oltu saatu käyntiin. Robokäsi on Nokian testilabran peruja ja alunperin valmistettu 2000-vuoden paikkeilla. Alla tärkeimmät speksit, lisää manuaaleja löytyy pari tuhatta sivua täältä.

Kontrolleri ja muut osat vaikuttivat toimivan, mutta ”Arm power” -kytkin ei tehnyt mitään. Ongelmaa tuli jäljitettyä eri puolilta laitetta. Siinä missä muut kytkimet menevät suoraan prosessorille 5 voltin logiikkatasoilla, arm power menee 12 voltin logiikalla isolle relelevylle:

Pari selkeimmin reitillä olevaa relettä tarkistin toimiviksi, mutta tarkempi vianjäljitys olisi vaatinut koko levyn piirtämistä skemaksi. Kaksipuoleisella levyllä se olisi kyllä ollut täysin mahdollista, mutta iso urakka, eikä ollut mitään takuuta että vika on juuri täällä. Siispä laite takaisin kasaan ja miettimään muita mahdollisuuksia.

Robotin alaosassa on luukku, jonka sisältä oli jo aiemmin löydetty paristokotelo. Manuaali kertoo että paristot ovat servo-ohjainten varmistusparistot, jotta robotti muistaa asentonsa vaikka virta olisi kytketty pois. Paristot oli kuitenkin jo vaihdettu tuoreisiin.

Boottiviesteissä oli koko ajan pyörinyt ”servo amplifier communication failure”, mikä oli melko huolestuttava viesti. Kuitenkin diagnostiikkakäskyllä oli jo aiemmin todettu, että kaikkien akselien asentolukemat välittyvät näytölle kun niitä käsin liikuttaa. Olin päätellyt, että viesti mahdollisesti liittyy lisäakseleihin, joita liitettävässä työpäässä voisi olla.

Tarkempi manuaalin lukeminen kuitenkin paljasti, että tämä vikatilanne aiheuttaa nimenomaan sen, ettei arm power mene päälle. Lisäksi löytyi vianselvitysohjeet tälle tilanteelle – mutta kaikki siinä kerrotut mahdollisuudet tuli poissuljettua testeillä. Paristovirheestä pitäisi tulla erillinen virheilmoitus, mutta tässä tapauksessa sitä ei tullut.

Aloin kuitenkin yleismittarilla mitata jännitteitä, ja paristovarmistuksen liitin näytti nollaa volttia. Mitäs kummaa, paristoista mitattuna jännitettä näkyi, onko johto rikki? No ei, vaan lopulta kävi ilmeiseksi että paristokotelon kontaktit olivat hapettuneet. Silmälle ne näyttivät ihan hyviltä, mutta sähköä ei kulkenut. Pieni raaputus viilalla ja nyt tuli levylle siistit 4.5 V.

Kontrolleri takaisin päälle ja kävin läpi manuaalin neuvomat enkooderivirheen resetointitoimet. Ties kuinka monennen kerran painan toiveikkaana arm poweria.. ja tällä kertaa kuuluu releiden ”naks naks naks”, painikkeen valo syttyy ja robotinkin varoitusvalo alkaa vilkkua!

Video robotista toiminnassa: https://photos.app.goo.gl/KqhhSBmNjP8M2Kno9

Seuraavaksi pitää alkaa miettiä mihin tuo pysyvästi asennettaisiin, ja rakentaa turvaovet työalueen ympärille. Sitten voi alkaa testailla, pystyisikö sillä vaikka jyrsimään tai 3D-tulostamaan. Myös ihan yleinen robottikäsiohjelmoinnin opettelu voisi olla kiinnostavaa.

Päältäajettava aggregaatti

Savivuoren näkötorni (Tiia Monto / Wikimedia Commons)

Vuoden 2016 syksyllä olimme radioamatööriporukalla Savivuoren näköalatornissa, Viitasaarella. Syysmyrskyn aikaan, tietenkin. Yritimme suunnata radiolinkkiä kun sähköt menivät poikki. Ei pelkältään meiltä vaan myös vasta-asemasta Saarijärvellä noin 40 kilometrin päässä. Kotiinkaan ei kehdattu lähteä, joten ajoimme OH5GE Vilin vanhan Renaultin raadon näköalatornin juurelle, laitomme 12 voltin invertterin tupakansytyttimeen, etsimme pisimmän mahdollisen jatkoroikan ja saimme kuin saimmekin riittävästi sähköä torniin, jotta linkkien suuntaaminen onnistui.

Tämä tapahtuma palasi mieleeni kesällä 2017 ostaessani Toyota Yariksen hybridiversion. Toyotan hybrideissä on bensamoottorin lisäksi kaksi sähkömoottoria, joista toista käytetään sähkön generointiin bensakoneesta. Auto ei siis mainospuheista huolimatta lataudu pelkästään jarrupolkimesta, vaan akkujännitteen ollessa alhainen sähköä generoidaan käynnistämällä bensamoottori. Näin sähkönörttinä tietysti kiinnosti, voisiko autoa käyttä aggregaattina ja tuottaa sillä kilowattitolkulla sähköä.

Autossahan on tuttu 12V:n tupakansytytinliitäntä, johon voi tietysti laittaa pienen invertterin, jolla käyttää esimerkiksi tietokonetta. Itse asiassa sellainen onkin ollut käytössä. Muutamia satoja watteja siitä saakin, mutta ei enempää. Autossa riittää kuitenkin tehoa, koska auton sähkömoottori on teholtaan 45kW ja ilmastontilaitteen sulakekin on 40A (lähde). Kysymys on tietysti, miten sitä saa ulos.

Julkisesta netistä löysin ainoastaan tiedon, että akusto koostuu Ni-MH-akuista, joiden nimellisjännite on 144V. Lisäksi autossa on 12 voltin sähköjärjestelmä, jota varten autossa on integroitu virtalähde ja pieni 12V:n akku. Enempää en oikein löytänyt, joten asia hautautui joksikin aikaa.

Sitten eräänä iltana jo vuosi takaperin netin syövereistä löytyi kyseisen automallin Emergency Response Guide, jossa on ohjeet auton sähköjärjestelmän sammuttamiseen, hinaamiseen ja muita poikkeustilanteita varten. Siinä huomioni kiinnittyi seuraavaan kuvaan:

Hybridi-Yariksen sähköjärjestelmän kaaviokuva

Eli autosta olisi mahdollista saada sulakkeen takaa turvallisesti 144 volttia tasasähköä ilmanvaihtolaitteen kaapelista. Muut sähkökaapeloinnit ovatkin generaattorin ja moottorin vaihtuvataajuinen kolmivaihesähkö ja aiemmin mainittu 12 voltin järjestelmä. Myöskään akun ja invertterin välissä olevaan kaapelointiin ei kannata kajota.

Virtakaapelin mallinumero

Auton konepellin alle kurkistamalla on helppo tunnistaa oranssi kaapeli, joka kulkee virtaboksilta ilmastointilaitteelle. Toisin kuin moottorin ja generaattorin kolmivaiheiset oranssit kaapelit, tuo kaapeli on vain kaksinapainen. Myöhemmässä tutkiskelussa se paljastui kahdeksi koaksiaalikaapeliksi.

Etsin tovin sopivaa jatkokaapelia ja yritin tunnistaa käytettyjä DC-liittimiä. Ihan mahdottomaksi se lopulta osoittautui, koska liittimet ovat luultavasti Toyotan omia proprietary-liittimiä. Siispä täytyi keksiä jotakin muuta. Ruotsalaisen autopurkamo Atraccon sivuilta löytyi kuin löytyikin samalla tuotenumerolla oleva purkuautosta peräisin oleva kaapeli, jonka ostin posteineen n. 70 euron hintaan.

Defan sähkökaapelin poikkileikkaus

Halusin tietysti myös, että sisätilaan menevään sähkökaapeli on auto-olosuhteita kestävää ja kestäisi riittävän määrän virtaa. Hetken pohdinnan jälkeen siihen valikoitui Defan haaroitussarja Motonetistä. Myyjä yritti huolellisesti varmistaa, että kaapeli on oikean mittainen autooni, vaikka en edes aikonut asentaa sitä lohkolämmittimen kanssa rinnan. Päätin kuitenkin helpottaa hänen elämäänsä olemalla selittämättä mitään hybridiauton sähköjärjestelmän hakkeroinnista.

Defan kaapeli vaikutti erittäin kestävältä. Se sisälsi alumiinisen ulkovaipan, jonka sisällä oli tavallinen 16A:n kaapeli. Se on hiukan alimitoitettu, koska auton oma sulake on mitoitettu 40 ampeerille. Joka tapaukesssa aion asentaa erillisen sulakkeen haaroituksen jälkeen.

Siispä on aika aloittaa askartelu. Leikkasin koaksiaalikaapelit poikki ilmastointilaitteen päästä radioamatööriharrastuksen tuomalla varmuudella. Kuorimisen jälkeen liitin vaipat Defa-kaapelin keltavihreään maadoituskaapeliin ja tasasähkön plussan ja miinuksen kaapelin vaihe- ja nollajohtoihin. Käytin Finnparttialta hankkimiani 6mm²:n jatkoliittimiä. Sen päälle vedin tiiviin kerroksen itsevulkanisoituvaa teippiä, väliin vahvikkeeksi kerros jeesusteippiä ja päälle vielä yksi kerros itsevulkanisoituvaa teippiä. Liittimen haaraan voisi lurauttaa vielä tiivisteeksi kuumaliimaa. En kuitenkaan päätynyt tekemään niin, koska asennuspaikka on sellainen, että liitokseen osuva roiskevesi pääsee valumaan liittimestä alaspäin.

Tekemäni haaroitus ennen tiivistämistä

Jesari-vahvistus

Lopullinen ilmastointilaitteen kaapeli liitosten tekemisen jälkeen

Asennuspaikaksi valikoitui Kalle ”k2h” Häkkäsen autohalli, jossa talven keskellä oli kohtuullisen hyvät olosuhteet autosähkön näperrykseen. Homma oli suurimmaksi osaksi muovisten liitinten irrottamista, jotta alkuperäisen kaapin sai irroitettua. Vaikeimmat tapaukset olivat ilmastointilaitteen liitoksen lisäksi invertteriboksin liitos. Tässä auttoi paljon se, että purkuautosta saadusta kaapelista pystyi päättelemään, miten se oli kiinnitetty. Siten emme rikkoneet mitään irroittaessamme kaapeleita.

Kalle tutkii liitoksia

Invertteriboksi on siis avattava päältä varoituksista huolimatta, jotta ilmastointilaitteen kaapeli saadaan irroitettua. Tämän vaiheen voisi välttää siten, että irroittaa kaapelin ainoastaan ilmastointilaitteen päästä ja tekee liitoksen toisen pään ollessa paikoillaan. Näin itse tekisin sen, jos tekisin saman uudestaan. Tällöin tietysti tarvitsee varmistua siitä, että liitos on jännitteetön esimerkiksi ottamalla ilmastointilaitteen sulake irti.

Invertteriboksi avattuna

Tein tämän kuitenkin kaapelia vaihtamalla, joten invertteriboksi täytyi avata. Tässä on hyvä huomata, että kotelon kaikkia pultteja ei tarvitse irroittaa. Varoitustekstin yläpuolella olevan muttterin avaussuojan alla olevaa mutteria ei tarvitse irroittaa vaan hiukan löysentää, jolloin kansi avautuu kuvan mukaisesti. Sen jälkeen ilmastointilaitteen kaapelin ruuvit paljastuvat ja liitin on helppo irroittaa.

Defa-haaroitussarjaan kuuluva pistorasia asennettiin auton hanttimiehen puolelle ja kaapeli tuotiin sisään matkustamoon avartamalla ilmastointilaitteen poistoputken aukkoa. Pistorasia on tavallinen maadoitettu sukopistorasia, joten muuntajien laittaminen polttaa muuntajan ja mahdollisesti myös sulakkeen. Tämän vuoksi pistorasiaan tehtiin merkintä: 140-170 VDC. Kytke vain laitteita, joissa tarra ”DC OK”. Se ei tietenkään poista laitteiden hajottamisen vaaraa, mutta toisaalta laitteista ei tarvitse vaihtaa pistotulppia.

Asennus oli menestys. Käynnistyksen jälkeen auton kojelauta ei ollut joulukuusi ja sähköä tulee myös silloin, kun ilmastointilaite on pois päältä. Käytännössä kaikki hakkurivirtalähteet, joissa lukee 100-240VAC toimivat myös tasasähköllä. Myös yleisvirtamoottorilla toimivat laitteet kuten pölynimurit toimivat. Moottorien kierrosnopeudet tietysti laskevat noin puoleen. Hakkurivirtalähteiden tapauksessa laitteen suorituskyky on identtinen verrattuna töpselisähköön.

Miten hakkurivirtalähteen sitten tunnistaa? Varsin varma tapa on mitata yleismittarilla resistanssia töpselistä. Jos nollan ja vaiheen välinen resistanssi on muutamia ohmeja, kyseessä on varmuudella muuntaja eikä se toimi tasavirralla. Jos resistanssi on satoja kilo-ohmeja tai suurempi, on laite todennäköisesti hakkuri.

Seuraavaksi aion viimeistellä hiukan asennusjälkeä ja lisäksi koota tehokkaan siniaaltoinvertteriboksin, jolla olisi mahdollista tuottaa useamman kilowatin verran töpselisähköä (230V 50Hz) auton sähköjärjestelmästä. Tästä lisää myöhemmin!