Navigatietechnieken voor AGV’s en AMR’s - Industrial Automation

NLFR

Platform over productie- en procesautomatisering
Navigatietechnieken voor AGV’s en AMR’s
Door de toepassing van virtuele in plaats van fysieke paden dalen de onderhoudskosten en vereenvoudigt het verkeersmanagement.

Navigatietechnieken voor AGV’s en AMR’s

Bij het ontwikkelen of upgraden van een automatisch geleid voertuig (AGV) of autonome mobiele robot (AMR) is de juiste navigatietechnologie essentieel. Een verkeerde keuze kan een dramatisch effect hebben op de kosten, de efficiëntie en dus het succes van de geautomatiseerde oplossing die je wil toepassen of in de markt zetten. Dat geldt zowel tijdens de ontwikkelingsfase als wanneer je de navigatietechnologie integreert of de installatie van de voertuigen bij jouw klanten afrondt. In dit artikel verkennen we de opties die gebruikers ter beschikking hebben. 

De talloze navigatietechnologieën die bestaan voor AGV’s en AMR’s kunnen grofweg onderverdeeld worden in twee categorieën. Enerzijds zijn er de technieken die voertuigen langs fysieke lijnen leiden. Deze lijnen kunnen vorm krijgen door middel van magnetische tapes, geverfde lijnen, inductieve draad of rails. Ook tags vallen onder deze categorie. Anderzijds kunnen de voertuigen langs virtuele, digitale paden rijden, die alleen in de software van het voertuig bestaan. 

De talloze navigatietechnologieën die bestaan voor AGV’s en AMR’s kunnen grofweg onderverdeeld worden in twee categorieën.

Lijnnavigatie

Lijnnavigatie werkt als volgt: een sensor op de AGV of de AMR ‘kijkt’ naar de lijn op de vloer. Aan de hand van zijn positie berekent hij hoeveel hij langs rechts en langs links afwijkt van zijn lijn om het traject voortdurend te corrigeren. Een eenvoudige navigatiemethode die ideaal is voor voertuigen die zich continu in een lus bewegen. Denk bijvoorbeeld aan de productielijnen van de automobielindustrie waar AGV’s of AMR’s onderdelen van station naar station verplaatsen. Een eenvoudige, betrouwbare, nauwkeurige en stabiele manier van navigeren, maar er zijn ook nadelen aan verbonden. Het kost tijd om de routes uit te stippelen en later, wanneer de productienoden veranderen, weer aan te passen. Zeker voor toepassingen met inductieve draad of rails, die beide in de vloer gaan, is dit niet evident. Ook de complexiteit van vlootbeheer zal toenemen, vooral wanneer verschillende lijnen elkaar moeten kruisen. Ten slotte is onderhoud een aandachtspunt. Magneetband kan bijvoorbeeld na verloop van tijd scheuren. 

Tagnavigatie

Met tags werkt het systeem op een gelijkaardige manier. De AGV’s en AMR’s worden dan over de productievloer geleid door middel van tags. Dit kunnen QR-codes zijn, RFID-tags of magnetische punten ingebed in de vloer. Een specifieke sensor aan boord van de voertuigen vertelt ze dan waar ze zich precies bevinden en wat de te volgen route is. Vandaar dat de aanpak zo sterk op lijnnavigatie gelijkt. Tags zijn bijzonder populair in de magazijnen van grote e-commercebedrijven die vaak een eenvoudige lay-out kennen. Ook de voor- en nadelen van tagnavigatie stemmen overeen met die van lijnnavigatie. Het kost tijd om tags fysiek te installeren (en in de toekomst aan te passen) en na verloop van tijd zal er onderhoud nodig zijn, maar de werking van tags is daarnaast uitzonderlijk betrouwbaar en robuust. 

Lijnnavigatie versus tags

Waarin het verschil tussen beide technieken dan precies schuilt? AGV’s en AMR’s die gebruikmaken van lijnnavigatie zullen over het algemeen nog een net iets hogere positioneringsnauwkeurigheid kunnen voorleggen. Dit kan een interessante troef zijn bij het ophalen en afzetten van goederen of bij het koppelen met bepaalde werkstations. Bij tags zien we dat de snelheid meestal net wat hoger ligt.

Bij het ontwikkelen of upgraden van een automatisch geleid voertuig (AGV) of autonome mobiele robot (AMR) is de juiste navigatietechnologie essentieel.

Laserdriehoeksmeting

De nieuwe methodes maken geen gebruik meer van lijnen of tags, maar sturen de AGV’s en AMR’s langs virtuele paden. Deze worden uitgestippeld met behulp van de software van het voertuig. Een eerste methode in deze categorie is laserdriehoeksmeting, een werkingsprincipe dat aansluit bij gps-navigatie. Er worden minimaal drie referenties gebruikt om de positie van het voertuig te trianguleren. Een laserscanner bovenop het voertuig scant de ruimte en zal reflecterende doelen identificeren. Deze lasertechnologie is bijzonder betrouwbaar: de positioneringsnauwkeurigheid ligt hoog en er zijn relatief hoge snelheden mogelijk. Door de toepassing van virtuele in plaats van fysieke paden dalen de onderhoudskosten en vereenvoudigt het verkeersmanagement. Routewijzingen kunnen immers snel en eenvoudig worden ingevoerd, tenzij ze om extra reflectoren langs de nieuwe route vragen. Wat de nadelen dan zijn? Het kost wel wat tijd om het systeem te ontwerpen en te installeren: eerst wordt alles opgemaakt in CAD, dan de reflectoren geïnstalleerd alvorens een landmeter passeert om hun positie te valideren.

Maar de AGV of AMR krijgt dan wel een nauwkeurige kaart voorgeschoteld. Tweede aandachtspunt is dat de LiDAR-laserscanners geld kosten en dat ze niet op elk voertuig passen. Ze moeten immers goed zicht hebben op de omgeving om de reflectoren te identificeren en beweegbare objecten te vermijden die deze referenties zouden kunnen verbergen. 

De nieuwe methodes maken geen gebruik meer van lijnen of tags, maar sturen de AGV’s en AMR’s langs virtuele paden.

Navigatie op basis van visie

Visienavigatie werkt op dezelfde manier als hoe wij mensen naar de wereld kijken. Het gebruikt camera’s in plaats van onze ogen om kenmerken in de omgeving te herkennen. Vervolgens worden deze gegevens afgetoetst tegen een 3D-kaart waardoor de AGV of de ARM zijn positie kan berekenen en in de juiste richting gaan. De installatie kan snel en eenvoudig gebeuren, omdat het geen aanpassingen vergt aan de bestaande infrastructuur. De gebruiker gaat gewoon met het voertuig de route langs, terwijl er beelden verzameld worden om het pad te leren en de 3D-kaart te construeren. Ook de benodigde tijd en kosten liggen laag: verandert de route, dan hoeft de operator deze procedure gewoon te herhalen. Deze technologie heeft echter te lijden onder de gebruikelijke nadelen van alle visiegebaseerde systemen:

  • Veranderende lichtomstandigheden kunnen de nauwkeurigheid van het systeem beïnvloeden.
  • Dat geldt ook voor veranderingen in de omgeving.

Navigatie op basis van natuurlijke kenmerken

Navigatie op basis van natuurlijke kenmerken (ook SLAM-navigatie genoemd) maakt gebruik van laserscanners, zoals de ingebouwde veiligheidsscanners van een voertuig. Het vergelijkt het huidige 2D gescande beeld met een eerder gemaakte kaart om de positie van het voertuig te berekenen. Er wordt op twee manieren gewerkt: scanmatching (scannergegevens worden vergeleken met een referentiekaart en voortdurend bijgewerkt) of feature matching (gegevens worden vergeleken met permanente ‘kenmerken’ in de omgeving, zoals muren en kolommen, zonder de referentiekaart te overschrijven). Bij scanmatching worden de verzamelde ruwe lasergegevens vergeleken met de originele kaart en wordt deze kaart bijgewerkt als er nieuwe objecten worden gedetecteerd. Voor deze aanpak moet de scan van hoge kwaliteit zijn om correct te kunnen matchen. Het type kaart dat wordt gebruikt – een op rasters gebaseerde kaart met een lage-celresolutie – kan een nadelig effect hebben op de positioneringsnauwkeurigheid van een voertuig. Bij feature matching daarentegen wordt een relatief klein aantal permanente omgevingskenmerken – zoals muren, kolommen en permanent geïnstalleerde machines – gebruikt als referentie om het voertuig te lokaliseren. Deze methode is zeer robuust omdat er weinig referenties nodig zijn (slechts 5% van de omgeving of minder) om een nauwkeurige lokalisatie van het voertuig te garanderen. En omdat de kaart nooit verandert – tenzij dit nodig is door een grote verandering in de infrastructuur – blijft de nauwkeurigheid ook na verloop van tijd behouden.

Voor- en nadelen van SLAM

In tegenstelling tot de meeste concurrerende navigatiemethoden zijn er geen zware veranderingen nodig aan de infrastructuur op locatie. Hierdoor zijn deze AGV’s en AMR’s technologisch eenvoudig en economisch te installeren en te onderhouden, of het nu gaat om een enkel voertuig of een grote vloot. Er zijn hooguit een paar reflecterende stickers nodig als een gebied weinig natuurlijke kenmerken heeft. Speciale softwaretools dienen om de routes en acties van een voertuig tijdens de installatie te programmeren. Omdat deze navigatietechniek echter nog een relatief nieuw is, bieden de meeste leveranciers nog geen geavanceerde of zeer intuïtieve softwaretools, waardoor de installatie een complex proces kan worden, vaak gebaseerd op frameworks zoals het open source Robotic Operating System. Een aparte laserscanner – speciaal voor navigatie – maakt het voertuig duurder. Aan de andere kant is het wijzigen van installaties (routes bijwerken, acties wijzigen) een snel en efficiënt proces, omdat de paden virtueel zijn en er geen tijdrovende veranderingen aan de infrastructuur nodig zijn. Ook functionaliteit voor vlootbeheer is beschikbaar. 

"*" geeft vereiste velden aan

Stuur ons een bericht

Dit veld is bedoeld voor validatiedoeleinden en moet niet worden gewijzigd.

Kunnen we je helpen met zoeken?