Fusion of inertial data in industrial Automated Guided Vehicles

Abstract

Veículos guiados automaticamente são um factor chave na otimização do transporte de materiais no setor industrial. O interesse destes veículos está diretamente relacionado com a sua capacidade de transportar cargas pesadas entre as diferentes etapas de uma linha de montagem, de modo repetitivo, e exigindo uma reduzida intervenção humana. A navegação destes veículos é frequentemente baseada num guiamento óptico ou magnético. No entanto, a inflexibilidade das linhas de guiamento combinada com a sua deterioração ao longo do tempo, promove o desenvolvimento de métodos alternativos ou complementares para a navegação destes veículos. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver e validar um sistema de guiamento inercial, composto por acelerómetros e giroscópios, para complementar um sistema de guiamento magnético existente. O sistema guiado inercialmente deve ser capaz de orientar o veículo, permitindo a sua navegação ao longo de caminhos em linha reta nos quais a banda magnética não está presente. Para concretizar esta tarefa, o projeto e a assemblagem de um sistema de aquisição de dados inerciais é primeiramente realizado, seguindo-se um estudo de algoritmos de fusão sensorial bem como da sua implementação em sistemas embebidos. Os algoritmos de fusão mais precisos e normalmente escolhidos para fundir as medições dos sensores e mitigar erros existentes são computacionalmente pesados, exigindo uma grande capacidade computacional o que é incompatível com dispositivos de baixo custo. Deste modo, este trabalho foca-se em abordagens de fusão sensorial de baixa complexidade, capazes de fundir a informação de sensores inerciais de baixo custo e que possam ser implementados em sistemas embebidos com baixa capacidade computacional. Os resultados demonstram que o sistema de guiamento inercial permite emular adequadamente o comportamento do sistema de guiamento magnético existente, para caminhos em linha reta. Este trabalho faz parte do projeto AGVPOSYS (em inglês, Automated Guided Vehicle with innovative indoor POsitioning SYStem for the factory of the future) liderado pela empresa Active Space Technologies e foi realizado nas instalações desta mesma empresa.

Automated guided vehicles are a key factor in the optimization of the transportation of materials in the industry sector. The interest of these vehicles is directly related with their capability of carrying heavy loads among the different steps of an assembly line, repetitively, while demanding a reduced human intervention. The navigation of these vehicles is often based on optical or magnetic guidance. However, the inflexibility of guidelines combined with its deterioration over time leads to the development of alternative or complementary methods of navigation for these vehicles. The main objective of this work is to develop and validate an inertial-based guidance system, composed of accelerometers and gyroscopes, in order to complement an existing magnetic-based guidance system. The inertial-based guided system should be capable of guiding the vehicle, allowing its navigation along straight paths in which the magnetic tape is not available. For this task, the design and assembly of an inertial data acquisition system is firstly performed, followed by a study of sensor fusion algorithms as well as their implementation in embedded systems. Standard accurate fusion algorithms implemented to merge sensor measurements and mitigate existing errors are computationally intensive, demanding an high computational capability which is incompatible with low-cost devices. Therefore, this work focus on low-complexity fusion filter approaches, which are capable of merging low-cost inertial sensors data and which can be implemented in embedded systems with low-computational capabilities. The results demonstrate that the inertial-based guidance system properly emulate the behaviour of the magnetic-guided system, for straight paths. This work is included in the AGVPOSYS (Automated Guided Vehicle with innovative indoor POsitioning SYStem for the factory of the future) project led by the company Active Space Technologies and was developed in the facilities of this company.