Wstęp

W miarę jak porty na całym świecie w dalszym ciągu wdrażają automatyzację, pojazdy z automatycznym kierowaniem (AGV) stały się kluczową częścią transportu kontenerowego. Łączą żurawie nabrzeżowe, place kontenerowe, magazyny i systemy logistyczne, umożliwiając sprawną i bezzałogową obsługę ładunków.

W przeciwieństwie do fabryk znajdujących się w pomieszczeniach, pojazdy AGV działające na zewnątrz działają w trudnych warunkach, w których często występują deszcz, mgła, bezpośrednie światło słoneczne, mgła solna i duże odległości. Warunki te stawiają znacznie wyższe wymagania w zakresie dokładności pozycjonowania, niezawodności nawigacji i stabilności pojazdu.

Obecnie w zautomatyzowanych portach stosuje się kilka technologii nawigacyjnych, w tym nawigację laserową, nawigację wizyjną, radar-fal milimetrowych, różnicowy GPS (DGPS), nawigację FROG i zintegrowaną nawigację inercyjną. Każde rozwiązanie oferuje inne korzyści pod względem dokładności, kosztów wdrożenia, wymagań infrastrukturalnych i możliwości dostosowania do środowiska.

W artykule porównano te główne technologie i wyjaśniono, dlaczego zintegrowana nawigacja inercyjna stała się jednym z preferowanych rozwiązań dla nowoczesnych pojazdów AGV przeznaczonych do użytku na zewnątrz.

Główne technologie nawigacyjne dla zewnętrznych pojazdów AGV

Nawigacja laserowa

Nawigacja laserowa to jedna z najbardziej uznanych technologii pozycjonowania stosowanych w przemysłowych pojazdach AGV. Cele odblaskowe są instalowane wokół obszaru działania, a zamontowany na pojeździe-skaner laserowy w sposób ciągły wykrywa te cele i oblicza pozycję pojazdu AGV poprzez triangulację.

Z dokładnością pozycjonowaniaw promieniu 2 mmnawigacja laserowa zapewnia wyjątkową precyzję i została szeroko zastosowana w automatyzacji produkcji i magazynów.

Zalety

Dokładność pozycjonowania w granicach 2 mm

Dojrzała i niezawodna technologia

Elastyczna modyfikacja trasy

Stabilna, długoterminowa wydajność

Jednakże duże terminale zewnętrzne wymagają tysięcy reflektorów, co zwiększa koszty instalacji i konserwacji. Warunki pogodowe, takie jak ulewny deszcz, gęsta mgła i silne światło słoneczne, mogą również zmniejszyć wydajność systemu.

Nawigacja wizyjna

Nawigacja wizyjna opiera się na kamerach przemysłowych i przetwarzaniu obrazu-w oparciu o sztuczną inteligencję w celu rozpoznawania cech otoczenia i określania pozycji pojazdu.

Zamiast polegać na infrastrukturze fizycznej, system identyfikuje oznakowania drogowe, kontenery, budynki i inne punkty orientacyjne za pomocą wizualnych algorytmów SLAM i dopasowywania obrazów.

Zalety

Dokładność pozycjonowania na poziomie-centymetrów

Minimalne wymagania infrastrukturalne

Jednoczesne wykrywanie przeszkód

Doskonała elastyczność w złożonych środowiskach

Chociaż nawigacja wizyjna wyznacza ważny kierunek w przyszłości, wymaga wydajnego sprzętu komputerowego i-kamer wysokiej jakości. Warunki oświetleniowe i pogoda mogą również wpływać na dokładność pozycjonowania.

Milimetrowa-Nawigacja radarowa na falach

Radar-milimetrowy stale skanuje otoczenie i identyfikuje obiekty referencyjne w celu oszacowania pozycji pojazdu.

W porównaniu z nawigacją laserową radar działa lepiej w warunkach deszczu, mgły i zapylenia, dzięki czemu nadaje się do stosowania w trudnych warunkach zewnętrznych.

Zalety

Dokładność pozycjonowania w granicach 10 cm

Doskonała zdolność-na każdą pogodę

Silna odporność na zakłócenia środowiska

Niezawodna praca na zewnątrz

Główną wadą jest stosunkowo wysoki koszt sprzętu radarowego i infrastruktury pomocniczej, co ogranicza szerokie zastosowanie.

Różnicowy GPS (DGPS)

Standardowe pozycjonowanie GPS nie jest w stanie spełnić wymagań precyzji zautomatyzowanych portów, ponieważ błędy pozycjonowania zwykle sięgają kilku metrów.

DGPS znacznie poprawia wydajność pozycjonowania, korygując błędy satelitów za pośrednictwem lokalnej stacji referencyjnej.

Zalety

Dokładność pozycjonowania od 2 do 5 cm

Szybkie wdrożenie

Minimalna infrastruktura naziemna

Nadaje się do dużych terminali zewnętrznych

Ponieważ sygnały satelitarne mogą być blokowane przez dźwigi, budynki lub ułożone w stosy kontenery, DGPS często łączy się z nawigacją inercyjną w celu utrzymania ciągłego pozycjonowania.

ŻABKA Nawigacja

FROG (Free Ranging On Grid) został opracowany specjalnie dla zautomatyzowanych terminali kontenerowych.

Transpondery RFID są osadzone pod chodnikiem w odstępach około2 metry. Za każdym razem, gdy pojazd AGV przejeżdża nad transponderem, jego pozycja jest korygowana na podstawie zapisanych informacji o lokalizacji.

System został pomyślnie wdrożony w kilku zautomatyzowanych portach, w tym w porcie w Rotterdamie.

Zalety

Rozstaw węzłów RFID około 2 m

Dokładność pozycjonowania w granicach 3 cm

Stabilne, długoterminowe działanie.-

Doskonała zdolność adaptacji do środowiska

Jego podstawową wadą jest znaczna ilość podłoża wymaganego podczas instalacji.

Zintegrowana nawigacja inercyjna

Inercyjne systemy nawigacji (INS) zostały pierwotnie opracowane do zastosowań lotniczych. Mierząc przyspieszenie i prędkość kątową za pomocą żyroskopów i akcelerometrów, INS w sposób ciągły szacuje pozycję pojazdu.

Jednakże nawigacja czysto inercyjna obarczona jest z biegiem czasu skumulowanymi błędami pozycjonowania.

Nowoczesne zewnętrzne pojazdy AGV pokonują to ograniczenie, łącząc nawigację inercyjną ze znacznikami magnetycznymi, RFID, koderami kół i korekcją GNSS, tworząc wielo-czujnikowy system fuzji, który jest w stanie utrzymać wysoką dokładność pozycjonowania przez długie okresy działania.

Zalety

Dokładność pozycjonowania w granicach 1 do 3 cm

Minimalna infrastruktura naziemna

Doskonała zdolność adaptacji na zewnątrz

Niskie wymagania konserwacyjne

Idealny do transportu-na duże odległości

W przypadku wielu zautomatyzowanych portów zintegrowana nawigacja inercyjna zapewnia najlepszą równowagę między dokładnością pozycjonowania, złożonością inżynieryjną i kosztami wdrożenia.

Porównanie technologii nawigacji zewnętrznej AGV

Żadna technologia nawigacji nie jest idealna do każdego zastosowania. Zamiast tego inżynierowie zazwyczaj przed wyborem rozwiązania oceniają dokładność pozycjonowania, możliwość dostosowania do środowiska, koszt instalacji i-długoterminową konserwację.

W przypadku dużych zautomatyzowanych portów zintegrowana nawigacja inercyjna staje się coraz bardziej atrakcyjna, ponieważ zapewnia niezawodne pozycjonowanie na poziomie-centymetrowym, minimalizując jednocześnie wymagania dotyczące infrastruktury.

Jak zintegrowana nawigacja inercyjna osiąga wysoką dokładność

Nowoczesna nawigacja inercyjna opiera się na połączeniu wielu-czujników, a nie na samodzielnym IMU.

Typowy zewnętrzny AGV łączy w sobie kilka technologii wykrywania:

Wysoce-precyzyjne czujniki nawigacji magnetycznej do korygowania błędów bocznych i kursu.

IMU zawierający żyroskopy i akcelerometry do pomiaru czasu rzeczywistego.

Enkodery kół, które w sposób ciągły mierzą przebytą odległość i prędkość pojazdu.

Czytniki RFID identyfikujące predefiniowane punkty kontrolne i ponownie kalibrujące skumulowane błędy pozycjonowania.

Współpracując ze sobą, czujniki te umożliwiają niezawodne pozycjonowanie nawet podczas ciągłej-pracy na zewnątrz na duże odległości.

Wydajność nawigacji zależy od systemu ruchu

Algorytmy nawigacji określają, dokąd powinien jechać pojazd AGV, ale system ruchu określa, czy pojazd może dokładnie podążać zaplanowaną trasą.

W zautomatyzowanych portach pojazdy AGV i autonomiczne ciągniki holownicze działają w trudnych warunkach, które obejmują duże ładunki, ciągłą pracę, narażenie na mgłę solną oraz częste przyspieszanie i zwalnianie. W tych warunkach dokładność sterowania, rozdzielczość enkodera i reakcja serwomechanizmu bezpośrednio wpływają na powtarzalność pozycjonowania.

Plutools opracowuje zintegrowane rozwiązania ruchowe dla pojazdów AGV, AMR, autonomicznych ciągników holowniczych i przemysłowych robotów mobilnych. Portfolio produktów firmy obejmuje koła napędowe AGV, zespoły napędowe układu kierowniczego, serwomotory niskiego napięcia, serwonapędy i zintegrowane systemy sterowania.

Zaprojektowane do wymagających zastosowań wewnątrz i na zewnątrz, rozwiązania kół napędowych Plutools łączą sterowanie, jazdę, hamowanie i-informacje zwrotne o wysokiej rozdzielczości w kompaktowych zespołach, pomagając poprawić stabilność pojazdu, dokładność śledzenia ścieżki i ogólną wydajność nawigacji w zautomatyzowanych portach i innych środowiskach przemysłowych.

Wniosek

Technologia nawigacji AGV na świeżym powietrzu stale ewoluuje, ponieważ zautomatyzowane porty wymagają wyższej wydajności i większej niezawodności operacyjnej.

Nawigacja laserowa zapewnia wyjątkową precyzję, DGPS umożliwia efektywne wdrażanie-na dużych obszarach, FROG udowodniła swoją wartość w zautomatyzowanych terminalach kontenerowych, podczas gdy zintegrowana nawigacja inercyjna łączy dokładność na poziomie centymetra- z niższymi wymaganiami dotyczącymi infrastruktury i doskonałymi możliwościami adaptacji na zewnątrz.

W miarę ciągłego doskonalenia technologii czujników, algorytmów sztucznej inteligencji, pozycjonowania RTK i inteligentnych systemów ruchu, fuzja wielu-czujników pozostanie głównym podejściem w przypadku zewnętrznych pojazdów AGV-zewnętrznych, wspierając bezpieczniejsze, inteligentniejsze i wydajniejsze zautomatyzowane operacje portów.