Autonomisen liikkuvan koneen teknologiat Hannu Mäkelä Navitec Systems Oy
Autonomisuuden edellytykset itsenäinen toiminta ympäristön havainnointi ja mittaus liikkuminen ja paikannus toiminta mittausten perusteella, myös varsinaisen työtehtävän suorittaminen järkevä reagointi odottamattomiin tilanteisiin turvallisuus koneen itsensä ja ympäristön osalta
Miksi autonomisia koneita? työturvallisuus, esim. kaivoksissa koneiden parempi käyttöaste koneiden parempi kestävyys työn tehokkaampi järjestäminen useiden koneiden tapauksessa = parempi prosessin hallinta
Ympäristön havainnointi ja mittaus havainnoinnin tavoitteena: törmäysten tai vaaratilanteiden välttäminen mahdollistaa työtehtävän suoritus, esim. konttiin tarttuminen paikantaminen luonnollisten tai keinotekoisten maamerkkien avulla anturit kamerat laserskannerit tutkat ultraääni
anturitiedon tulkinta kohteiden tunnistaminen mittausdatasta kohteen sijainnin, koon tai muun ominaisuuden määrittäminen vaatii hyvin paljon laskentakapasiteettia usean erilaisen anturitiedon yhdistäminen esim. kameran ja laserskannerin tiedon yhdistäminen voi parantaa mittauksen luotettavuutta ja olosuhdesietoisuutta
Paikannus paikannus vaatii toistaiseksi sovelluskohtaista teknologiaa; ei ole olemassa kaikissa ympäristöissä ja olosuhteissa toimivaa yhtä ratkaisua ominaisuuksia: tarkkuus päivitystaajuus olosuhdesietoisuus hinta, saatavuus koneen ulkopuoliset asennustarpeet
merkintälasku matkan ja kulkusuunnan mittaus ja niistä paikan ja suunnan laskeminen suhteessa alkupaikkaan kertyvä virhe luokkaa 0.5%-2% kuljetusta matkasta inertiapaikannus mitataan koneen liikettä inertia-antureilla (gyro, kiihtyvyysanturit) riittävä tarkkuus edellyttää hyvin kalliita antureita mahdollisuus päästä muutaman metrin virheeseen tunnissa käytössä pääosin militäärisovelluksissa ja ilmailussa GPS laajasti ja edullisesti käytettävissä erilaisia tarkkuustasoja aina senttimetriluokkaan asti katvealueet suurin ongelma
pseudoliitit täydentävät GPS-paikannusta katvealueilla paikkavirhe parhaimmillaan muutamia kymmeniä senttejä laserpaikannus etäisyys ja/tai suunta tunnetuissa pisteissä oleviin heijastimiin paikka ja suunta saadaan kolmiomittauslaskulla paikannus voi toimia myös ilman heijastimia, kun tunnistetaan ympäristön luonnollisia piirteitä ja verrataan niitä tiedossa oleviin
transponderit yleensä maahan haudattuja RF-lähettimiä, jotka aktivoidaan ja havaitaan koneessa olevalla järjestelmällä - > saadaan antennin paikka suhteessa transponderiin epäherkkä säävaihteluille kamerapaikannus tunnistetaan luonnollisia tai keinotekoisia maamerkkejä ja lasketaan kameran paikka suhteessa niihin herkkyys sääolosuhteille tutkapaikannus mitataan suuntakulmia/etäisyyksiä tutkaheijastimiin, joita on sijoitettu sopiviin paikkoihin työalueelle
anturitiedon yhdistäminen (sensorifuusio) kahden tai useamman mittaustuloksen yhdistäminen esim. Kalman-suotimen avulla yleensä yhdistetään merkintälasku, joka antaa jatkuvaa suhteellista mittausta sekä jokin absoluuttipaikkaa antava menetelmä, esim. GPS
AutoMine paikannus liikkuvien autonomisten kaivoskoneiden paikannustekniikka, tuotantokäytössä useissa kaivoksissa perustuu merkintälaskun ja laserskannerimittausten yhdistämiseen koneen työympäristön seinäprofiili opetetaan ajamalla kone kerran alueen läpi automaattiajossa peruspaikannus toimii merkintälaskulla, jonka virhettä korjataan aina, kun saadaan uusi lasermittaus korjaustieto yhdistetään Kalman-suotimella lasermittaukseen perustuva paikan korjaus saadaan vertaamalla talletettua ympäristömallia mittaukseen ja laskemalla paikan ja suunnan korjaus, jolla mittaukset mahdollisimman hyvin osuvat malliin
Sisäinen diagnostiikka mitataan koneen sisäisiä suureita ja päätellään esim. huoltotarve, riski koneen rikkoutumisesta tai jo tapahtunut rikkoutuminen esim. renkaan rikkoutuminen paine-, tärinätai kallistusmittauksena säätäjä voi tarkkailla poikkeamia mittaus- ja ohjaussuureen välillä
Turvallisuus koneen ympäristössä olevat ihmiset koneiden uhka toisilleen tai ympäristölle työympäristön tulee olla suljettu alue, jossa ei liiku ihmisiä, tai kone kykenee toimimaan turvallisesti ei-suljetussa ympäristössä mm. EN1525 standardi määrittelee autonomisilta työkoneilta edellytettävät turvallisuusominaisuudet mm. ajonopeuden ja esteisiin pysähtymisen suhteen
Muut toiminnot säätötehtävät paikkasäätö rataa pitkin ohjauksen, nopeuden ja toimilaitteiden säädöt suurella nopeudella rataa pitkin liikkuvan autonomisen koneen paikkasäätö on erittäin haastavaa, edellyttää viiveiden ja koneen kinematiikan tarkkaa mallintamista kommunikointi langaton tiedonsiirto, esim. WLAN-pohjainen
Ohjausjärjestelmät nykytekniikalla koneeseen saatavissa oleva laskentateho riittää useimpiin tarpeisiin yleensä monimutkaisemmat toiminnot toteutetaan PC-pohjaisella raudalla, jossa sovellusta ajetaan reaaliaikakäyttöjärjestelmän alla, myös esim. Linux saattaa tulla kyseeseen alemman tason ohjaukset logiikoilla eri moduulit kytketty toisiinsa väylällä
Sovellukset
Kaivokset
Satamat
Tulevaisuus satamat ja kaivokset ovat lähivuosinakin potentiaalisimmat sovelluskohteet myös teollisuuden erilaiset siirtotehtävät, joihin perinteiset AGV:t eivät sovellu, ovat potentiaalinen käyttökohde sovellusalueen laajentaminen ja toiminta eisuljetuilla alueilla edellyttää vielä kehitystyötä erityisesti anturoinnin ja ohjausohjelmistojen suhteen