Octinion en het Mechatronics 4.0-team navigeren een AGV met behulp van ultrabreedbandtechnologie

AGV

Dankzij recente technologische ontwikkelingen vinden robots en automatisch geleide voertuigen (AGV’s) steeds meer ingang, zelfs buiten industriële omgevingen. Een inspirerend voorbeeld hiervan is het prototype van een aardbeiplukrobot, een ontwikkeling van Octinion.

Octinion heeft een prototype van een aardbeiplukrobot ontwikkeld (http://octinion.com). Deze robot kan autonoom in een serre navigeren, aardbeien visueel lokaliseren en de rijpe aardbeien plukken en sorteren zonder ze te beschadigen. De plukkwaliteit en -snelheid zijn vergelijkbaar met die van de ideale menselijke plukker, maar de robot biedt daarnaast ook een superieure kwaliteitsmeting, wat het sorteren optimaliseert.


 Prototype van een aardbeiplukrobot, ontwikkeld door Octinion

Om efficiënt te zijn, dient een AGV met een lokalisatiesysteem te zijn uitgerust om informatie over zijn exacte locatie op te vragen, die als input dient voor zijn navigatiealgoritme. Voor het aardbeiplukken is een nauwkeurigheid op de centimeter na vereist, aan een updatesnelheid van 10 Hz. Er bestaan al diverse technologische oplossingen om dit te bereiken, die elk hun voor- en nadelen hebben.

  • De eerste reeks oplossingen is op een GPS gebaseerd. Er bestaan goedkope GPS-modules op de markt, maar hun nauwkeurigheid is te beperkt voor de beoogde AGV-toepassing. Differentiële GPS-systemen zijn een stuk nauwkeuriger, maar uitermate duur. Bovendien worden de GPS-signalen al eens door omliggende gebouwen, bomen en dergelijke geblokkeerd.
  • Visuele bakens kunnen voor een alternatieve oplossing zorgen en berusten op optische sensoren om het object te lokaliseren met betrekking tot geijkte visuele elementen (bakens) in de omliggende omgeving. Ze leveren nauwkeurige resultaten op, maar hun prestaties kunnen fors door de omgevingsomstandigheden, zoals verlichting, weersomstandigheden (mist, sneeuw) worden beïnvloed.
  • Een derde oplossing is de ultrabreedband (UWB) communicatietechnologie. UWB is een technologie om informatie die over een brede bandbreedte is gespreid, te verzenden. Een tweewegs time-of-flight kan worden gemeten op basis van communicatie-uitwisselingen tussen ‘anchor' en ‘tag’, die dan als basis kan dienen om een bereik te berekenen (zie onderstaande afbeelding). Aan de hand van een driehoeksmeting kunnen de 3D-coördinaten van een object worden berekend. UWB lijkt een veelbelovend alternatief te zijn, met de mogelijkheid om een nauwkeurigheid op 10 cm na te bereiken, wat dus de nadelen van het GPS-systeem en de visuele bakens omzeilt. Toch is de technische haalbaarheid van de UWB van  Decawave voor dit type van toepassingen nog niet helemaal duidelijk.


UWB-communicatie om een afstandsmeting uit te voeren

In dit project hebben Octinion en het Mechatronics 4.0-projectteam de haalbaarheid van de ultrabreedbandtechnologie van Decawave om tot een nauwkeurige lokalisatie voor de navigatie van een AGV te komen, aangetoond. De architectuur van het systeem wordt in de volgende afbeelding geïllustreerd. De AGV is uitgerust met een UWB-tag en vier anchors die aan de randen van het werkingsbereik zijn gemonteerd.

Aangezien het UWB-systeem slechts 10 of 20 cm nauwkeurig is, wordt de globale positiemeting, met behulp van een Kalman-filter, samengevoegd met signalen van een goedkoop traagheidsmeetapparaat (IMU) en meetwiel-encoders. Hiermee kan niet alleen de vereiste nauwkeurigheid voor de precisiepositiebepaling worden verkregen, maar ook informatie over oriëntatie en snelheid van de AGW worden opgevraagd, die nodig is voor de navigatie ervan. Het traagheidsmeetapparaat meet de versnellingen en de rotatiesnelheden in een lokaal coördinatensysteem. Het schema van deze sensorcombinatie wordt in de volgende afbeelding geïllustreerd.

 Schematische voorstelling van het UWB-positioneringssysteem (links) en de benadering via een sensorcombinatie om een nauwkeurige inschatting van positie en oriëntatie te bereiken

De onderstaande afbeelding toont de resulterende output van de schatter (rood) en vergelijkt deze met de ruwe UWB-data (paars). Het geluidsniveau op de lokalisatieschatting is aanzienlijk lager. Een stochastische analyse van de fout toont dat de standaardafwijking op de positiemeting ongeveer 50 mm bedraagt, terwijl de standaardafwijking van de oriëntatie ongeveer 1° is.

Realisatie van een positie-inschatting met behulp van een sensorcombinatie van lokalisatie via UWB, een traagheidsmeetapparaat en encoder-data

Kom meer te weten over hoe het Mechatronics 4.0-team en Octinion tot deze resultaten zijn gekomen en maak zelf AGV-navigatie op basis van UWB-data mee tijdens de Mechatronics 4.0 Masterclass over positioneringstechnologieën op 28 maart.

Contactpersonen Flanders Make: RisangGatot.Yudanto@flandersmake.be en Maarten.Witters@flandersmake.be

Tags: