Technische Universiteit Delft
Faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen
Transporttechnologie



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: 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.