RAPPORTO TECNICO ATTIVITA : OR2/WP4 - Integrazione di sistemi odometrici

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1 UNIONE EUROPEA FONDO EUROPEO DI SVILUPPO REGIONALE. REGIONE PUGLIA AREA POLITICHE PER LO SVILUPPO IL LAVORO E L INNOVAZIONE RAPPORTO TECNICO ATTIVITA : OR2/WP4 - Integrazione di sistemi odometrici

2 Indice dei contenuti 1. IMPLEMENTAZIONE DELL ALGORITMO DI COMPENSAZIONE DELL ERRORE ODOMETRICO TEST SU SISTEMA DI CORREZIONE ERRORE ODOMETRICO ALGORITMI DI CORREZIONE DELL ERRORE ODOMETRICO REPORT DI ANALISI DELLA SENSORISTICA DI ASRV ANALISI DELLE TECNOLOGIE DI MISURA DELLA POSIZIONE PER NAVETTA 8 Pag. 2 di 9

3 1. IMPLEMENTAZIONE DELL ALGORITMO DI COMPENSAZIONE DELL ERRORE ODOMETRICO Algoritmo di calcolo L algoritmo implementato in base alle precedenti attività di ricerca dei metodi di correzione dell errore odometrico, esegue le seguenti operazioni: Individua il primo riferimento geometrico sul magazzino Considera la posizione della navetta in corrispondenza di tale evento come posizione origine per il calcolo della stima del rapporto odometrico Rileva il successivo riferimento geometrico di magazzino Considera la posizione della navetta in tale posizione come posizione finale per il calcolo della stima del rapporto odometrico Questo fattore, aggiornato ad ogni cella, viene usato per l aggiornamento della posizione della navetta: p s t p t Prove Sono state eseguite diverse prove, a diverse velocità, lungo il corridoio di servizio e di accumulo. i Test lungo il corridoio di servizio Sono state condotte prove di movimentazione dell ASRV per la stima del coefficiente odometrico lungo il corridoio di servizio, per una distanza di 1, 3 e 5 celle. Ciascuna prova è stata condotta a velocità minima (20cm/s) e velocità massima (130cm/s) dell ASRV. Per ogni caso affrontato, sono stati condotte 5 ripetizioni. Dai dati collezionati possiamo affermare quanto che: 1) La distanza percorsa dall ASRV non è un parametro che influenza il valore del rapporto odometrico stimato; Pag. 3 di 9

4 2) La stima del rapporto odometrico risente del tempo ciclo del task PLC Per quanto riguarda il tipo di Bus utilizzato sul PLC, si è constatato che con il bus k-bus (tempo ciclo medio di 8ms) migliora il filtraggio di fenomeni di lettura anomali di breve durata temporale; mentre vi è una maggiore incertezza sulla stima del rapporto odometrico. Test su corridoio di accumulo I test su corridoi di accumulo sono sostanzialmente sovrapponibili a quelli su corridoi di servizio. Su diverse prove eseguite, senza centraggio, la navetta eseguiva un percorso più lungo di quello previsto: l errore odometrico varia tra 5 e 7 cm (rilevati con metro a nastro). Sul corridoio di accumulo, in particolare, l algoritmo funziona solo a basse velocità (inferiori a 60cm/s). Questo è causato dalla differenza tra il diametro dello spot luminoso dei sensori a fibra ottica e la larghezza delle asole presenti sui binari. 2. TEST SU SISTEMA DI CORREZIONE ERRORE ODOMETRICO Sono stati definiti i parametri da acquisire nella campagna di prove sugli algoritmi di correzione dell errore odometrico. In particolare sono stati riportati i parametri e le variabili da acquisire, e per ciascuna è stata fornita una descrizione sintetica del suo significato. Le prove, effettuate negli impianti prototipali di magazzino a navette presso ICAM e presso la società Tormaresca in S. Pietro Vernotico, sono state eseguite in condizioni di funzionamento tali da coprire tutto l ambito di utilizzo previsto nelle condizioni reali, quindi a diverse velocità di movimentazione della navetta e nelle due direzioni possibili di movimento (corridoi di servizio e di accumulo). Sono stati utilizzati i format in Excel su menzionati per l acquisizione dei dati, che poi sono stati oggetti di elaborazione ed analisi e riportati nel documento Pag. 4 di 9

5 di sintesi sui risultati della campagna di test, e che ha valutato la rispondenza alle specifiche di progetto degli algoritmi utilizzati. Ad ogni prova eseguita sono stati acquisiti i parametri: Distanza comandata (Dc) Distanza corretta (Dcn) Errore di compensazione (Ec) Rapporto di compensazione (Rc) Distanza Registrata (Dr) Coefficiente odometrico registrato (tr) Coefficiente odometrico sw (tsw) 3. ALGORITMI DI CORREZIONE DELL ERRORE ODOMETRICO L esperienza maturata nelle prove sul campo delle navette ha rilevato l esistenza di un errore sistematico di calcolo della posizione della navetta. Tale errore, che cresce proporzionalmente alla distanza percorsa dalla navetta, e varia sensibilmente con le condizioni di carico, genera dei dannosi effetti sulla funzionalità, impedendo alla navetta di posizionarsi in modo rapido e preciso, e addirittura, su lunghe distanze, generando una perdita sostanziale dell informazione sulla posizione attuale della navetta nel magazzino. Sono state investigate quindi le cause di tale errore allo scopo di generare un algoritmo che ne permettesse la correzione. L effetto si manifesta in un errato posizionamento della stessa. Sono state condotte diverse campagne di misura, sia a carico che a scarico e si è rilevato come il risultato si presenta invariante con la velocità (a parità della condizione di carico della navetta) e con la distanza percorsa e diminuisce all aumentare del peso dell UdC presente a bordo (la presenza di un carico porta la navetta a percorrere una distanza superiore rispetto al caso di assenza di carico). Pag. 5 di 9

6 L errore odometrico è influenzato sia da fenomeni di carattere sistematico che accidentale, come: Errori sistematici: a) Disallineamento delle ruote rispetto alla direzione di movimento; b) Diametro delle ruote diverso da quello noto; a) Ruote con diametro diverso. Errori accidentali: a) Usura delle ruote; b) Slittamenti delle ruote in concomitanza di superfici con presenza di olio sui binari; c) Scorrimento su superficie non pianeggiante; d) Presenza di ostacoli (di dimensione tale da non impedire alla navetta di continuare la movimentazione) che hanno impedito in parte il corretto rotolamento delle ruote sui binari. Inoltre l occorrenza di questi ultimi errori è molto elevata, date le molteplici applicazioni in cui è inquadrato l intero sistema (perdita di liquidi da merce stoccata, cedimenti della struttura, maggiore usura di una ruota rispetto alle altre, etc.). Correzione dell errore non sistematico La soluzione al problema si è trovata grazie alla presenza nel magazzino di diversi punti che possono essere utilizzati come riferimenti geometrici per definire in modo univoco la distanza percorsa dalla navetta. Pag. 6 di 9

7 4. REPORT DI ANALISI DELLA SENSORISTICA DI ASRV Sono state analizzate le tipologie di misure effettuate su navetta, e tra queste ci si è concentrati in particolare sulle misure relative agli elementi strutturali del magazzino che sono stati oggetto delle attività di correzione dell errore odometrica di calcolo della posizione. E stato testato il comportamento di un sensore di tipo a soppressione di sfondo, che ha la peculiarità di discriminare la superficie che si trova in primo piano rispetto allo sfondo che risulta invisibile al sensore stesso. Si è testato il sensore durante una movimentazione semplice del sensore sul binario e si sono effettuati diversi esperimenti al variare della tipologia e posizione della superficie da osservare (es. acciaio non verniciato, acciaio verniciato di bianco, ecc.). Si è rilevato, come era intuitivo, che conviene disporsi quanto più prossimi alla superficie piena; quanto più ci si allontana da essa, tanto meno robusta ed affidabile è la misura. Appurato ciò, sono state condotte delle esperienze volte ad investigare le differenti performance del sistema al variare della tipologia di superficie. Analoghi test sono stati effettuati con un sensore con tecnologia di rilevamento fotoelettrica a fibra ottica. Essi hanno diverse caratteristiche importanti quali una minima distanza di posizionamento dal target, un asse ottico di emissione coincidente l'asse ottico di percezione, un uno spot di luce minimo. Le prove sperimentali hanno avuto l obiettivo di valutare la robustezza del sistema di misura al variare delle condizioni che la navetta si trova a discriminare. Pag. 7 di 9

8 5. ANALISI DELLE TECNOLOGIE DI MISURA DELLA POSIZIONE PER NAVETTA E stato descritto l algoritmo di misura della posizione utilizzato, sia da un punto di vista software che dal punto di vista della sensoristica utilizzata. Sono stati messi in luce i principali punti di forza e di debolezza; in particolare punti di forza sono stati ritrovati: semplicità implementativa economicità implementativa e di sviluppo della soluzione punti di debolezza sono stati: presenza di errori sistematici difficilmente eliminabili a meno di sforzi di sviluppo elevati presenza di errori non sistematici anch essi difficilmente eliminabili Sono stati poi elencati i principali metodi di misura dello spostamento consolidati in letteratura, e tra questi si è evidenziato come la metodologia della navigazione inerziale basata su giroscopio ed accelerometro avesse delle caratteristiche che avrebbero potuto portare un vantaggio netto rispetto alla tecnica attuale, e soprattutto avrebbero superato i problemi di errore non sistematico di calcolo della posizione non essendo il loro principio di misura affetto dalle non idealità strutturali del veicolo e del magazzino. Un sistema di navigazione inerziale è un sistema di ausilio alla navigazione che tramite algoritmi software e sensori di moto riesce a determinare la posizione, l'orientamento e la velocità (direzione, verso e modulo) di un di un veicolo in movimento senza la necessita di riferimenti esterni. Queste caratteristiche appunto sono quelle che hanno focalizzato l attenzione dell attività di ricerca su tale sistema di posizionamento, in quanto la possibilità di non utilizzare un sistema di riferimento permette di isolare la posizione di navetta dalle caratteristiche fortemente variabili della parte fisica del magazzino. Pag. 8 di 9

9 Sebbene un sistema di posizionamento inerziale utilizzi un numero elevato di sensori, data la semplicità del movimento della navetta (tra due direzioni ortogonali tra loro) si è potuta ipotizzare una semplificazione di tale tecnica per la posizione di navetta basata solo su di un accelerometro ed un giroscopio. L accelerometro sarebbe stato in grado di rilevare l accelerazione lungo le tre direzioni principali x, y, z, il giroscopio, invece, di rilevare le rotazioni rispetto all asse z. Nel corso dell attività di progetto sono state analizzate le principali caratteristiche della navigazione inerziale: sono stati definiti i sistemi di riferimento e le varie tipologie che si possono utilizzare sono stati ipotizzati dei sensori di rilevamento idonei, quali accelerometro e giroscopio è stata presentata la modalità di calcolo della posizione di navetta rispetto al magazzino a partire dai dati sensoriali sono stati individuati, descritti ed elencati i pregi ed i difetti di tale principio di funzionamento E stato effettuato uno studio di principio su come questa tecnologia possa essere implementata su navetta. Questa analisi ha comportato delle scelte strategiche nel progetto preferendo lo sviluppo ulteriore (con aggiunta di altra sensoristica e altri principi di odometria) della tecnologia odometrica attualmente utilizzata. Pag. 9 di 9