S.A. Röben
Positiebepaling van AGV's met behulp van incomplete informatie
Computeropdracht,
Rapport 2007.TEL.7124, Sectie Transporttechniek en Logistieke Techniek.
Inleiding
In het AGV laboratorium van Transport Engineering binnen de faculteit
Mechanical Engineering van de TU Delft rijden schaalmodellen van AGV's. Alle
Automated Guided Vehicles hebben een on-board controller die voor de
aansturing van de motoren en servo's zorgt. Om de positie van de
verschillende AGV's in het testveld te kunnen bepalen wordt gebruikt gemaakt
van beelden van een boven het testveld gemonteerde camera. Deze beelden
worden met behulp van beeldherkenningsoftware geïnterpreteerd waarna de
positie van elke afzonderlijke AGV bekend is. Deze positie-informatie wordt
vervolgens via een draadloos netwerk naar de AGV's verzonden.
Probleemstelling
Deze manier van plaatsbepaling kost tijd; het interpreteren van
camerabeelden vraagt rekentijd en ook bij het verzenden van informatie over
het draadloze netwerk kan vertraging optreden. Door deze tijdsvertraging
komt de gemeten positie op het moment dat de positie-informatie de AGV's
bereikt niet meer overeen met de actuele positie van de AGV. Deze fout heeft
een negatief effect op de nauwkeurigheid waarmee een AGV gepositioneerd kan
worden.
Dit onderzoek is erop gericht om een methode te onderzoeken waarmee
de fout die ontstaat door deze tijdsvertraging te compenseren en daarmee de
nauwkeurigheid van positionering van de AGV's te verbeteren.
Compensatie principe
Deze compensatie wordt berekend met behulp van het Dead-reckoning navigatie
principe: Wanneer de AGV positie-informatie ontvangt wordt hiermee bekend
waar de AGV zich op een zeker moment in het verleden bevond. Dit is de
gemeten positie en zal als startpunt worden genomen. Vanuit dit punt wordt
de beweging van de AGV geëxtrapoleerd op basis van snelheid en koers.
De lengte van deze extrapolatie is afhankelijk van de mate waarin de
positie-informatie verouderd is.
Het extrapoleren van de beweging van de AGV wordt gedaan door een
bewegingsimulatie uit te voeren met een voertuigmodel van de AGV. In dit
voertuigmodel zijn de eigenschappen van de AGV zo goed mogelijk vastgelegd,
zodat het gedrag van dit model overeenkomt met dat van de AGV. Het
voertuigmodel zal aangestuurd worden met de stuursignalen die door de
controller gegeven zijn en voor dit doel zijn opgeslagen.
Het resultaat van de bewegingsimulatie geeft een positie waarvan verwacht
wordt dat deze beter overeenkomt met de actuele positie van de AGV. De
compensatie van de positie-informatie wordt uitgevoerd door software die aan
de on-board controller van elke AGV toegevoegd zal worden. Deze software
wordt in dit rapport de Corrector genoemd.
Simulatie
Om dit principe te onderzoeken is een TOMAS/Delphi simulatiemodel geschreven.
In deze simulatieomgeving is één AGV, het plaatsbepalingsysteem
en de Corrector gemodelleerd. De AGV is wordt aangestuurd door een vaste set
instructies en legt een vast traject af. Het plaatsbepalingsysteem bepaalt de
locatie van de AGV door met een vaste frequentie de positie variabelen van de
gesimuleerde AGV uit te lezen. Om de tijdsvertraging van het werkelijke systeem
te simuleren wordt de informatie enige tijd vastgehouden. Dan wordt de,
inmiddels verouderde positie-informatie beschikbaar gesteld aan de Corrector.
De Corrector zal op basis van deze informatie de beweging van de AGV
extrapoleren. De afwijking tussen de door de Corrector geëxtrapoleerde
beweging en de positie van de gesimuleerde AGV vormt de prestatie-indicator
voor de werking van de Corrector.
Experimenten
Er zijn een aantal experimenten uitgevoerd om de werking van de Corrector te
testen. Met de eerste testen dienen tot verificatie van het simulatiemodel.
In daaropvolgende experimenten zullen een aantal parameters in het model
gevarieerd worden om de invloed hiervan op de werking van de Corrector te
analyseren:
Een belangrijke factor is de nauwkeurigheid waarmee de veroudering van
positie-informatie ingeschat kan worden. Het is echter nog niet bekend hoe en
met welke nauwkeurigheid deze veroudering in de laboratoriumopstelling bepaald
kan worden. Deze factor in het huidige model 'genegeerd' door de veroudering
exact bekend te laten zijn. Er zijn verder geen experimenten uitgevoerd om de
gevoeligheid van de Corrector op dit gebied te analyseren.
Ten eerste is de nauwkeurigheid waarmee de snelheid en stuurhoek van de AGV
bepaald kunnen worden een belangrijke factor voor de prestaties van de
Corrector. (De snelheid en stuurhoek zijn onbekend omdat het
plaatsbepalingsysteem slechts de positie en oriëntatie van de AGV meet).
Ten tweede is de nauwkeurigheid van de bewegingsimulatie door het voertuigmodel
van grote invloed op het resultaat. Om de invloeden van onnauwkeurigheden in
het voertuigmodel zijn een aantal experimenten uitgevoerd met verschillende
modelparameters.
Ten derde zijn de frequenties waarmee positie-informatie beschikbaar komt en
frequenties waarmee correcties berekend worden van invloed op het resultaat.
Conclusies en aanbevelingen
Uit de experimenten is gebleken dat de corrector verbeteringen in de
nauwkeurigheid van de positiebepaling kan brengen. Omdat alle experimenten
zijn binnen een simulatiemodel uitgevoerd is het niet mogelijk om een
concrete uitspraak te doen over de mate van verbetering in nauwkeurigheid
van de positionering van de AGV in de werkelijke testopstelling. Wel kan de
gevoeligheid van de Corrector voor een aantal factoren aangetoond worden.
De aannames die in het model gedaan worden wat betreft de snelheid en de
stuurhoek van de AGV bij aanvang van een extrapolatie traject, zijn van
invloed op de prestaties van de corrector. Dit effect zou verminderd kunnen
worden door gebruik te maken van een aantal stuursignalen van vóór
het moment dat de positie gemeten werd.
Het voertuigmodel, en met name het motormodel, in de huidige vorm bijzonder
gevoelig voor afwijkingen. Dit model zal nauwkeurig gekalibreerd moeten
worden om de Corrector nauwkeurige resultaten te laten behalen.
Om de huidige correctie methode verder te verbeteren is aanbevolen om de
mogelijkheid te verkennen om niet alleen de meest recente positie-informatie
te gebruiken, maar ook oudere posities te gebruiken. De resultaten van meerdere
bewegingsextrapolaties zouden in dat geval met gewogen invloed gecombineerd
kunnen worden om op deze manier een nauwkeuriger resultaat te geven.
Rapporten studenten Transporttechniek en Logistieke Techniek
Gewijzigd: 2007.01.29;
logistics@3mE.tudelft.nl
, TU Delft
/ 3mE
/ TT
/ LT.