Dokkingsystem for automatisk selvstyrt vogn (AGV)

Abstract

Masteroppgaven Dokkingsystem for automatisk selvstyrt vogn (AGV) har som mål å utvikle en automatisk selvstyrt vogn (AGV) og å skissere et automatisk dokkingsystem for denne AGV-en.

En ny AGV har blitt utviklet med fokus på at konstruksjonen skal være så enkel som mulig og at det skal benyttes lett tilgjengelige komponenter. AGV-en er basert på en rammekonstruksjon laget av aluminiumprofiler. Den drives og styres med differensial drift med to elektriske børstemotorer montert direkte i rammens vanger.

Den nye AGV-en laget for bruk i instituttets automatiseringslaboratorium presenteres i oppaven. AGV-ens og dens hovedkomponenter som motorer, gir og motorkontrollere beskrives, og det gis også en kort gjennomgang av hvordan man styrer AGV-ens motorer via motorkontrollerne.

En introduksjon av teorien bak angivelse av en mobil robots posisjon og orientering, til sammenkalt positur gis. To modeller for kinematikken for roboter med differensial drift og en modell for banestyring av mobile roboter presenteres.

Grunnlaget for å utvikle dokkingløsningen gjøres gjennom en analyse av ulike metoder og sensorer som kan benyttes i dokkingoperasjonen. Virkemåten beskrives enkelt, og styrker og svakheter vurderes opp mot hverandre. Blant sensorene som omhandles er en laserbasert områdesensor, maskinsyn basert på digitale kameraer, infrarøde distansesensorer og ultrasoniske distansesensorer. Ut fra denne analysen blir det bestemt å utvikle en dokkingmetode basert på en type infrarøde sensorer som benytter seg av et trianguleringsprinsipp for å måle avstand. Dette er interessant særlig siden disse sensorene er meget billige.

En løsning for å gjennomføre dokkingoperasjonen med disse infrarøde sensorene presenteres.Løsningen baserer seg på bruk av seks infrarøde sensorer, to med et måleområde fra 20 til 150cm og fire med et måleområde fra 4 til 30cm. De to sensorene med langt måleområde monteres i front og brukes for å bestemme AGV-ens positur relativt til dokken før dokkingoperasjonen begynner. De fire sensorene med kort måleområde monteres langs AGVens to sider og benyttes for å finjustere AGV-ens posisjon i forhold til veggene i dokken.

For å bekrefte at det infrarøde sensorene holder mål blir de grundig testet både i forhold til signalkvalitet og i forhold til oppløsning. En anbefaling for hvordan sensorene kan brukes på en måte som er tilfredsstillende i forhold til behovet blir presentert med bakgrunn i disse testene.

This master thesis called Docking system for automatic guided vehicle (AGV) has as a goal to develop an automatic guided vehicle (AGV) and to suggest an automatic docking system for this AGV.

A new AGV has been developed focusing on keeping the construction being as simple as possible, and on using easily available components. The AGV is based on a frame-construction made from aluminium profiles. It is driven and steered using a differential drive with two electric brushed motors mounted directly in the sidewall of the frame.

The new AGV is made for being used in the automation laboratory is presented and its main components such as motors gears and motor controllers are described. A short walk through of the control of the AGV’s motors using the motor controllers is also given.

An introduction is given into the basics behind the representation of a mobile robot’s position and orientation, together called its pose. Two models on the forward kinematics for differential drive mobile robots and a model for open loop control of mobile robots are presented.

The basis for the development of the docking system is developed through an analysis of different methods and sensors that can be used in the docking procedure. Their mode of operation, their strengths and weaknesses are assessed and compared. Among the sensors covered is a laserbased range finder, machine vision systems using digital cameras, infrared range sensors and ultrasonic range sensors. Using this analysis as a basis it is decided to develop a docking system using a certain type of infrared range sensors that use the principle of triangulation to measure the distance to an object. This is especially interesting since these sensors are very low cost.

A solution on how to do the docking using these infrared sensors is presented. The solution is based on using six infrared sensors; two sensors with a range from 20 to 150 cm and four sensors with a range from 4 to 30 cm. The two long range sensors are mounted in front of the AGV and are used for determining the AGV’s pose relative to the dock prior to the docking procedure. The four short range sensors are mounted along the two sides of the AGV and are used to fine tune the AGV’s position relative to the inner walls of the dock.