CONCEPT RAPPORT E NKELSTUKSPRODUCT 2: AGV
29/5/15 WH29.b.2
ELON HENDRIKSEN FINN KRIJGER CAS HILLENIUS JAAP HEEMSKERK JASPER HOP WALTER HEEMSKERK THIJS HOOFTMAN
Introductie
3
Navigatie Gestelde eisen aan het navigatiesysteem De verschillende concepten Concept 1 Concept 2 Concept 3 Keuzegeneratie
4 4 4 4 4 5 6
Besturing en Aandrijving Keuzegeneratie Conceptkeuze
7 7 7
Dock Oplossingen Carrousel Conceptschets Kosten Conclusie
8 9 12 12 12 Error! Bookmark not defined.
2
INTRODUCTIE In dit rapport wordt uiteen gezet hoe het ontwerp team aan zijn uiteindelijke concept is gekomen. Door verschillende tabellen en technieken te gebruiken zijn op een structurele wijze de beste oplossingen voor de gestelde eisen gekozen.
3
NAVIGATIE GESTELDE EISEN AAN HET NAVIGATIESYSTEEM 1. Het navigatiesysteem bepaalt zelfstandig de route van de AGV naar verschillende locaties in het magazijn 2. Het navigatiesysteem zorgt ervoor dat de AGV in geen geval andere objecten raakt. 3. Het navigatiesysteem zorgt ervoor dat de AGV de snelste route naar de eindlocatie neemt. 4. Het navigatiesysteem is in combinatie met de andere onderdelen terug te verdienen binnen vijf jaar. 5. Het navigatiesysteem moet voor efficiënte samenwerking met de andere AGV’s zorgen.
DE VERSCHILLENDE CONCEPTEN Verschillende technieken voor geleiding, communicatie, control en veiligheid zijn te combineren tot concepten. De projectgroep heeft drie combinaties gemaakt welke met elkaar vergeleken zullen worden. Hierbij is gelet op compatibiliteit efficiënte samenwerking van de technieken onderling.
CONCEPT 1 Free range met laser navigatie, accumulative blocking, en radiocommunicatie Dit concept is volledig gericht op een dynamisch AGV systeem creëren, dat zichzelf aan kan passen en zeer snel en efficiënt werkt. Het is mogelijk at duurder dan een fixed pathing systeem. Er is gekozen voor free range omdat deze de mogelijkheid bied voor AGVs langs elkaar te werken en er geen moeite gedaan hoeft te worden als de paths veranderd moeten worden. Laser navigatie omdat deze het meest toepasselijk is op free-range systemen. Accumulative blocking om het meeste uit de free-range mogelijkheden te halen en de AGVs elkaar zo min mogelijk laten hinderen. Radio communicatie omdat deze het meest toepasselijk is op freerange systemen.
CONCEPT 2 Fixed pathing met magnetische tape, zone blocking, en infraroodcommunicatie Dit concept is gericht op betrouwbaarheid door het volgen van vast gelegde paths, al zijn deze paths wel te verleggen. Het is goedkoper dan free range systemen. Er is gekozen voor fixed pathing omdat dit goedkoper is maar toch aan de eisen voldoet, en bovendien minder rekencapaciteit vraagt van de systeemcomputers. Magnetische tape omdat deze makkelijk te verleggen is, en niet belemmerd word door vlekken of vuil, al is het iets duurder. Zone blocking omdat dit meer toepasselijk is op fixed path AGVs, en het systeem simpel houdt. Infraroodcommunicatie omdat dit betrouwbaar en goedkoop is, al limiteert het de mogelijke communicatieperiodes.
4
CONCEPT 3 Fixed pathing met spanningsdraad onder het oppervlak, zone blocking en inductive loopscommunicatie Het voordeel van een spanningsdraad onder de vloer is de betrouwbaarheid van dit systeem. Er zijn minder sensors betrokken en onderdelen waar storingen kunnen plaatsvinden, het geheel is redelijk mechanisch. Het nadeel is uiteraard dat de vloer open moet. Wanneer er geen drastische verandering van de layout wordt verwacht is dit echter een goede investering. Wanneer de AGV data verzamelt a.d.h.v. wielrotatie en sturing is een egale vloer praktisch om storingen te voorkomen. De egale vloer blijft behouden door de draad onder de vloer aan te brengen in plaats van daarop. Wanneer de vloer toch al open gaat is inductive loops-communicatie een goede optie voor de communicatie. Updates vinden niet continu plaats, maar daar waar draden zijn geplaatst. De AGV wordt per zone geblokt, gezien er alleen op de draad gereden kan worden en ‘elkaar tegenkomen’ daardoor extra onpraktisch is. In onderstaand morfologisch overzicht zijn de concepten overzichtelijk via lijnen aangegeven. Hierbij worden alle technieken genoemd en alle mogelijk combinaties inzichtelijk. Concept 1: Oranje lijn Concept 2: Blauwe lijn Concept 3: Zwarte lijn
Figuur 1 - Morfologisch overzicht
5
KEUZEGENERATIE
1. ZELFSTANDIGE ROUTEBEPALING 2. ANDERE OBJECTEN NIET RAKEN 3. SNELSTE ROUTE 4. TERUGVERDIENTIJD 5. EFFICIËNTE SAMENWERKING
CONCEPT 1 (LASER, ACC. BLOCKING, RF-COMM.)
CONCEPT 2 (MAGN. TAPE, ZONE BLOCKING, IRCOMM.)
Ja
Ja
CONCEPT 3 (DRAAD ONDER OPP., ZONE BLOCKING, IND. LOOPS) Ja
Ja
Ja
Ja
Ja Nee Ja
Nee Ja Redelijk
Nee Ja Redelijk
Duidelijk wordt dat concept 1 technisch een erg goed systeem is. Echter, deze valt niet terug te verdienen. Dit komt doordat het magazijn waarin de AGV werkzaam zal zijn veel te klein is om dit systeem rendabel te maken. Wanneer er meer AGV’s rond zouden rijden zouden de voordelen van dit systeem het winstgevend maken. Concept 2 en concept 3 hebben ongeveer dezelfde eigenschappen. Aandachtspunten zijn: 1. Draad op de vloer kan betrouwbaarheid van het navigatiesysteem in de weg staan, doordat de meting van wielrotatie verstoord kan worden. (zie punt 4 voor oplossing) 2. Draad onder de vloer vereist het openbreken van de vloer wat de kostprijs erg omhoog zal drijven. Dit is het geval bij aanleg en bij wijziging van het pad. 3. Beide concepten maken gebruik van zone blocking. Dit is minder efficïent dan accumulatieve blocking, maar is in mindere mate van belang gezien weinig AGV’s zullen rondrijden in het magazijn. 4. Concept 2 maakt gebruik van Infrarood communicatie. Dit is betrouwbaar en vangt op die manier het probleem met wielrotatie op van de draad op de vloer. 5. Concept 3 maakt gebruik van Inductive Loops, welke zich ook onder het oppervlak zullen bevinden. Dit is eveneens betrouwbaar en is gekozen vanwege de goede combinatie met een spanningsdraad onder het oppervlak. 6. Concept 3 is betrouwbaar vanwege de mechanische onderdelen die niet snel tot storing zullen leiden Het voordeel van concept 2 is hiermee de lagere investeringskosten. Het voordeel van concept drie is de betrouwbaarheid van het systeem. Vanwege het kleine aantal AGV’s dat rondrijdt zal toch eerder gekozen worden voor reparatie bij storing dan het aanschaffen van een duurder systeem. Verder zal bij het elektrische gedeelte van de AGV extra veel aandacht aan betrouwbaarheid gegeven moeten worden. Dit zal naar verwachting minder geld kosten dan het aanleggen van een draad onder de vloer in een relatief klein magazijn. Om deze reden wordt concept 2 gekozen als navigatiesysteem dat geïmplementeerd zal worden in het AGV-systeem.
6
BESTURING EN AANDRIJVING Eisen die moeten worden gesteld aan de aandrijf- en stuurinrichting van de AGV. - De draaicirkel van de AGV moet klein genoeg zijn om zonder problemen door de stellages van het pand te rijden. - De wielen moeten een lange levensduur hebben om onderhoudskosten zo laag mogelijk te houden. - De prijs moet onder de 10.000 euro zitten om de aanschaf prijs van de AGV zo laag mogelijk te houden. - De wielen mogen niet storingsgevoelig zijn. - Om de AGV zo efficiënt mogelijk te kunnen laten werken is het wenselijk dat de AGV om zijn eigen as kan draaien. - In verband met het vervoeren van kostbare spullen op hoge hoogtes is het wenselijk de AGV zo stabiel mogelijk te ondersteunen op zijn wielen.
KEUZEGENERATIE
Draaicirkel klein genoeg voorstellages Slijtvast Prijs < €10.000 Niet storingsgevoelig AGV moet om zijn eigen as kunnen draaien Stabiliteit van de AGV moet optimaal zijn
Conventioneel Ja
Mecanum wiel Ja
Electro+ hydraulisch Ja
Drie wieler
Ja Ja Ja Nee
Ja Ja Ja Ja
Ja Ja Ja Nee
Ja Ja Ja Ja
Ja
Ja
Ja
Nee
Ja
CONCEPTKEUZE Uit de bovenstaande tabel blijkt dat het concept met het mecanum wiel het meest geschikt is voor ons totaal concept. Dit omdat hij op alle fronten aan de eisen voldoet.
7
DOCK Steeds meer auto´s zijn tegenwoordig met een elektromotor uitgerust. De energieopslag vind in dat geval in een accu plaats. De accu kan bij de speciaal daarvoor aangewezen oplaadpunten worden opgeladen. Het laden van een accu neemt helaas enige tijd in beslag. Omdat auto´s een groot deel van de tijd stil staan is dat meestal geen probleem. Wanneer een grote actieradius gewenst is bied een extra brandstofmotor een oplossing. De brandstofmotor wordt gestart bij het leegraken van de accu. Accu´s zijn ongeschikt wanneer een auto continu in gebruik is. Het verwisselen van de accu´s gaat moeilijk vanwege het hoge gewicht.
Figuur 2 Foto: ANWB
Het verwisselen van een fietsaccu is stukken eenvoudiger door het lage gewicht. Toch hoeft de accu voor het laden niet uit de fiets te worden genomen. Het laden vind via de speciale aansluiting op de fiets plaats. Wanneer de accu onderweg leeg raakt kan de bestemming op eigen kracht worden bereikt. Figuur 3 Afbeelding: Stormerbike
Elke auto heeft een kleine accu onder de motorkap. Deze accu wordt automatisch opgeladen door een dynamo die op een brandstofmotor aangesloten is. De accu wordt alleen vervangen wanneer deze defect is. Het defect treed meestal pas op wanneer deze intensief is gebruikt. De accu is door de kleine omvang door een persoon te tillen. Voor het vervangen is enige vakkennis vereist.
Figuur 4 Foto: Autoaccushop
8
Figuur 5: foto: ToolsXL
Voor het laden van auto-accu’s zijn vele soorten apparatuur verkrijgbaar. De lader wordt aangesloten op het net waarna een omvormer voor de juiste spanning zorgt. Deze rode en zwarte klem (+ en -) worden op de polen van de accu gezet. Binnen een uur of vier uur kan de accu al helemaal geladen zijn.
OPLOSSINGEN In de accu van de AGV is helaas geen oneindige energieopslag mogelijk. Na enige tijd zal de accu leeg raken. Het is noodzakelijk om in de energie behoefte te voorzien. In het volgende schema worden een aantal oplossingen voor de lege accu´s gegeven. Er kan onderscheid worden gemaakt tussen de oplossingen voor het verwisselen van accu´s of doormiddel van laadstations. Voor het concept wordt een keuze gemaakt uit een van deze mogelijkheden.
9
Laadstations
AGV rijd naar laadstation en sluit daar automatisch op aan. De accu heeft enige tijd nodig om op te laden.
Het magazijnpersoneel sluit de AGV handmatig aan op het net. De accu heeft enige tijd nodig om op te laden.
Het tanken van waterstof. De waterstof wordt in een brandstofcel van de AGV in elektriciteit omgezet. Vervolgens word hiermee de elektromotor aangedreven.
Het tanken van aardgas is ook een van de mogelijkheden. De AGV stoot alleen CO2 uit.
Accu verwisselen
De AGV rijd naar de lopende band. De volle accu rolt de AGV op en duwt het lege exemplaar weg.
Een robotarm verwijderd de lege accu en plaats daarna een volle.
De AGV rijd naar het wisselstation. Een hydraulische cilinder duwt de lege accu weg. Een andere cilinder duwt de volle accu op de AGV.
De accu´s handmatig verwisselen. De lege accu wordt op de carousel geplaatst. De carousel draaid een paar graden. Een geladen accu wordt vervolgens op de AGV gezet.
10
Laadstations
Volle accu/tank binnen 5 minuten
Voldoet aan NENnormen
Voorziet in elektriciteitbehoefte.
Binnen vijf jaar terugverdiend.
Geen schade aan lading mogelijk
Samenwerken met AGV’s
Systeem voor ontvangen informatie AGV’s
Compact gebruikt maximaal 10 m2 vloeroppervlak
nee
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
nee
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
nee
ja
nee
nee
ja
ja
nee
ja
ja
nee
ja
nee
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
nee
ja
ja
ja
nee
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
nee
nee
nee
ja
nee
nee
nee
nee
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
ja
11
CARROUSEL De carrousel lijkt aan alle eisen te voldoen. Voor het verwisselen van de accu’s is een special constructie bedacht. De AGV rijd met de bijna lege accu tussen twee carrousels waarna deze tot stilstand komt. In de ene carrousel liggen geladen accu’s opgeslagen. Een hydraulische cilinder duwt de geladen accu in de AGV. De lege accu word hierdoor weggedrukt en verlaat de AGV aan de andere zijde. De lege accu komt in de andere carrousel terecht.
CONCEPTSCHETS Omdat het laden van een accu minimaal 4 uur in beslag neemt is het handig dat er meerdere accu’s op het laadstation kunnen worden geplaats. Er is om die manier altijd een opgeladen accu beschikbaar. Een hydraulische cilinder duwt de accu uit de AGV op een lopende band. Hier wordt de accu opgeladen. De andere cilinder kan de geladen accu aan het einde van de band terugplaatsen in de AGV. Tussen het laden en lossen rijd de AGV een paar meter op een noodaccu.
KOSTEN Het is niet eenvoudig om een schatting van de kostprijs te maken. Het ontwerp zal namelijk nog moeten worden gedetailleerd. Het bedrijf 123Rollenbaan rekent voor dergelijke ronde productielijnen rond de €2000,-. Omdat de carrousel een innovatief product is kan de prijs het tienvoudige zijn.
12
OVERZICHT FUNCTIE-EISEN Onderstaande tabellen tonen of de verschillende functies aan de eisen voldoen.
HEFFEN Hieronder een overzicht van de eisen die gesteld worden aan het hefmechanisme:
Hoogte 4 [m]: kan een hoogte van 4 meter worden bereikt Limiet min. Hoogte: is er een limiet voor de minimale hoogte Ruimte buiten AGV: is er buiten de perimeter van de AGV ruimte nodig voor het systeem Veiligheidsrisico: is er bij uitval van de AGV een risico dat de lading neerkomt Stabiliteit: is de constructie stabiel op hoogte
EISEN HOOGTE 4 [M] LIMIET MIN. HOOGTE RUIMTE BUITEN AGV VEILIGHEIDSRISICO STABILITEIT
SCHAAR Ja Ja
CILINDER Nee Ja
VORKLIFTSYSTEEM Ja Nee
Nee
Ja
Ja
Nee Ja
Ja Nee
Nee Nee
LADEN EN LOSSEN Hieronder een overzicht van de eisen die gesteld worden aan het laad- en lossysteem:
Gewicht: moet minimaal 300 [kg] kunnen dragen Hoogtelimiet: is er een hoogtelimiet waarop dit systeem kan functioneren Ruimte buiten AGV: heeft het laad- en lossysteem ruimte nodig buiten de perimeter van de AGV Continue aandrijving: moet het systeem worden aangedreven wanneer niet geladen of gelost wordt
EISEN
VORK
KLEM
ROLLERBAND EXTERN
ZUIGNAP
GEWICHT (300 [KG]) HOOGTELIMIET RUIMTE BUITEN AGV CONTINUE AANDRIJVING
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja Ja
Nee Nee
Nee Nee
Ja Ja
Nee Nee
Nee
Ja
Nee
Nee
Ja
OVERZICHT CONCEPT-EISEN Onderstaande tabel toont of de concepten aan de concept-eisen voldoen.
CONCEPT-EISEN
Maximale hoogte: moet minimaal 4 [m] kunnen bereiken Gewicht: moet minimaal 300 [kg] kunnen dragen Limiet minimale hoogte: is er een limiet voor de minimale hoogte
13
Ruimte buiten AGV: is er ruimte buiten de perimeter van de AGV nodig Veiligheidsrisico: is er bij uitval van de AGV een risico dat de lading neerkomt Stabiliteit: is de constructie stabiel op hoogte Continue aandrijving: moet het systeem worden aangedreven wanneer niet geladen of gelost wordt
TABEL EISEN MAXIMALE HOOGTE
GEWICHT LIMIET MINIMALE HOOGTE RUIMTE BUITEN AGV VEILIGHEIDSRISICO STABILITEIT CONTINUE AANDRIJVING
CONCEPT 1 Ja
CONCEPT 2 Nee
CONCEPT 3 Ja
CONCEPT 4 Ja
Nee Nee Ja Nee
Ja Ja Nee Nee
Nee Ja Ja Ja
Ja Nee Nee Ja
Ja Ja
Ja Nee
Ja Ja
Ja Nee
14
