Основные системы навигации для напольного транспорта

Навигация рельсовых тележек осуществляется достаточно просто. Как правило, требуется остановка в определенном месте маршрута пути для загрузки или разгрузки. Если перемещение идет между конечными точками и требуются остановки на маршруте, то самым простым решением будет отсчет пройденного пути с помощью энкодера. Если точность требуется выше, то точки остановок определяются концевыми выключателями, бесконтактными индуктивными датчиками и сканером QR кодов.

Для статичных маршрутов (когда изменения требуются крайне редко) выбирается способ навигации с более дорогой системой разметки, но дешёвым считывающим оборудованием и контроллером, производящим вычисления маршрута (который, устанавливается на каждой AGV тележке).
Если маршруты периодически перестраиваются или требуется современное гибкое производство, то применяют систему навигации с более дорогими считывающими и обрабатывающими информацию устройствами и минимальной стоимостью разметки маршрута.

Первое, самое простое и надежное решение - это магнитная либо флюоресцентная полоса, нанесенная на пол, которую считывает, соответственно, магнитный или оптический сканер. Все современные сканеры поддерживают возможность ветвления пути. В местах ветвления устанавливается специальная оптическая или магнитная метка, и транспортное средство следует по одному из маршрутов на основании заданной программы.

Оборотной стороной простоты данной системы является необходимость поддержания разметки на полу в хорошем состоянии и затраты на изменение маршрута, так как требуется переклеивать ленту или наносить заново краской.

Одной из разновидностей навигации по ленте является навигация по QR кодам или Rfid меткам. В этом случае на пол наносится сетка меток, и транспортное средство следует от метки к метке. На каждой метке корректируя данные о своём положении в пространстве. В таком случае маршрут привязывается к сетке меток и может быть легко изменен.

Еще одна разновидность навигации по линии - навигация по проводу. Провод, подключенный к специальному источнику частоты, закладывается в полу, и специальный считыватель, установленный на тележке, управляет движением. Плюсы: нет износа ленты, возможно применять на улице. Из минусов - требуются монтаж провода внутрь пола и ограничение на применение железной арматуры в полу.

Навигация с помощью ультразвука. В помещении устанавливается определенное количество излучателей в заранее определенных точках. На AGV тележке установлены приемники для звукового сигнала. На основании информации о местоположении излучателей и скорости прохождения сигнала контроллер вычисляет местоположение AGV тележки в пространстве. Данный способ навигации применяется при невозможности использования лидаров или видеокамер.

Лидар - это лазерный дальномер.
Возможные режимы работы:

• Со специальными отражающими метками. Метки наносятся на колоннах и стенах, различных выступах помещения. При первом запуске транспортное средство прогоняется по маршруту, запоминает местоположение этих меток, и таким образом строится карта, на которой нанесены метки и необходимые маршруту движения. То есть маршрут строится относительно меток и поэтому легко может быть изменен.
• Второй вариант - без специальных отражателей. Транспортное средство подгоняется по маршруту и запоминает выступы, колонны, стены и так далее. Строится двухмерная карта помещения, соответственно, маршрут привязывается к этой карте помещения и легко может быть изменен.

При оборудовании существующих производств высокоманёвренными AGV тележками необходимо учитывать состояние полов. Если это не ровные наливные полы, то потребуется применение подвески для компенсации неровностей пола. При этом корпус agv тележки может наклоняться и , соответственно, меняется 2D карта которую считывают лидары, что влечёт за собой более сложную математику и более мощные вычислительные компьютеры на борту. Почитайте про особенности наших мобильных роботов.

Имеет большую точность, меньшую стоимость, но требует монтажа отражателей и необходимо следить, чтобы они были чистыми и не покрывались пылью.
Кроме того, т.к. отражатели установлены в определенных местах, то в помещении возможна перестановка оборудования, установка временного груза и т.д. Это не повлияет на позиционирование.
Второй вариант. Когда карта строится на основании плана расположения оборудования в цеху, то при резком изменении рельефа цеха например, выгрузили большую партию материала или переставили какие-то стеллажи, навигация будет сбиваться.
Последний вариант - это навигация с помощью так называемого компьютерного зрения (видеокамер) когда транспортное средство прогоняется по маршруту. Системы распознавания образов также строят 2-х - либо трехмерную карту помещения, в которой маршрут привязывается к этой самой карте.
Навигация с помощью лазеров либо видеокамер имеет меньшую точность по отношению к навигации по ленте и ограничения по максимальной ширине коридора, так как лазер должен от чего - то отражаться.
Часто применяется комбинированная система. Например, перемещение по цеху осуществляется с помощью лидаров или видеокамер, а точное позиционирование например, заезд под стеллаж или паллет с грузом осуществляется по полосе на полу.

При решении этой задачи необходимо учитывать возможность осадков, тумана и запотевание при отрицательных температурах.
Оптические приборы необходимо очищать от капель воды, продувать, подогревать. Кроме того, плотный снегопад или сильный дождь создают серьезную проблему для работы лидаров. Оптимальным является использование микроволновых радаров.

Для решения таких задач мы используем лидары (или радары) и приемник GPS/Глонасс, установленные на тележке. Лидары применяются для увеличения точности позиционирования и избежания столкновений, а приёмник GPS/Глонасс - для навигации в любую погоду. По маршруту движения, особенно если он имеет сложный профиль, рекомендуется установить несколько базовых станций системы GPS/Глонасс. Это резко повысит точность позиционирования.

Новые современные производства обустроены качественными ровными наливными полами.
Существует большое количество действующих предприятий, которым необходима модернизация и оптимизация, и автоматизация логистики на производстве.
Полы часто имеют повреждения, так как были изготовлены давно и активно эксплуатировались. Имеются перепады высот, выщербленные ямы, локальные изменения уклонов пола.
В таких случаях дешевые АГВ тележки не могут нормально двигаться, так как их кинематика и геометрия подвески рассчитана на то, что все колёса всегда касаются пола, а допустимые перепады - 5 мм на 1 квадратный метр.
Наши АГВ тележки рассчитаны на работу на неровных полах. Особенности конструкции позволяют иметь большую артикуляцию подвески и кинематику, которая обеспечивает прилегание колёс к полу и уверенное движение по неровностям. Кроме того, для исключения застревания на перепадах высот (ступеньки, пересечение рельсового пути) и в выщербленных ямах мы увеличиваем мощность привода.
Система навигации также имеет свои особенности. Применение самого дешёвого подхода - магнитной или оптической полосы - невозможно ввиду плохого покрытия пола. В таких случаях мы решаем задачу с помощью лидаров. Но и здесь возникают нюансы: лучше лидар работает в плоскости, в которой он строит карту, отражаясь от окружающих его препятствий. При движении по неровным полам робот наклоняется, и, следовательно, плоскость, в которой работает лидар, наклоняется вместе с роботом. Таким образом, геометрия окружающего пространства всё время немного меняется.

Дополнительную погрешность вносят операторы, которые выставляют груз на паллеты, не обеспечивая центр тяжести в середине АГВ тележки, в результате чего она движется с небольшим наклоном и имеет большую нагрузку на одну пару колес.
Чтобы робот не останавливался по аварии в таких случаях, мы добавили инклинометр и доработали математическую модель, которая позволяет нам учитывать большие отклонения геометрии пространства под номинальный при наклонах АГВ тележки.
Мы перепробовали большое количество вариантов. Отработано на данный момент программно-аппаратное решение для перемещения АГВ тележек на неровных полах. Это позволяет обеспечить максимальную надёжность работы при оптимальной цене изделия.