AUTOMATED GUIDED VEHICLE WH 28 C

10-6-2011

WH 28 C1

AUTOMATED GUIDED VEHICLE

Vincent Bakhuizen Robbert Corvers Wouter de Koning Paul Moll Maarten van Renswoude Eric Tol Bram Voorham

WH28 C1 AGV

10095381 10095918 08088802 09095705 10079629 09094806 10047492

15

Samenvatting De ontwerpopdracht bestond uit het ontwerpen van een Automated Ground Vehicle. Dit is een voertuig welke zelfstandig rondrijd en lading kan laden en lossen. Hiermee is het voertuig uitstekend in te zetten in een geautomatiseerd proces om onderdelen naar een productielijn te brengen en producten van de productielijn naar een magazijn te vervoeren. De projectgroep heeft 5 concepten opgesteld en uiteinderlijk het beste concept uitgewerkt. Bij concept A (Simpel) wordt de aandrijflijn simpel en standaard gehouden,met een riemoverbrenging en een gelijkstroom die wordt gevoed door lood-gelaccu’s. De sturing gaat door middel van draadgeleiding in de vloer, met lasers als beveiliging. De AGV kan laden en lossen met behulp van een kriksysteem met rollen. Bij concept B (Realistisch) zorgt een asynchrone draaistroommotor met tandwieloverbrengingen voor de aandrijving. De benodigde energie wordt geleverd door loodaccu’s. De AGV is een driewieler die gestuurd wordt door lichtsensoren, met tast en ultrasoonsensoren voor de botsbeveiliging. Laden en lossen gaat door middel van een hydraulisch hefsysteem met een kantelbare tafel. Concept C (Betrouwbaar) is een AGV welke tegen een stootje kan en gebruikmaakt van cardanassen om het koppel van de borstelloze motor naar het aandrijfwiel over te brengen. Lood-gel accu’s leveren de benodigde energie. De AGV is een driewielermet zijwieltjes voor extra stabiliteit en wordt gestuurd door draadgeleiding in de vloer. Het laden en lossen gebeurt met behulp van een vorksysteem op een schaarlift. In concept D (High-tech) zorgt een gelijkstroom elektromotor welke gevoed wordt door lithiumionpolymeeraccu’s voor de aandrijving. De aandrijving is hydraulisch, zodat dit gecombineerd kan worden met het laad-lossysteem, een platform met hydraulische cilinders en robotarm. Sturing gebeurt door middel van lasergeleiding. Concept E (Efficient) maakt gebruik van een tandwieloverbrenging en een borstelloze motor gevoed door lood-gelaccu’s voor de aandrijving. De AGV is een driewieler met volrubber banden en lasersturing. Infraroodsensoren en botssensoren dragen zorg voor de beveiliging.Het laad en lossysteem is een trekarm met rollen. Uiteindelijk heeft de projectgroep ervoor gekozen om concept E uit te werken. De belangrijkste opgave was de AGV zo te dimensioneren dat deze daadwerkelijk het productieproces versnelt en logistiek goed toepasbaar is. Met het innovatieve laad/lossysteem kunnen er snel pallets met een zware last verplaatst worden naar de juiste bestemming. Dit AGV is breed toepasbaar doordat het de mogelijkheid heeft pallets zowel op als af een stelling of lopende band te plaatsen en de lasersturing. Daarnaast zorgen de snel uitwisselbare accu’s in een laadstraat voor een continu draaiende AGV.

WH28 C1 AGV

1

Management samenvatting De ontwerpopdracht bestond uit het ontwerpen van een Automated Guided Vehicle. Dit is een voertuig welke zelfstandig rondrijd en lading kan laden en lossen. Hiermee is het voertuig uitstekend in te zetten in een geautomatiseerd proces om onderdelen naar een productielijn te brengen en producten van de productielijn naar een magazijn te vervoeren. De projectgroep heeft 5 concepten opgesteld en uiteindelijk het beste concept uitgewerkt. Verder is het gelukt om een compacte lichte AGV te ontwerpen. De accu’s en de elektromotoren wegen allemaal relatief weinig ten opzichte van de last die vervoerd moest worden. . Verder is de te vervoeren last ook het gene wat het grootst is en zo dus de meeste ruimte inneemt. De accu’s zijn simpel in gebruik en makkelijk op te laden. Hier is bewust voor gekozen zodat de rest van de AGV hier geen hinder van zou ondervinden. Verder zijn alle onderdelen relatief makkelijk toegankelijk. Hierdoor kan er snel onderhoud gepleegd worden of reparaties worden uitgevoerd. Het feit dat er dus gekozen is voor een compacte AGV scheelt dit in de materiaalkosten. Ook wordt er gebruik gemaakt van staal en niet van aluminium of roest vast staal wat allemaal duurder is. Waar het meest op bespaard wordt is dat wij accu’s gebruiken die weinig onderhoud vereisen en waar de inkoopkosten laag van zijn. Waar kosten op verloren worden is het feit dat om de vier uur de accu’s vervangen moeten worden. Er zijn namelijk accu’s die veel langer mee gaan, maar meer onderhoud vereisen of simpel weg in de aanschaf duurder zijn. Waar echter wel veel geld in gaat zitten is het laad/lossysteem. Dit systeem is met de hand ontwikkeld dus er zal een aparte productielijn voor moeten worden ontworpen. Veel van de onderdelen zijn standaard te bestellen maar er zijn ook onderdelen die zelf ontworpen zijn. Deze onderdelen zullen die of met de hand gefabriceerd moeten worden of mallen voor moeten worden ontworpen. Er is echter gebleken dat al deze kosten niet afwegen tegen de opbrengsten die de AGV leveren voor de productielijn waar deze ingezet zal worden. Deze AGV is zo flexibel dat hij in korte tijd snel ingezet kan worden in een ander deel van de productielijn waar dit nodig is. Na aanleiding van het eindrapport kan er geconcludeerd worden dat bij het ontwerpen van een AGV veel komt kijken. Van het ontwerpen van een frame tot het dimensioneren van een elektromotor. De belangrijkste opgave was de AGV een dergelijke functie te geven dat deze ook daadwerkelijk de productieproces versnelt en het er voor zorgt dat de man uren afnemen. Er kan geconcludeerd worden dat dit ook van toepassing is. Met het innovatieve laad/lossysteem kan er snel pallets met een zware last verplaatst worden naar de juiste bestemming. Dit laad/lossysteem is Multi toepasbaar door dat het zowel pallets uit een stelling kan wegnemen als pallets op verschillende lopende banden plaatsen. Al deze onderdelen zorgen voor een nette en goed uitgeruste AGV.

WH28 C1 AGV

2

Voorwoord Dit eindverslag is tot stand gekomen naar aanleiding van het project ‘enkelstuksproduct’. In dit project wordt er een AGV, Automated Ground Vehicle, ontworpen. Het project komt tot stand door de opdracht van de Haagse Hogeschool om een product te ontwerpen en is gericht op het methodisch ontwerpen. Dit verslag weergeeft het hele ontwerpproces richting het aanbevolen concept voor een AGV. Verder willen wij dhr. A. Vlught en dhr. H. Jongh Swemer bedanken voor de ondersteuning en begeleiding bij dit project. Delft, Juni 2011

Vincent Bakhuizen Robbert Corvers Wouter de Koning Paul Moll Maarten van Renswoude Eric Tol Bram Voorham

WH28 C1 AGV

10095381 10095918 08088802 09095705 10079629 09094806 10047492

3

Inhoud

1 Eisen en randvoorwaarden

blz. 7

1.1 Pakket van Eisen en Wensen

2 Functies

blz. 7

blz. 8

2.1 Functie analyse

blz. 8

2.2 Achtergronden

blz. 9

2.2.1 Aandrijving

blz. 9

2.2.2 Electromotor

blz. 11

2.2.3 Accu

blz. 12

2.2.4 Wielconfiguratie

blz. 13

2.2.5 Frame

blz. 15

2.2.6 Wielen

blz. 17

2.2.7 Aansturing

blz. 18

2.2.8 Sensoren

blz. 18

2.2.9 Hefsysteem

blz. 23

2.2.10 Rem

blz. 26

2.2.11 Laad- / Lossysteem

blz. 27

3 Morfologisch overzicht

WH28 C1 AGV

blz. 30

4

4 Conceptkeuze 4.1 Concepten

blz. 31 blz. 31

4.1.1 Concept A

blz. 31

4.1.2 Concept B

blz. 32

4.1.3 Concept C

blz. 34

4.1.4 Concept D

blz. 37

4.1.4 Concept E

blz. 39

4.2 concepten analyse

blz. 43

4.3 conceptkeuze

blz. 46

5 De AGV

blz. 47

5.1 Krachten en sterkteberekeningen

blz. 47

5.1.1 Frame

blz. 47

5.1.2 Lagers

blz. 51

5.2 Berekeningen aandrijving en sturing

blz. 53

5.2.1 Motor

blz. 53

5.2.2 Sturing

blz. 54

5.2.3 Assen

blz. 55

5.3 Berekeningen energievoorziening

blz. 56

5.4 Regeling elektronische componenten

blz. 58

6 Logistiek

blz. 65

6.1 Laad- / Lossysteem

blz. 65

6.2 Layout van de Fabriek

blz. 68

WH28 C1 AGV

5

7. Kosten

blz. 69

8. Conclusie

blz. 70

Bronnen Bijlagen

WH28 C1 AGV

6

1. Eisen en randvoorwaarden 1.1 Pakket van Eisen en Wensen Harde eisen -

De AGV dient elektrisch aangedreven te zijn

-

De voeding is opgeslagen in de accu batterij van het voertuig.

-

De accu dient opgeladen te worden op het algemene elektriciteitsnet

-

De AGV dient te beschikken over een eenvoudig uitwisselbare accubak

-

Het laadvermogen dient 1000kg te zijn

-

De AGV moet in staat zijn om volumecontainers met een grootte van L800*B600*H200 mm te dragen

-

De AGV dient automatisch stuurbaar te zijn, dus de draagkracht van het stuurwiel moet groter zijn dan de draagkracht van de steunwielen.

-

De AGV dient stabiel te zijn en dus niet om te slaan in de bochten

Europese normen -

Er moet een bescherming aanwezig zijn in de bewegingsrichting volgens categorie 3 van de EN954-1 norm binnen Europa Noodstop aanwezig op het AGV die voldoet aan categorie 0 van de EN418 norm en aan de categorie 3 van EN954-1 binnen Europa Het AGV moet voldoen aan de machine-eisen volgens 98/37/EC Het AGV moet voldoen aan de EMC gericht 89/336/EEC wat betreft de elektromagnetische straling. Mocht het AGV werken op een gelijkspanning van boven de 75 volt, dan moet het AGV voldoen aan de laagspanningsnormen LVD Richting 73/23/EEC Er is ook een type C-standard dat normaal wordt gebruikt. Namelijk de EN1525 “Veiligheid van industriële trucks – Bestuurdersloze trucks en hun systemen”

Zachte Eisen -

De prijs per AGV zo laag mogelijk houden Zo min mogelijk onderdelen zodat de machine zo simpel mogelijk blijft De AGV dient 4 uur bedrijfszeker te zijn, oftewel hij dient minstens 4 uur rond te kunnen rijden op zijn eigen kracht.

WH28 C1 AGV

7

2. Functies 2.1 Functie analyse Om een morfologische kaart te kunnen maken dient men eerst eens grondig naar het te ontwerpen apparaat te kijken, wat zijn belangrijke functies? Waarbij dienen er gegronde keuzes gemaakt te worden? Welke keuzes zijn dat? Hieronder een opsomming van de functies welke in het morfologische overzicht opgenomen dienen te worden met uitleg erbij waarom dat zo is. Aandrijven De functie van aandrijving is vrij belangrijk voor de AGV, want deze dient op eigen kracht ergens heen te rijden. Daarnaast is ook een vrij groot deel van het ontwerp afhankelijk van hoe men het voertuig aandrijft. Vandaar dat deze opgenomen dient te worden in het morfologische overzicht. Electromotor Er dient gekeken te worden naar welke motor het best past bij onze eisen en wensen. Daarnaast dient deze motor natuurlijk ook te passen in de rest van het ontwerp, vandaar dat deze ook in het overzicht is opgenomen. Voeding De AGV dient van energie voorzien te worden, in dit geval door accu’s. Echter bestaan er verscheidene soorten accu’s welke toegepast kunnen worden. Gekeken dient te worden naar het vermogen van de accu, de voordelen en de nadelen. Omdat de levensduur van de AGV mede afhankelijk is van de accu’s zijn deze opgenomen in het overzicht. Opbouw van de AGV De wielconfiguratie zorgt voor een groot deel van het ontwerp want het is een grote factor voor het uiteindelijke ontwerp. Bij iedere wielconfiguratie kunnen de onderdelen wellicht op een andere plek beter tot hun recht komen, vandaar dat deze ook hierin is opgenomen Ophanging Alle onderdelen van de AGV dienen te worden ondersteund door een frame, omdat hier ook verschillende mogelijkheden voor zijn welke ieder hun eigen voor- en nadelen hebben dient deze functie opgenomen te worden in het morfologisch overzicht. Draagkracht Om de AGV te kunnen dragen dienen er wielen gekozen te worden, hiervoor zijn verscheidene mogelijkheden welke ieder zo zijn voor- en nadelen hebben, daarnaast geldt ook dat de keuze hiervan afhangt van de overige delen van de AGV en de omgeving. Vandaar dat het handig is om deze gelijk mee te nemen in het overzicht om zo gelijk de wielen op het ontwerp af te stemmen.

WH28 C1 AGV

8

Sturing Een belangrijk deel van een AGV is de sturing, want de AGV dient wel goed zelfstandig te kunnen rijden. Hiervoor zijn enkele systemen mogelijk en hieruit dient een keuze gemaakt te worden, natuurlijk hangt deze keuze wederom samen met enkele andere aspecten uit dit morfologische overzicht.

Automatische besturing Om de AGV automatisch te kunnen laten rijden zijn er sensoren nodig. Naast de sturing dient de AGV zelf zijn omgeving in de gaten te houden om botsingen te voorkomen, hiervoor kunnen enkele soorten sensoren worden gebruikt. Sommige eenvoudiger dan anderen, maar ook hier geldt weer dat de keuze hiervan afhangt van de andere aspecten van het ontwerp. Heffen De AGV zou ook nog het pakket kunnen heffen, om deze functie toe te kunnen passen is er gekeken naar verschillende systemen welke toegepast zouden kunnen worden. Dit dient ook opgenomen te worden in het morfologisch overzicht omdat deze functie, net zoals de wielconfiguratie van invloed is op het uiteindelijke ontwerp van de AGV. Remmen Een belangrijk deel van een AGV is natuurlijk de rem, want de AGV mag nergens tegen aan rijden. Omdat de mogelijkheden van een rem samenhangen met onder andere de sturing en de aandrijving dient deze ook opgenomen te worden in het morfologisch overzicht. Laden en Lossen Om een AGV optimaal te laten functioneren zal deze voorzien moeten zijn van een systeem waarmee hij zelf de lading kan laden en kan lossen. Omdat dit van grote invloed op het uiteindelijke ontwerp is en een groot deel van de indeling van de AGV hiervan afhangt is deze ook opgenomen in het morfologische overzicht.

WH28 C1 AGV

9

2.2 Achtergrond informatie Voordat men een morfologisch overzicht in elkaar kan zetten dient er eerst geinventariseerd te worden naar de mogelijkheden. Bijvoorbeeld welke sensoren kunnen er gebruikt worden voor een AGV of welke soorten accu’s zijn er beschikbaar? Om hier een goed zicht op te krijgen is voor ieder deel onderzocht wat de mogelijke opties zijn.

2.2.1 Aandrijving Tandwiel aandrijving Deze overbrenging geschiedt doordat tandwielen in elkaar grijpen. Door het aantal tanden of de grote van de tandwielen te variëren kan een bepaalde overbrenging worden gemaakt. De tandwielen staan niet altijd recht op elkaar. Een wormwiel overbrenging is een voorbeeld van een haakse tandwiel overbrenging. Ketting wiel aandrijving Deze overbrenging werkt doordat kettingwielen, verbonden door een ketting, elkaar aandrijven. Door het aantal tanden te variëren kan er een overbrenging gemaakt worden. De grote van de tanden is wel gelijk, omdat de ketting overal gelijk moet zijn. Het voordeel ten opzichte van een riem aandrijving is dat een riem kan gaan slippen en een ketting niet, mits de kettingwielen in goede conditie zijn. Cardan/as aandrijving Deze overbrenging werkt hetzelfde als een tandwiel overbrenging. De tandwielen grijpen echter niet in elkaar, maar zijn ze verbonden door een as. Riem aandrijving Werkt hetzelfde als een tandwiel aandrijving. Alleen is de ketting vervangen door een riem. Door de grote van de wielen te veranderen kan er een overbrenging gemaakt worden. Het voordeel ten opzichte van een ketting aandrijving, is dat een riem niet gesmeerd hoeft te worden.

Hydraulische aandrijving Een compressor drukt olie door leidingen naar een rotor. Deze rotor draait door de druk van de olie. Aan deze rotor kan een andere soort aandrijving zitten. WH28 C1 AGV

10

Elektrische aandrijving Wanneer stroom door een spoel geleid wordt het een magneet, kan er worden gezorgd dat er een aandrijving plaats vindt. De magneet begint te draaien door de stroom, waardoor een as begint te draaien.

2.2.2 Electromotor Gelijkstroommotor De draaiing wordt bewerkstelligd door de borstels met polen van de rotor die omgekeerd worden bij elke halve omwenteling. Dit kan ook vaker als de rotor of stator bestaat uit meer dan twee delen. De verandering van polariteit gebeurt door de commutator en de koolstofborstels. De motor zal dus blijven draaien door de veranderde stroomrichting. Een groot pluspunt van de gelijkstroommotor is dat het toerental vrij eenvoudig geregeld kan worden, dit maakt het goed geschikt voor elektrische aandrijving. Borstelloze motor Deze is te vergelijken met de gelijkstroommotor echter zitten de windingen op de behuizing of stator en de magneten op de rotor. Hierdoor zijn er geen koolstofborstels nodig. Een voordeel hiervan is dat er minder slijtage en vonkvorming ontstaat. Net zoals bij de normale gelijkstroommotor is het nog steeds nodig dat de stroom op het juiste moment van richting verandert. Zodoende kan er een koppel ontstaan. Om dit te bewerkstellen wordt er vaak gebruik gemaakt van een hall sensor. Deze meet de posities van de rotor met de magneten en stuurt daarmee de elektronica aan die de juiste polariteit op de windingen zet. Wisselstroommotor of draaistroommotor Een draaistroommotor is meestal een driefasige elektromotor maar kan ook enkelfasig zijn. De term draaistroom verwijst naar het aanleggen van draaivelden. Er worden driefasige draaivelden aangelegd dat verschilt in elektrische spanningen en stroom elke 120 graden op een driefasige wikkeling. Bij enkelfasige draaistroommotoren wordt het draaiveld opgewekt in de motor zelf. Het toerental van een draaistroommotor is recht evenredig met de frequentie van het draaiveld en ligt daardoor vast. Altijd een veelvoud van de netfrequentie 50 Hz.

WH28 C1 AGV

11

2.2.3 Accu Loodaccu Voordelen van loodaccu’s, vergeleken met andere typen accu’s, zijn: -Grote eenvoud: het elektrochemische systeem bestaat slechts uit water, zwavelzuur en lood. -Ze kunnen hoge elektrische stroom leveren, bijvoorbeeld voor startmotoren van auto's. -Relatief hoog vermogen per massa-eenheid. -Relatief goedkoop. -Gemakkelijk te recupereren. Er zijn geen ingewikkelde scheidingsprocessen nodig. De hoge spanning van ruim 2,0 volt per cel (hoger dan zink-kool, maar lager dan lithium-ion). Nadelen: -Lage energie per massa-eenheid, in de orde van 108 kJ/kg (30 Wh/kg). -Omdat de cellen in de meeste accu's een vloeibaar elektrolyt hebben, ontstaat bij overladen knalgas, een explosief mengsel van zuurstof en waterstof. -De zeer corrosieve werking van zwavelzuur. Bijna alle hedendaagse auto's gebruiken loodaccu's. Ook worden ze bijvoorbeeld gebruikt voor aandrijving in vorkheftrucks, waar het hoge gewicht (al gauw 1500 kg) nuttig gebruikt wordt als contragewicht. Dit is dan weer een interessant gegeven voor het te ontwikkelen AGV. Loodgelaccu Hoewel deze accu niet uitblinkt in zijn prestaties, liggen zijn voordelen in een geheel andere hoek. Zo is de prijs lager dan de meeste accu's. De lagere energiedichtheid is niet erg, het AGV heeft niet zoveel vermogen nodig dat de lage energiedichtheid een probleem zal vormen. De accu's kunnen tegen een stootje en zijn veilig op te laden. Ten opzichte van een normale loodaccu heeft de accu als voordeel dat hij minder zelfontlading heeft. Dit is een gewenste eigenschap aangezien de accu's van tevoren worden opgeladen en vervolgens worden opgeslagen tot deze nodig zijn in een AGV. Bovendien is deze accu onderhoudsvrij en heeft hij een lange levensduur. Lithiumionpolymeeraccu Beter bekend al de lipo-accu. De lipo-accu heeft een groot aantal voordelen, zo is het vermogen-gewicht vergelijking erg gunstig, de accu kan een groot vermogen overbrengen en weegt daar in tegen niet veel. Dit is uiteraard handig voor de AGV aangezien het gewicht evenredig staat het aan benodigde vermogen om de AGV voort te bewegen. Ook hebben deze accu's een lage interne weerstand en kunnen daardoor een hoge stroom afgeven. De laadtijd van de lipo-accu is ook erg gunstig, met de juiste lader is de accu in 1,5 uur opgeladen. De mogelijkheid om de accu's serie of parallel te schakelen is ook aanwezig.

WH28 C1 AGV

12

Lithiumionaccu Lithium-ionaccu's ("Li-ion-accu"), zijn accu's die vaak in consumentenelektronica worden gebruikt, vooral vanwege hun hoge energiedichtheid. Er kleven echter ook een paar nadelen aan dit type accu. Omdat er een regelsysteem aan gekoppeld moet zijn, is dit type accu vaak specifiek voor een apparaat gemaakt, in tegenstelling tot bijvoorbeeld nikkel-metaalhydrideaccu's (NiMH). Dit regelsysteem controleert de spanning, om te diepe ontlading te voorkomen. Diepontlading gebeurt wanneer de accu te leeg is en heeft interne beschadiging tot gevolg. Het regelsysteem zorgt ervoor dat de stroomvoorziening wordt gestopt wanneer de interne spanning te laag dreigt te worden. De lithiumionaccu dient niet te worden verward met de (niet oplaadbare) lithiumbatterij Nikkel-Cadmium Deze accu’s zijn niet echt een optie. Dit komt omdat er op aarde maar een kleine cadmiumvoorraad is, hierdoor worden deze accu’s niet op grote schaal voor de proffessionele markt geproduceerd. Echter voor de concumentenmarkt is deze accu is nog wel belangrijk, omdat het een goede prestatie levert.

2.2.4 Wielconfiguratie Het voertuig dient natuurlijk met meerdere wielen uitgerust te zijn. Deze wielen kunnen op meerdere manieren geconfigureerd worden. In de volgende tekst en schetsen worden de verschillende wielconfiguraties beschreven.

Wielen staan op vier hoeken van een vierkant. Binnen dat vierkant kan de last geplaatst worden. Vóór het vierkant wordt een stuuren aandrijfwiel geplaatst. Voordelen: Plaatsing last hoeft niet heel nauwkeurig in het midden. Als de last maar binnen de vier draagwielen ligt, is het voertuig stabiel. Hoe mooier de last echter in het midden ligt, des te beter is de kracht op de draag-wielen verdeeld. Stabiel stuursysteem. Het sturende wiel zit voorop het voertuig en volgt een pad. De andere wielen volgen vanzelf. Nadelen: Er zullen twee van de vier draagwielen moeten kunnen zwenken om bochten te kunnen maken. Het aandrijf- en stuurwiel zal geen tot weinig last dragen indien de lading midden tussen de vier wielen ligt. Voor aandrijven, sturen en remmen is er een bepaalde last op het wiel nodig. Het geniet daarom niet de voorkeur om ‘het vijfde wiel aan de wagen’ aan de buitenkant van de vier belaste wielen te laten sturen, remmen en aandrijven.

WH28 C1 AGV

13

Vier draagwielen zijn verdeeld over één as en kunnen afzonderlijk van elkaar roteren. Vóór de draag-as wordt een stuur- en aandrijfwiel geplaatst. Voordelen: Slechts één draagas met vrij roterdende wielen waardoor bestuurbaarheid goed is. Stabiel stuursysteem. Het sturende wiel zit voorop het voertuig en volgt een pad. De andere wielen volgen vanzelf. Geen zwenkwielen benodigd. Nadelen: Niet erg stabiel in bochten met hoge snelheid. Voertuig zou dan schuin naar voren kunnen kantelen als het een hoog zwaartepunt heeft. Variabele last op stuur- en aandrijfwiel door accelereren en sturen.

Twee draagwielen zijn geplaatst op één as waarop ze vrij kunnen roteren. Vóór de draag-as wordt een stuur- en aandrijfwiel geplaatst. Om kantelen in bochten tegen te gaan worden er aan de zijkant zwenkwielen geplaatst. Voordelen: Slechts één draagas met vrij roterdende wielen waardoor bestuurbaarheid goed is. Stabiel stuursysteem. Het sturende wiel zit voorop het voertuig en volgt een pad. De andere wielen volgen vanzelf. Door zijwielen stabiel in bochten. Nadelen: De last wordt door slechts twee wielen grotendeels gedragen. De kleinere zijwieltjes kunnen makkelijker blokkeren dan de grote wielen.

WH28 C1 AGV

14

Vier draagwielen zijn verdeeld over één as en kunnen afzonderlijk van elkaar roteren. Achter de draag-as wordt een stuur- en aandrijfwiel geplaatst. Voordelen: Slechts één draagas met vrij roterdende wielen waardoor bestuurbaarheid goed is. Geen zwenkwielen benodigd. Kan door stuurwiel achter scherpe bochten maken Nadelen: Geen stabiel stuursysteem. Het stuurwiel moet continu van de lijn wegsturen om de voorste wielen naar de lijn toe te sturen. Dit is moeilijker te automatiseren. Variabele last op stuur- en aandrijfwiel door accelereren en sturen.

Vier draagwielen worden in een vierkant gezet. Daarbinnen wordt het stuur- rem- en aandrijfwiel geplaatst. Voordelen: Plaatsing last hoeft niet zeer nauwkeurig. Als de last maar binnen de vier wielen ligt. Hoe verder de last echter uit het centrum ligt, des te meer worden één of twee van de vier wielen belast. Last komt boven het sturende wiel te liggen. Nadelen: Meerdere zwenkende wielen benodigd om bestuurbaar te maken.Daar zal ook een deel van de last op komen.

2.2.5 Frame Om het frame van het voertuig op te bouwen zijn er meerdere mogelijkheden. Onderstaand worden de mogelijkheden en de voor- en nadelen op een rijtje gezet: Buizenframe Voordelen: Lateraal is de buis van alle kanten even goed belastbaar. Snoeren voor elextronica e.d. kunnen door de buizen gevoerd worden. Nadelen: Moeilijker assembleren/ lassen dan rechthoekige profielen

WH28 C1 AGV

15

Blok Voordelen: Assen, lagers en andere componenten kunnen goed gemonteerd worden. Nadelen: Gewicht Snoeren voor elektronica e.d. kunnen niet verborgen worden. I-profiel Voordelen: Stijfheid van balken in richting van grootste stijfheidsmoment. Ondanks hoge stijfheid voor balk in bepaalde richtingen toch beperkt gewicht Makkelijker assembleren/ lassen dan ronde profielen. Nadelen: Lagers en assen kunnen niet zomaar door het profiel heen U-profiel Voordelen: Nadelen: Lagers van assen kunnen niet zomaar door opstaande flanken heen. Bij belasting kunnen opstaande flanken naar buiten of binnen wijken Vierkant profiel Voordelen: Snoeren e.d. kunnen door buizen. Door vierkante vormen goed te lassen/assembleren Nadelen: Lagers en assen kunnen niet zomaar door het profiel heen.

WH28 C1 AGV

16

2.2.6 Wielen Het AGV kan worden uitgerust met verschillende soorten wielen. Ieder soort wiel heeft zijn eigen eigenschappen. Welke eigenschappen het meest gewenst zijn in het geval van het te ontwerpen AGV, zal later bepaald worden. Allereerst zal hier een uiteenzetting worden gegeven over de verschillende wielen. Wielen met luchtbanden Luchtbanden zijn ontwikkeld voor het absorberen van schokken. De band bestaat uit 2 delen: De binnenband en de buitenband. Van deze delen zorgt de binnenband voor de luchtdruk. Het andere deel, de buitenband, zorgt ervoor dat de band grip heeft, niet te snel slijt en bovenal dat de binnenband beschermd wordt. Hoe zwaarder het voertuig, hoe meer luchtdruk er in de binnenband aanwezig moet zijn. Ook kan ervoor worden gekozen de druk over meerdere wielen te verdelen. Vaak worden er daarom 2 wielen naast elkaar op een as gemonteerd in plaats van 1 grote band. De reden hiervoor is dat een kleinere band stabieler is. Hoewel op deze manier een hogere stabiliteit gehaald kan worden, is deze altijd minder dan die van massieve banden. Volrubber Volrubber banden bevatten geen binnenband. De banden zijn dan ook nauwelijks bedoeld om in te kunnen veren. Dit maakt het mogelijk om zwaardere voertuigen te kunnen dragen zonder dat het onstabiel wordt. Natuurlijk zitten er ook nadelen aan volrubberen banden. Doordat de banden nauwelijks kunnen in veren zijn ze niet geschikt voor oneffen terrein. Verder hebben ze door de grotere massa dan luchtbanden een hoger traagheidsmoment. Massieve kunststof wielen Deze wielen zijn volledig gemaakt uit een kunststof. Dit kunnen verschillende soorten kunststof zijn met allerlei eigenschappen. Zo kunnen de wielen weinig grip hebben. In dat geval zouden de wielen niet aangedreven moeten worden. Er zijn ook massief kunststofwielen die juist een erg goede grip hebben op gladde oppervlakken. Metalen wielen op een rails Net als bij treinen kan ervoor worden gekozen om het AGV op een rails te laten rijden. In dat geval zouden de wielen van staal gemaakt moeten worden. De metalen wielen kunnen erg grote belastingen aan. De vraag is of dit nodig zal zijn bij een AGV dat hooguit zo'n 3 ton zal wegen.

WH28 C1 AGV

17

2.2.7 Aansturing Het AGV moet een bepaalde lijn volgen om tussen verschillende werkstations heen en weer te kunnen rijden. Een bepaald soort sensor zal er dus voor moeten zorgen dat het AGV deze lijn herkent. Lichtsensor Een eenvoudige manier om een voertuig een lijn te laten volgen is door middel van een lichtsensor. Op de vloer van de werkplaats zal een lijn gespoten moeten worden in een afwijkende kleur van de rest van het vloeroppervlak. Ook kan er tape gebruikt worden. De lichtsensor zal de lijn herkennen, waarna een softwarematige besturing het voertuig zodanig manoeuvreerd, dat het AGV niet van deze lijn afwijkt. Door 2 lichtsensoren te gebruiken, zal het AGV veel regelmatiger rijden dan met slechts 1 lichtsensor. Met een sensor zal het AGV telkens heen en weer bewegen tussen de randen van de lijn. De lijn moet dan zo dun mogelijk gehouden worden. Hoe dunner de lijn hoe Voorbeeld van een lijnvolger die gebruikt maak van groter de kans dat de lijn volledig wordt lichtsensoren afgedekt. Bij het gebruik van 2 lichtsensoren kan de lijn erg dik zijn, zonder dat het voertuig teveel heen en weer beweegt. Dit is te zien in de afbeelding. De lichtsensoren zouden hier zelfs nog dichter bij elkaar geplaatst moeten worden, of de lijn zou dikker moeten zijn voor het beste resultaat. Voordelen: - Het voorgeschreven pad is te wijzigen zonder al te veel werk. - Relatief eenvoudig; De aansturing kan uit basiscomponenten bestaan. - Goedkoop; Het systeem bestaat uit 2 lichtsensoren en een microcomputer. De te volgen lijn wordt gevormd door tape of verf. Nadelen: - De lijn kan slecht herkenbaar zijn door vuil op de lijn; Als er iets op de lijn terecht komt dat de lijn zelfs helemaal afdekt, zal het AGV van de lijn kunnen geraken. Om een dergelijke situatie te voorkomen zou een veiligheidssysteem ingebouwd kunnen worden, dat het AGV stilzet, of nog beter het AGV corrigeert. Dit probleem zal zelden optreden bij een dubbele of brede lijn en is dus te voorkomen met een goed ontwerp.

WH28 C1 AGV

18

Positioneringssysteem Een andere mogelijkheid waarbij het pad eenvoudig gewijzigd kan worden, is het gebruik van een “virtueel” pad. Dat wil zeggen dat het daadwerkelijke pad niet waarneembaar is. Op het AGV zal een zender/ontvanger aanwezig moeten zijn. Een aantal zenders/ontvangers in de ruimte, zorgen ervoor dat het AGV, met de juiste software, zijn plaats kan bepalen. Het virtuele pad bestaat uit een lijn samengesteld door een groot aantal coördinaten. Hoe meer coördinaten, hoe nauwkeuriger het pad. Tussen de zenders/ontvangers en het AGV zal een signaal moeten worden verstuurd, dat de informatie bevat over de afstanden van het AGV tot het desbetreffende punt. Deze informatie kan op een aantal manieren worden verstuurd. De meest gebruikte methodes zijn licht (infrarood, lasers) of radiogolven. Natuurlijk staat de richting waarin het AGV rijdt niet vast met slechts een virtueel punt. Hiervoor zijn minimaal 2 punten nodig; dus 2 zenders/ontvangers per AGV. Dit zou een ingewikkelde constructie worden aangezien de signalen elkaar zouden kunnen storen. Een betere oplossing is daarom om het voertuig zelf zijn richting in de gaten te laten houden met behulp van bijvoorbeeld een elektronisch kompas, een gyroscoop of rotatiesensoren in het stuurwiel enzovoorts. Er zal hier niet verder ingegaan worden op welke mogelijkheid de voorkeur heeft ten opzichte van de andere mogelijkheden. Dit valt onder de uitwerking van het eventuele gekozen concept. Voordelen: - Route is eenvoudig te wijzigen; Er moet simpelweg een nieuw programma aangemaakt worden. Hiervoor hoeven alleen punten ingeprogrammeerd te worden; de software doet de rest. Nadelen: - Complex; Het AGV moet uitgerust zijn met een computer, die de datapunten kan verwerken tot instructies voor de aandrijving. - Kosten; Het complexe systeem brengt vanzelfsprekend hogere kosten met zich mee - Noodzaak van een systeem dat de richting bijhoud. Een elektronisch kompas mag geen magnetische storing ontvangen van het elektronische circuit van het AGV. Rotatiesensoren en gyroscopen zijn veelal onnauwkeurig en dienen regelmatig bijgesteld te worden.

WH28 C1 AGV

19

Gyroscopische aansturing Bij gyroscopische aansturing wordt er niet uitgegaan van een lijn, maar van een aantal punten in de vloer. Deze punten worden gevormd door kleine magneten. In het AGV is een hall sensor ingebouwd, die detecteert wanneer het AGV over een van deze magneten rijdt. Om ervoor te zorgen dat het AGV tussen deze punten een rechte lijn volgt, is er een Gyroscoop ingebouwd. De magneten zijn ingebed in geboorde gaten in de vloer en afgewerkt met epoxy. Voordelen: - De route is eenvoudiger aan te passen dan bij een inductiedraadgeleide AGV. - Eenvoudig te programmeren - Lage kosten voor de te volgen lijn: Per 5 tot 10 meter is er slechts 1 magneet van 1 cm doorsnede nodig. Nadelen: - De magneten trekken metaaldeeltjes aan; In normale werkomstandigheden zal dit geen probleem veroorzaken. De magneten zijn vrij zwak en de - Minder nauwkeurig; Een gyroscoop heeft altijd een kleine afwijking. - Hogere kosten per AGV; De kosten komen zo'n 5% hoger uit.

Magnetisch tape Een andere vorm van magneetgeleiding is het gebruik van magnetisch tape, zoals bij onder andere Toyota wordt gebruikt. Ook hier wordt er een hall sensor toegepast. Een nog eenvoudigere versie gebruikt een reed sensor dat direct via relais de motoren kan corrigeren. Voordelen: - De route is eenvoudig te wijzigen - Betrouwbaar - Nauwkeurig - Relatief goedkoop Nadelen: - De magneetstrips trekken magneetdeeltjes aan; Dit hoeft in normale werkomstandigheden geen enkel probleem te vormen.

WH28 C1 AGV

20

Inductiedraadgeleiding Bij dit systeem ligt er een stroomdraad verzonken in de vloer. Deze draad ligt precies op de lijn die het AGV moet volgen. Door de draad loopt een wisselstroom, die rond de draad een elektromagnetisch veld veroorzaakt. Voorop het AGV of op het stuurwiel is een sensor bevestigd. De sensor bestaat uit 2 spoelen. Een systeem houdt de amplitude in de gaten van de wisselstroom die in de spoelen wordt opgewekt. Deze amplitude moet voor beide spoelen nagenoeg gelijk zijn. Indien dit niet het geval is zal het AGV bijsturen, zodat de goede lijn wordt aangehouden.

Voordelen: - Betrouwbaar; Het systeem wordt alom toegepast. - Nauwkeurig; Het AGV kan de lijn volgen zonder al te grote afwijkingen. - Goedkoop; Het systeem bestaat uit een inductiesensor en een microcomputer. Nadelen: - Het is niet eenvoudig het pad te wijzigen doordat de draad verdiept in de vloer moet worden aangebracht. - Het kost extra energie om de draad in de vloer van stroom te voorzien. Bovendien vraagt het om een extra systeem. Laser Tegenwoordig de meest voorkomende manier om een AGV te sturen. Aan de muren en op de machines op de werkvloer zijn retroreflectors geplaats. Deze reflectoren zenden een signaal precies in de zelfde hoek terug als waar het vandaan kwam. Op de AGV bevind zich een laser die 360 graden rondes draait. De AGV zend constant signalen uit en kan door de reflecties van de retroreflectors berekenen waar hij zich bevind. Dit wordt gedaan door de afstand en de hoek van de ontvangen signalen op te slaan. Voordelen: - Flexibel; men hoeft alleen de reflectoren te verplaatsen en een nieuwe programma te laden als er wat veranderd. - Nauwkeurig; Het AGV kan de lijn volgen zonder al te grote afwijkingen. - Als de laserunit hoog op het voertuig zit heeft deze vrij weinig last van obstakels Nadelen: - De laser kan andere signalen storen - Als er wat voor de reflector staat dan word deze niet gezien door de laser.

WH28 C1 AGV

21

2.2.8 Sensoren Natuurlijk kan er altijd een obstakel op het pad van het AGV terecht komen. In zo'n geval dient het AGV zichzelf tot stilstand te brengen, of het obstakel te ontwijken. Bescherming tegen botsingen in de bewegingsrichting van het AGV dient te voldoen aan categorie 3 van de standaard EN954-1 binnen Europa. Om een obstakel waar te nemen zal een sensor op de voorkant van het AGV moeten zitten. Ook hiervoor zijn er verschillende sensoren mogelijk. De meeste van deze sensoren zijn verwerkt in een speciale bumper, die eenvoudig en goedkoop is te vervangen. Hieronder staan een aantal mogelijkheden in standaardsituaties. Infrarood Een infrarood lamp voorop het AGV in combinatie met een infraroodsensor, is goed in staat om een verschil in lichtintensiteit te meten. Wanneer de lichtintensiteit afneemt, zal dat betekenen dat er iets voor het voertuig ligt. Laser Het nadeel van een laser ten opzichte van een infraroodsensor, is dat de laser slechts op een bepaalde hoogte kan kijken. Bovendien is een dergelijk laser systeem erg duur. Geluidsgolven Eenzelfde systeem kan natuurlijk ook worden toegepast met behulp van geluidsgolven in plaats van infrarood. Infrarood heeft als nadeel dat het signaal verstoord zou kunnen worden door het licht uit de omgeving. Tastsensoren Een veel gebruikt soort bumper ziet er als volgt uit: Voorop het AGV zit een soort flexibele band. Wanneer deze band vervormd door een botsing, zal er een sensor worden ingedrukt. Er zijn natuurlijk ook andere sensoren ter voorkoming van botsingen mogelijk. De eerder genoemde sensoren zijn niet in elk geval toepasbaar. Bovendien kunnen de sensoren zich ook op een andere plaats op het AGV bevinden. Achterbumper Deze bumper is vergelijkbaar met de voorbumper. Wanneer het voertuig achteruit rijdt, kan het natuurlijk ook mogelijk zijn dat er een object op zijn pad terecht komt. Sensoren voor vorkheftsystemen Natuurlijk is het ook mogelijk dat een AGV met een vorkheftsysteem ergens tegenaan rijdt met zijn vork. Ter voorkoming kunnen er tastsensoren in de uiteinden van de vork geplaatst worden. WH28 C1 AGV

22

Zijwaartse bescherming Wanneer het AGV een bocht maakt kan het gebeuren dat de achterzijde van het voertuig zodanig uitwijkt, dat deze ergens mee in aanraking komt. Ook hiervoor zijn tastsensoren in de vorm van bepaalde strips aan te brengen op de zijkanten van het AGV.

2.2.9 Hefsysteem Vorkheftruck(pallets) De AGV wordt uitgerust met een vorkhefsysteem zodat pakketten middels een pallet opgepakt en verplaatst kunnen worden. Pallets zijn bij deze methode vereist. Voordelen:   

Makkelijk en snel laden en lossen door steekruimte in pallets AGV kan makkelijk de pakketten in een magazijnstelling zetten Agv kan makkelijk de pakketten stapelen

Nadelen:  

Volledig uitstekende last bij transporteren. (gevaar) Contragewicht vereist omdat de last vóór de voorwielen hangt

Hijsen en stapelen (speciaal vormgegeven pakketten/kratten) De AGV zou uitgerust kunnen worden met een hoge hijsarm. Het voertuig rijdt dan om te laden zijn hijspunt boven het laadtpunt en pakt zo de last van bovenaf op. Dit zou kunnen door op de hoeken van de pakketten bevestigingspunten voor het hijsmechanisme te ontwerpen. Door met de hijsarm boven de stapel te rijden kan de AGV vervolgens zijn lading lossen. Voordelen:  

Makkelijk laden en lossen. Stapelen van pakketen is geen probleem tot een bepaalde hoogte.

WH28 C1 AGV

23

Nadelen:   

Hoog zwaartepunt bij transport. De kraan wordt continu van laadplek naar losplek verplaatst terwijl die tijdens transport overbodig is. Er zullen speciale kratten/pakketten ontworpen moeten worden om met de kraan beet te pakken. Bovendien moeten ze zo ontworpen moeten worden dat ze stapelbaar zijn omdat een magazijnstelling met deze methode niet mogelijk is.

Heftafel met schaar De AGV zou uitgerust kunnen worden met een tafel die variabel in hoogte is. Door de heftafel op de hoogte van de productielijn te zetten kan de last op de heftafel gerold/geschoven worden. De AGV transporteert vervolgens, met de heftafel volledig naar beneden, het pakket naar een magazijnstelling alwaar de heftafel op benodigde hoogte wordt gezet en het pakket van de heftafel op de stapel/magazijnstelling gerold/geschoven wordt. Dit wordt gedaan d.m.v. een schaarconstructie en een hydraulische cilinder om de schaar omhoog te bewegen

Voordelen:    

Laag zwaartepunt bij transport. Geen uitstekende last Zwaartepunt van de last kan midden op het voertuig geplaatst worden. Door vierstangenmechanisme erg stabiel

Nadelen: 



Hoe hoger de heftafel staat, des te moeilijker is het om de last van het voertuig in een stelling te plaatsen. Het kan namelijk niet zomaar, tegen alle oppervlaktewrijving in, vooruit geschoven worden terwijl de heftafel ver omhoog is gebracht. Hydraulisch systeem op de AGV: zware en onderhoudsintensieve componenten.

WH28 C1 AGV

24

Heftafel met vier cilinders Er zou een heftafel gemaakt kunnen worden met op elke hoek een hydraulische cilinder.

Voordelen:



 Laag zwaartepunt bij transport.  Geen uitstekende last  Zwaartepunt van de last kan midden op het voertuig geplaatst worden. Door cilinders afzonderlijk te bewegen kan de heftafel gekanteld worden voor kiepen

Nadelen:  

Bij grote hoogte moeilijk lossen. Hydraulisch systeem op de AGV: zware en onderhoudsintensieveonderdelen.

Schroef Door de AGV te voorzien van een heftafel met archimedische schroef, kan de hoogte d.m.v. een elektromotor gewijzigd worden en zo op de gewenste hoogte ingesteld worden. De schroeven (vier)staan op elke hoek van de heftafel en kunnen in vertikale richting heen en weer bewegen.

Voordelen:    

Laag zwaartepunt bij transport. Geen uitstekende last Zwaartepunt van de last kan midden op het voertuig geplaatst worden. Elke omwenteling van een schroef is exact aan een hoogteverschil gerelateerd.

Nadelen:  

Hoe hoger de heftafel staat, des te moeilijker is het om de last van het voertuig in een stelling te plaatsen. Beperkte hoogte/stabiliteit

WH28 C1 AGV

25

Krik met schroef Door een krik met schroef op de AGV te plaatsen kan de hoogte van de last makkelijk gewijzigd worden. De schroef zit horizontaal in de krik.

Voordelen:      

Laag zwaartepunt bij transport. Geen uitstekende last Zwaartepunt van de last kan midden op het voertuig geplaatst worden. Door vierstangenmechanisme erg stabiel Motor met relatief klein vermogen nodig om de schroef te draaien Elke omwenteling van een schroef is exact aan een hoogteverschil gerelateerd.

Nadelen:  

Hoe hoger de heftafel staat, des te moeilijker is het om de last van het voertuig in een stelling te plaatsen. Gewicht van een krik met schroef is redelijk hoog

Geen hoogte-aanpassingssysteem op de AGV Voordelen: 

Geen overbodige systemen op de AGV die slechts bij laden en lossen van nut kunnen zijn en gedurende transport overbodig zijn.

Nadelen: 

De AGV zal op maat gemaakt moeten worden voor de productielijn en het magazijn zal daarop aangepast moeten worden.



2.2.10 Rem De AGV zal een maximale last van een ton vervoeren. Aangezien de AGV zelf ook een aantal kilo’s zal gaan wegen, dienen er goede remmen op het voertuig te zitten. De remmen moeten het voertuig stoppen voor wanneer het voertuig bij zijn bestemming komt en wanneer er een noodstop gemaakt dient te worden. Wanneer de AGV moet remmen, kan dit op verschillende manieren gebeuren. Er kan gedacht worden aan schijfremmen, blokkenremmen, trommelremmen, en elektrische remmen. WH28 C1 AGV

26

Bij schijfremmen worden remblokken op een remschijf gedrukt. Door de wrijving vertraagd het wiel en zo stopt de AGV. Schijfremmen zijn er goed voor remmen op hoge snelheden. De remschijf bevindt zich naast het wiel en de schijfrem wordt hydraulisch bediend.

Blokkenremmen werken doordat er blokken direct op het wiel gedrukt worden. Hierdoor is de kans op doorslippen erg klein. De wielen of banden slijten door het remmen en dienen sneller vervangen te moeten worden. Trommelremmen werken met remblokken. Deze remblokken worden tegen de buitenkanten van trommels gedrukt. Door deze weerstand wordt het wiel afgeremd. Trommelremmen hebben een mindere werking t.o.v. schijfremmen. Echter, trommelremmen kunnen in het wiel worden verwerkt. Trommelremmen kunnen naast hydraulisch ook mechanisch bediend worden. Bij elektrisch remmen levert de motor weerstand, waardoor het voertuig vanzelf stil komt te staan. De kinetische remkracht wordt omgezet in hitte of elektrische energie. De elektrische energie kan teruggevoerd worden naar de accu’s. Hierdoor worden de accu’s weer een stuk opgeladen en deze energie is later weer te gebruiken voor de aandrijving. Als dit niet het geval is wordt de kinetische energie omgezet in hitte. Bij de remmen dient de afweging gemaakt te worden, welke rem het best is voor het voertuig. Nu moet er dus geremd worden voor een bestemming en voor een noodstop. Een systeem met twee remmen lijkt het beste voor het concept. Uit deze vijf concepten zal er worden bekeken welke remmen het beste zijn voor de AGV. 2.2.11 Laad- / Lossysteem

Treksysteem De AGV wordt uitgerust met armen die de last aan boord trekken. Dit gaat dus alleen om verplaatsing in horizontale richting en niet in vertikale richting. Bij het gebruik van europallets is het bijvoorbeeld erg eenvoudig met een treksysteem grip te hebben op het pallet en zo de last aan boord te schuiven.

WH28 C1 AGV

27

Voordelen:  

Eenvoudig Als alle pallets goed klaar staan, kan er weinig mis gaan bij het laden

Nadelen: 



Lossen wordt ingewikkelder want dan moet er geduwd worden. Het trekken van een last aan de voorkant van de bewegingsrichting is makkelijker dan het duwen van een last an de achterkant van de bewegingsrichting. Niet efficient tenzij het in combinatie ebruikt wordt met een rolsysteem.

Robotarm De AGV kan uitgerust worden met een robotarm. Voordelen:  Snel laden en lossen  Bewegingsvrijheid tijdens laden/lossen Nadelen:  Onderhoudsgevoelig/storingsgevoelig 

Duur

Rolsysteem De AGV wordt uitgerust met rollen waar de last overheen rijdt. Deze rollen worden al dan niet aangedreven. Voordelen:  



Eenvoudig Als de AGV in het verlengde staat van de productielijn dan rolt de last zonder problemen op de AGV. Geen verplaatsing van de last in de hoogte nodig om te laden en te lossen

Nadelen: 

Rollen zullen geblokkeerd moeten kunnen worden voor tijdens transport.

WH28 C1 AGV

28

Walking floor Het oppervlak van de AGV kan uitgerust worden met een walking floor. De vloer bestaat uit paralelle ‘latten’ die ten opzichte van elkaar heen en weer bewegen. Om de drie lopen de vloerdelen gelijk en schuift de vloer onder de last door naar beginpositie. Bij het terugschuiven naar beginpositie is er maar 1/3de deel in beweging en is er 2/3de deel vast. Hier blijft de last dan ook op staan. Eenmaal in beginpositie schuiven alle vloerdelen tegelijk naar eindpositie. Dan gaat alles weer opnieuw. Voordelen:  Er zijn geen speciale grijparmen benodigd voor het verschuiven van de last Nadelen:



 Verplaatsen (en dus laden en lossen) duurt relatief lang. Qua energiegebruik is dit een erg inefficiënte manier van laden en lossen.

Kiepwagen De AGV zou uitgerust kunnen worden met en kiepbak waar het product in geladen wordt. Na transport is het lossen eenvoudig door de bak te kiepen. De kiepbak zal in hoogte verstelbaar moeten zijn om pakketten bovenin een magazijnstelling te kunnen neerzeten. Voordelen:  

Lossen is eenvoudig Zwaartepunt van de kiepbak kan midden boven het voertuig geplaatst worden.

Nadelen:   

Laden zal niet door de AGV zelf gedaan kunnen worden. Meer geschikt voor bulk dan voor pakketten. Op hoogte lossen door te kiepen is gevaarlijk

WH28 C1 AGV

29

3. Morfologisch overzicht In het morfologische overzicht zijn de verschillende mogelijkheden per functie uitgezet. Hierdoor ontstaat een duidelijk overzicht van de mogelijkheden en kunnen er concepten samengesteld worden. Voor het morfologisch overzicht, zie bijlage I.

WH28 C1 AGV

30

4. Conceptkeuze In dit hoofdstuk wordt ieder concept uit de morfologische kaart besproken. Hierin wordt steeds opgesomd welke oplossingen er zijn gekozen, wordt er een uitleg gegeven van het concept, een schets ter verduidelijking en als laatst de voor en nadelen van het concept.

4.1 Concepten 4.1.1 Concept A (Simpel) Een belangrijk aspect van een Automatic Guided Vehicle (AGV) is dat het gebruik en het onderhoud eenvoudig en simpel is. Concept A is samengesteld met onderdelen uit het morfologisch overzicht, die gebruik en onderhoud simpel houden. De aandrijving loopt via een riem. Een riem aandrijving is relatief onderhoudsvrij. Een riem hoeft niet gesmeerd te worden. Een riem kan slippen wanneer er te weinig grip is, of wanneer er teveel kracht wordt uitgeoefend. Een getande riem slipt niet en is vrijwel onderhoudsvrij. De motor is van het type gelijkstroommotor. Bij een gelijkstroommotor kan de rotatiesnelheid eenvoudig geregeld worden. Gelijkstroommotoren worden veel gebruikt in combinatie met accu’s. De stroom wordt geleverd door een Lood-gel-accu. Deze accu heeft als voordelen dat deze niet per se rechtop geplaatst hoeft te worden, de accu is onderhoudsvrij en de zelfontlading is minder dan bij natte accu’s. Voor het frame worden vierkante holle balken gebruikt. Deze balken zijn in vrijwel alle maten verkrijgbaar en zijn eenvoudig te gebruiken in de fabricage. De kosten van deze balken zijn relatief laag. De AGV volgt een draad spoor. Deze draden sturen de AGV en kunnen in of op de vloer aangelegd worden. Wanneer de indeling van het gebouw veranderd wordt, kunnen de draden ergens anders gelegd worden. De wielen zijn bekleed met volrubber. Volrubber heeft weinig onderhoud nodig. Het rubber heeft een hoge wrijvingscoëfficiënt. Dit is een nadeel, en ook een voordeel. AGV zal veel weerstand krijgen, maar het aandrijfwiel heeft hierdoor veel grip. Wanneer het voertuig een obstakel tegen komt, wordt dit gedetecteerd door een laser. Hierdoor wordt er voorkomen dat het voertuig tegen andere voertuigen of mensen botst.

WH28 C1 AGV

31

Voor het hefmechanisme wordt er een krik gebruikt. Een krik kan erg veel massa vertikaal tillen. De aandrijving van de krik wordt door een elektromotor gedaan. De motor laat een as draaien die de krik omhoog en omlaag laat bewegen. De last wordt het voertuig op- en afgerold. Door een serie rollen, rolt de pallet van het hefmechanisme (wanneer deze op de juiste hoogte staat). De opstelling van de wielen is als volgt; een sturend aangedreven wiel voor en vier wielen achter. De achterste vier wielen zijn verdeeld over twee assen. Een voor gestuurd voertuig kan goed een spoor blijven volgen. Het is van belang dat het voorwiel voldoende grip heeft voor het sturen en de aandrijving. Het zwaarte punt dient dus tussen het voorwiel en de achterste twee assen te liggen. Daarbij het liefst dichter bij de twee assen achter dan het voorwiel. Het voertuig wordt geremd door middel van een trommel rem. Deze rem is er als noodstop. De AGV stopt normaal door de elektromotor.

4.1.2 Concept B (Realistisch) Dit concept is samengesteld uit verschillende onderdelen. Deze onderdelen zijn bewust gekozen om hun eigenschappen. Per onderdeel zal de keuze kort worden toegelicht. Tevens zal hierbij een korte beschrijving worden gemaakt van hoe het onderdeel zal worden toegepast. Sterkteberekeningen, keuzes van specifieke onderdelen e.d. zullen hier buiten beschouwing blijven en zullen volgen in een later stadium van het ontwerpproces. Tandwieloverbrenging Het wiel zal in dit concept aangedreven worden middels een tandwieloverbrenging. Een tandwieloverbrenging is in staat om hoge krachten te kunnen verwerken. Bovendien zal er geen slip optreden. Met tandwielen kan op eenvoudige wijze een hoge reductie worden toegepast. Aangezien de maximale snelheid van het AGV slechts zo'n 10 km/uur hoeft te bedragen, is een dergelijk grote reductie gewenst. Wanneer deze reductie met tandwielen wordt gerealiseerd, zal het geheel compact kunnen blijven. Asynchrone draaistroommotor Er is in dit concept gekozen voor de asynchrone draaistroommotor. Voordelen van deze motor zijn de betrouwbaarheid en de lage slijtage door afwezigheid van koolborstels. De asynchrone draaistroommotor wordt vaak toegepast bij voertuigen met een hoge massa. Met behulp van frequentieregeling is het voertuig geleidelijk op gang te brengen.

WH28 C1 AGV

32

Loodaccu's Als energiebron gebruikt dit concept loodaccu's. Het voordeel van deze accu's is onder andere de prijs, doordat dit soort accu's veelvuldig worden gebruikt.

Wielconfiguratie en het frame Het AGV zal in dit concept het stuurwiel gebruiken voor de aandrijving. Dit wiel heeft een band volledig van rubber gemaakt, voor een optimale grip. Luchtbanden zijn gewoonlijk niet noodzakelijk in een fabriekshal. De voorwielen worden gemaakt van massief kunststof, om zo min mogelijk wrijving te veroorzaken. De voorwielen zijn gemonteerd op 2 vaste assen aan weerszijden van het AGV. Voor het frame worden I profielen gebruikt vanwege de hoge belasting. Veiligheidssensoren Bij dit concept zijn er 2 soorten sensoren aanwezig om botsingen te voorkomen. Zowel aan de voor als achterzijde is een kunststof tast bumper aanwezig voor botsingen in de rijrichting van het voertuig. Om zijwaartse botsingen te voorkomen zijn er aan de zijkanten sensoren aanwezig die gebruik maken van geluidsgolven. Lichtsensoren Om het voertuig een lijn te kunnen laten volgen, zullen er lichtsensoren aanwezig zijn in dit concept. De lichtsensoren zijn voorop het AGV gemonteerd achter de veiligheidsbumper. De voornaamste reden dat er in dit concept niet is gekozen voor bijvoorbeeld de inductiesensoren, is de flexibiliteit; De baan van het AGV is heel eenvoudig te wijzigen. Bovendien is het een goedkoop en eenvoudig systeem.

Hydraulische schaarconstructie Het hefplatform in dit concept werkt volgens het schaarmechanisme. De schaarconstructie wordt hydraulisch bediend. Een hydraulisch systeem wordt vaak toegepast in hefplatforms en is een logische keuze.

WH28 C1 AGV

33

Kantelbare tafel Een hydraulisch systeem in het platform zorgt ervoor dat het platform kan kantelen. Doordat de pakketten op rollen liggen, zullen deze verplaatsen wanneer de tafel onder een lichte hoek wordt geplaatst. Het voordeel hiervan is dat de hydraulica reeds in het AGV aanwezig is. Verder is het erg eenvoudig. Er hoeft geen extra mechanisme te worden bedacht. Het kantelen kan eenvoudig weg geschieden door de schaarconstructie aan te passen. Wanneer de schaarconstructie tijdelijk asymmetrisch wordt gemaakt door een extra cilinder, zal het platform al onder een hoek komen te staan. Het systeem verzorgt zowel laden als lossen. Remmen In de veel asynchrone draaistroommotoren is een rem ingebouwd. Hiervoor zal ook gekozen worden in dit concept. Verder zal er met de voorwielen geremd worden met behulp van Schijfremmen. De remmen hebben als voordeel het eenvoudige onderhoud.

4.1.3 Concept C (Betrouwbaar) Dit concept is zo gekozen met onderdelen welke betrouwbaar zijn, zodat deze er voor zorgen dat het AGV tegen een stootje kan en zelden buiten bedrijf zal staan. Cardanoverbrenging Een cardanoverbrenging is een en overbrenging die twee assen, die al roterend van plaats veranderen of niet in één lijn liggen, met elkaar verbindt door middel van een cardanas. Dit betekend dat wanneer de aandrijfas beweegt ten opzichte van de aan te drijven as, in dit geval de as van het wiel, een cardanas tussen beide assen geplaatst kan worden. De assen zijn met elkaar verbonden door middel van een kruiskoppeling. De cardanas heeft tussen de kruiskoppeling een schuifkoppeling welke er voor zorgt dat de cardanas de schokken en bewegingen opvangt, zodat de beweging van de aandrijfas volledig wordt doorgegeven aan de aan te drijven as. Een cardanasoverbrenging heeft geen last van slip, is bestand tegen schokken en het bewegen van de assen onderling, maar is ook een veel gebruikte toepassing in voertuigen wat een groot voordeel is bij reparaties en onderhoud. Hierdoor is het een betrouwbare overbrenging.

WH28 C1 AGV

34

Borstelloze motor Bij de borstelloze motor zijn de plaats van de magneten en de windingen verruild. De magneten zijn gemonteerd aan de rotor, en de windingen aan de stator. Hierdoor is er geen mechanische commutator meer nodig, waardoor de nadelen van een borstelcommutator er niet meer zijn. De nadelen van de borstelmotor zijn beperkte levensduur door slijtage en de gevoeligheid voor het doorleiden van piekstromen en grote vermogens. De gevoeligheid is het ontstaan van vonkvorming en verbranding van smeermiddel op het commutator-oppervlak wat er voor zorgt dat de stroom wordt onderbroken en een haperende aandrijving tot gevolg heeft. Iets dat dus voorkomen wordt door een borstelloze motor te gebruiken. Hierdoor draait de motor altijd op constant toerental, wat de motor betrouwbaar maakt. Loodgelaccu De loodgelaccu is eigenlijk gelijk aan een gewone loodgelaccu’s alleen heeft een aantal voordelen. Doordat de accu’s geen water bevatten, maar gel zijn ze kantelbaar en bestand tegen schokken. Met het laden onstaan veel minder gevaarlijke gassen(o.a. knalgas en zwavelzuur), wat het laden veiliger maakt. Nadeel is een iets gereduceerde energieopslag.

Wielconfiguratie De wielconfiguratie zal worden zoals in het schema hiernaast. Het voorste wiel zal voor sturing, aandrijving en remmen zorgen. De achterste 2 wielen dragen samen met de voorste de last en de 2 zijwielen geven extra stabiliteit. Frame Het frame zal bestaan uit I-profielen. De rede hiervoor is dat een I-profiel een hoge belasting aankan, met een minimum aan gewicht. Hierdoor krijg je een licht frame welke in staat is een zware last te dragen.

WH28 C1 AGV

35

Banden De banden zullen bestaan uit volrubber. De volrubber banden hebben als voordeel ten opzichte van een gewone luchtband, dat ze niet lek kunnen gaan en een hogere levensduur hebben. Toch hebben ze wel de eigenschappen van luchtbanden als vering en grip. De volrubber banden zijn in allerlei variaties verkrijgbaar, met de gewenste eigenschappen. Besturing Voor de besturing wordt gebruik gemaakt van een draad in de vloer. Het is de oudste manier om een AGV te sturen, door een gul in de vloer te maken en hier een kabel in te plaatsen. Onder de AGV bevind zich een sensor, deze volgt de radio frequentie die de kabel uitzend. De draad zal niet snel beschadigen, nadeel is wel dat het lastiger aan veranderende omstandigheden aan te passen is. Sensoren De AGV wordt uitgerust met tastsensoren, welke het voertuig stilzetten in geval van botsing of aanraking met een voorwerp. De sensoren zijn er dus voor de veiligheid.

Liftsysteem Het liftsysteem zal de schaarwerking zijn, net als in een schaarhoogwerker. De schaar wordt omhooggeduwd door een hydraulische cilinder.

Remmen De elektromotor zal voor het remmen zorg dragen. De AGV hoeft in principe niet abrupt te stoppen maar kan al ruim van tevoren vaart verminderen en kan dit makkelijke met alleen de elektromotor af. Omdat de AGV bij een noodstop snel stil zal moeten staan, zal er ook met de overige wielen geremd moeten worden. Trommelremmen nemen geen extra plek in. Bovendien hebben ze niet het nadeel dat ze constant blokkeren, zoals schijfremmen, wat een energieverlies tot gevolg zou hebben. De trommelremmen worden echter alleen gebruikt in geval van een noodstop, dus wanneer de sensoren een object detecteren.

WH28 C1 AGV

36

Laad/los systeem Gebruik wordt gemaakt van een vorksysteem om de lading van de AGV te lossen en laden. Een vorksysteem zou makkelijk met pallets kunnen werken en hierdoor breed inzetbaar. De AGV is dan niet gebonden aan kratten en kan veel meer vervoeren. De lepels van het systeem kunnen uitschuiven om de last te pakken en daarna inschuifen om de last om het platform te laten rusten. Het systeem zal een omgedraaide versie van het systeem in de afbeelding zijn.

4.1.4 Concept D (High-tech) Dit concept bestaat uit de volgende onderdelen: Hydraulische aandrijving gelijkstroom elektromotor lithiumionpolymeeraccu wielconfiguratie II met lucht banden H-profiel frame laser sturing infrarood sensoren cilinder heffing schijfrem Robotarm Deze onderdelen worden stuk voor stuk toegelicht waarom deze onderdelen zijn gekozen. Hydraulische aandrijving Het principe van een hydraulische aandrijving is door middel van een gevormde druk net een vloeistof (vaak olie) een rotor laten draaien. De manier om deze techniek toe te passen bevat een grote flexibiliteit. Zo kan met de slag grootte en verschillende zuigerstangen een hoop verschillende aandrijvingen geproduceerd worden. Op deze manier kan de aandrijving dus precies op de AGV worden afgesteld. Een voordeel aan hydraulisch aandrijven is dus de flexibiliteit, maar ook de hoge energiedichtheid. Dus met een klein systeem kan een groot vermogen worden gerealiseerd. Daarnaast kunnen de machines onbelast aanlopen. Een nadeel is het slechte rendement en lek gevaar. Vooral het lek gevaar kan problemen opleveren in de fabriekshal, aangezien er vaak met olie gewerkt wordt en dit de banden van de AGV kan laten slippen.

WH28 C1 AGV

37

Gelijkstroom elektromotor Het principe van een gelijkstroom motor is elektrische energie (in de vorm van gelijkstroom) omzetten in mechanische energie door de kracht die een geleider ondervindt in een magnetisch veld. Het belangrijkste voordeel aan een elektromotor is dat de rotatiesnelheid geregeld kan worden, waardoor dus de snelheid van de AGV geregeld is en dus heel accuraat kan bewegen. Lithiumionpolymeeraccu Beter bekend al de lipo-accu. De lipo-accu heeft een groot aantal voordelen, zo is het vermogen-gewicht vergelijking erg gunstig, de accu kan een groot vermogen overbrengen en weegt daar in tegen niet veel. Dit is uiteraard handig voor de AGV aangezien het gewicht evenredig staat het aan benodigde vermogen om de AGV voort te bewegen. Ook hebben deze accu's een lage interne weerstand en kunnen daardoor een hoge stroom afgeven. De laadtijd van de lipo-accu is ook erg gunstig, met de juiste lader is de accu in 1,5 uur opgeladen. De mogelijkheid om de accu's serie of parallel te schakelen is ook aanwezig. Wielconfiguratie II met luchtbanden Een voordeel aan lucht banden is dat deze banden schokken opvangen. Bijvoorbeeld in een fabriekshal met geen vlakke vloer. Nadelen van luchtbanden is dat bij het heffen de AGV wat minder stabiel zal worden wanneer de lading op hoogte is. Daarnaast zullen er spanningsverschillen op gaan treden na verloop van tijd, dit kan er voor zorgen dat de AGV zijwaarts onstabiel wordt. Door twee banden naast elkaar te plaatsen (zoals in deze configuratie) wordt dit probleem wel al deels opgelost. Een groot nadeel van luchtbanden is uiteraard dat de band lek kan raken en spanning kan verliezen. Door het lucht te vervangen door stikstof kan het spanningprobleem worden opgelost. Stikstof moleculen zijn groter dan zuurstof of waterstof moleculen en zullen dus minder snel door het rubber heen sluipen. H - profiel Een H profiel heeft twee brede flenzen (horizontaal) en een lijf (verticaal). Door de brede flenzen kan dit profiel een grote massa dragen en door het lijf dikker te maken wordt het profiel sterker. Laser sturing Tegenwoordig de meest voorkomende manier om een AGV te sturen. Aan de muren en op de machines op de werkvloer zijn retroreflectors geplaats. Deze reflectoren zenden een signaal precies in de zelfde hoek terug als waar het vandaan kwam. Op de AGV bevind zich een laser die 360 graden rondes draait. De AGV zend constant signalen uit en kan door de reflecties van de retroreflectors berekenen waar hij zich bevind. Dit wordt gedaan door de afstand en de hoek van de ontvangen signalen op te slaan. Op deze manier weet de AGV dus altijd waar hij zich bevindt en zal deze nooit een fout maken. Een groot voordeel van lasersturing is de flexibiliteit van het plaatsen van de retroreflectoren. Wanneer er bepaalde aanpassingen in de fabriek plaatst vinden is het een kleine moeite om de reflectoren te verplaatsen.

WH28 C1 AGV

38

Infrarood sensoren De infrarood sensor is een goedkope en zeer effectieve manier om botsingen te voorkomen. Het infrarood kan meerdere kanten op worden gezonden en de reflector heeft snel genoeg door wanneer de lichtintensiteit veranderd en er dus iets voor de AGV ligt. Cilinder heffing bestaat uit een cilinder die de lift omhoog en beneden kan laten gaan door de cilinder uit en in te laten lopen. Deze wordt uiteraard hydraulisch gestuurd en heeft dezelfde voor en nadelen als een hydraulische aandrijving. (zie vorige pagina - Hydraulische aandrijving) Schijfrem Het voordeel van een schijfrem is dat de AGV geleidelijk kan worden afgeremd. Hierdoor staat de AGV niet in een keer stil en zal er ook geen mogelijkheid bestaan dat de lading verschuift.

Robotarm Doormiddel van een robot arm kan een lading erop en eraf worden getild/schoven. Het voordeel aan een robotarm is het precieze werk wat deze arm kan afleveren. Nadeel is uiteraard de kosten en het onderhoudt van de robot arm.

4.1.5 Concept E (Efficient) Concept E wijkt af van de andere concepten in het feit dat het platform niet verstelbaar is. Hierbij is ook nagedacht over de manier waarop de pakketten worden verplaatst met behulp van het AGV. Er wordt bij dit concept uitgegaan van een systeem dat de dozen zodanig positioneert dat deze perfect klaar liggen voor het AGV. Het AGV hoeft in dat geval niet de hoogte te variëren. Tandwieloverbrenging Het wiel zal ook in dit concept aangedreven worden middels een tandwieloverbrenging. Een tandwieloverbrenging is in staat om hoge krachten te kunnen verwerken. Bovendien zal er geen slip optreden. Met tandwielen kan op eenvoudige wijze een hoge reductie worden toegepast. Aangezien de maximale snelheid van het AGV slechts zo'n 10 km/uur hoeft te bedragen, is een dergelijk grote reductie gewenst. Wanneer deze reductie met tandwielen wordt gerealiseerd, zal het geheel compact kunnen blijven. Borstelloze motor Voor de elektromotor is in dit concept gekozen voor de borstelloze motor. De borstelloze motor heeft enkele belangrijke voordelen. Deze voordelen gelden zowel ten opzichte van de borstelgelijkstroommotor en de asynchrone draaistroom motor: Voordelen ten opzichte van een borstelgelijkstroommotor WH28 C1 AGV

39

Geen koolborstels, dus minder onderhoud Geen commutator dus geen kortsluitstromen of vonkverliezen Voordelen ten opzichte van een asynchrone draaistroommotor Geen opstartstroom nodig Geen grote frequentieregelaar nodig Dit zijn enkel de meest belangrijke voordelen. Er zijn echter nog veel meer voordelen te bedenken. Loodgelaccu Voor de accu wordt de loodgelaccu gebruikt. Hoewel deze accu niet uitblinkt in zijn prestaties, liggen zijn voordelen in een geheel andere hoek. Zo is de prijs lager dan de meeste accu's. De lagere energiedichtheid is niet erg, het AGV heeft niet zoveel vermogen nodig dat de lage energiedichtheid een probleem zal vormen. De accu's kunnen tegen een stootje en zijn veilig op te laden. Ten opzichte van een normale loodaccu heeft de accu als voordeel dat hij minder zelfontlading heeft. Dit is een gewenste eigenschap aangezien de accu's van tevoren worden opgeladen en vervolgens worden opgeslagen tot deze nodig zijn in een AGV. Bovendien is deze accu onderhoudsvrij en heeft hij een lange levensduur. Frame en wielconfiguratie Het frame wordt in dit concept gemaakt uit I profielen. Deze profielen hebben de hoogste stijfheid/gewichtsverhouding en zijn dus ideaal voor het ontwerp van een voertuig. De wielconfiguratie is nagenoeg hetzelfde als bij concept B met als afwijking dat het stuurwiel zich aan de voorzijde van het AGV bevindt. Omdat De stuurconstructie het platform in de weg zit, zal het platform aan de andere zijde van het platform worden geplaatst. De lading wordt dus achterop het voertuig vervoerd. Het stuurwiel bestaat uit 2 afzonderlijke wielen. Deze wielen zijn op dezelfde as geplaatst met ertussen een haakse tandwielkast. Lasersturing De draadgeleiding is door nieuwe technieken een verouderde methode om het AGV een lijn te laten volgen. Een moderne techniek is de lasersturing; Op muren en op machines op de werkvloer zijn retroreflectors geplaatst. Deze reflectoren zenden een signaal precies in de zelfde hoek terug als waar het vandaan kwam. Op de AGV bevind zich een laser die 360 graden rondes draait. De AGV zend constant signalen uit en kan door de reflecties van de retroreflectors berekenen waar hij zich bevind. Dit wordt gedaan door de afstand en de hoek van de ontvangen signalen op te slaan. WH28 C1 AGV

40

Op deze manier weet de AGV dus altijd waar hij zich bevindt en zal deze nooit een fout maken. Een groot voordeel van lasersturing is de flexibiliteit van het plaatsen van de retroreflectoren. Wanneer er bepaalde aanpassingen in de fabriek plaatst vinden is het een kleine moeite om de reflectoren te verplaatsen. Bovendien kan de lijn die het AGV volgt eenvoudigweg softwarematig worden gewijzigd. Er zal dus geen fysieke wijziging plaats hoeven te vinden in de vorm van het aanbrengen van een lijn. Volrubberen banden De wielen zijn in dit concept allemaal gemaakt uit volledig rubber. Luchtbanden zijn bedoeld om schokken op te vangen, maar hebben ook vele nadelen. Aangezien de werkvloer weinig oneffenheden zal bevatten, zullen luchtbanden niet nodig zijn. De volrubberen banden hebben een prima grip en zijn in staat hoge lasten te dragen. Er hoeven geen hoge snelheden te worden bereikt met het AGV dus ook het grote traagheidsmoment is geen nadeel. Infrarood en tastsensoren De goedkoopste sensor om objecten te detecteren is de infraroodsensor. Een voordeel van deze sensor is dat deze een groter waarneembaar veld heeft dan bijvoorbeeld een lasersensor of een ultrasone sensor. Ook zal het signaal niet storen met de lasergeleiding van het AGV. Als extra veiligheid heeft het voertuig zowel een voor als achter tastbumper. Aan de zijkanten van het AGV zijn tastprofielen bevestigd. Deze tastprofielen kunnen op twee manieren werken. Er kan een laserstraal door een flexibel profiel worden gestuurd. Wanneer de lichtstraal wordt onderbroken zal de lichtintensiteit wegvallen. Een andere manier is een isolerende laag tussen 2 geleidende lagen. Wanneer de geleidende lagen tegen elkaar gedrukt worden, zal er een kortsluitstroom ontstaan. Elektrische rem in combinatie met trommelremmen De elektromotor is eenvoudig elektrisch te remmen. Omdat men met meer dan 1 wiel wilt kunnen remmen, voor een betere grip, zal er ook met de overige wielen geremd moeten worden. Trommelremmen nemen geen extra plek in. Bovendien hebben ze niet het nadeel dat ze constant blokkeren, zoals schijfremmen, wat een energieverlies tot gevolg zou hebben. De trommelremmen worden echter alleen gebruikt in geval van een noodstop, dus wanneer de sensoren een object detecteren.

WH28 C1 AGV

41

Trekarm in combinatie met rollen Achterop het voertuig bevind zich zoals eerder gezegd een platform met rollen. Omdat het AGV de last zelfstandig moet kunnen laden en lossen, is hiervoor ook een systeem nodig. Het gekozen systeem in dit concept werkt als volgt: De rollen zijn onderbroken op twee plaatsen. Op die plaatsen lopen speciale kettingen met daaraan uitstekende delen. Deze delen kunnen achter een doos of pallet blijven haken. De last wordt zo op het voertuig getrokken. Ook het lossen gaat op eenzelfde manier door de banden eenvoudigweg in tegenovergestelde richting te laten draaien. Een bijkomend voordeel is dat de last tijdens het rijden tussen de uitstekende delen ligt en nauwelijks kan verplaatsen.

WH28 C1 AGV

42

4.2 Concepten Analyse Gebruikseisen: Flexibiliteit: de functie van de AGV moet in verschillende situaties te gebruiken zijn. De functie moet dus meerder toepassingen hebben. Het moet er namelijk ook echt voor zorgen dat het productieproces versneld wordt. Niet dat het beter is om het eigenlijk handmatig te laten verrichten. Mobiel: deze eis hangt samen met de eis flexibiliteit. Je wilt dat de functie multi inzetbaar is. Dus de functie moet ook redelijk te verplaatsen zijn door de AGV. Niet dat er veel kracht moet worden gebruikt om de functie te verplaatsen. Ook mogen de dimensies van de AGV niet te groot worden, zodat deze makkelijker te verplaatsen is in een fabriekshal. Mogelijkheid om voorwerpen te verplaatsen: dit is de belangrijkste eis. In principe heeft elke functie de mogelijkheid om voorwerpen te verplaatsen, alleen de ene functie doet dit efficiënter dan de andere functie. Zodoende wordt hierin een onderscheidt gemaakt. Evenwicht: om een last te vervoeren is het belangrijk dat de AGV in meerdere omstandigheden in balans blijft. Dit om te voorkomen dat de last op grond valt of op een andere manier het productieproces verstoord. Veilig: hangende lasten zijn gevaarlijker en risicovoller dan lasten die liggend vervoerd worden. Om hierin een onderscheid te maken is de eis veiligheid in het overzicht opgenomen. Betrouwbaar: een betrouwbaarder functie zorgt er niet steeds voor dat het productieproces vertraagd wordt. Het kost veel tijd om maar steeds reparaties en onderhoud te verrichten. Zodoende is ook deze eis in het overzicht opgenomen.

Fabricage eisen Hoeveelheid materiaal: de functie kan uit veel materiaal bestaan of weinig. Tijdens het productieproces is dit essentieel. Assemblage: de manier van assemblage kan voor problemen zorgen. Om dit te voorkomen en in beraad te nemen is er voor gekozen deze eis toe te voegen. Kosten: de functie mag tijdens de productie niet te veel kosten opleveren. Fabricage duur: het ontwerp moet in massaproductie kunnen. Zodoende is het belangrijk de fabricage duur laag te houden. Dit levert namelijk minder kosten en een hogere kwaliteit op. Duurzaam: met het oog op het milieu is er rekening gehouden met deze eis. Dit wordt namelijk steeds belangrijker in elk fabricageproces.

WH28 C1 AGV

43

Gebruikseisen Flexibiliteit Mobiel Stijf Mogelijk tot verplaatsen voorwerpen Evenwicht /balans Prestatie duur Betrouwbaar Simpel Totaal Percentage van optimaal Fabricage-eisen Hoeveelheid Materiaal Assemblage Kosten Fabricage duur Duurzaam Totaal Percentage van optimaal

WH28 C1 AGV

Weegfactor Concept A 2 4 2 5 2 4 2 5 3

Concept B

Concept C

Concept D

Concept E

Optimaal

3 3 1 1

1 1 4 2

5 4 5 5

4 5 3 4

5 5 5 5

3 3 2 2

3 3 1 4 69

2 2 4 2 60

4 5 5 3 78

1 1 2 1 97

5 4 3 5 116

5 5 5 5 140

49,3

42,9

55,7

69,3

82,9

100

3 4 5 3 3 58

5 1 2 2 2 34

2 3 3 5 4 58

1 2 1 1 1 20

4 5 4 4 5 70

5 5 5 5 5 80

72,5

42,5

72,5

25

1 2 4 3 5 2

87,5 100 Kesselring tabel

44

Kesselring grafiek 100 90

Fabricage eisen in procenten

80

70 Concept A

60

Concept B

50

Concept C

40

Concept D Concept E

30

Optimaal

20

Linear (Optimaal)

10

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Gebruikers eisen in procenten

Kesselring Grafiek

WH28 C1 AGV

45

4.3 Conceptkeuze In de keuzeverantwoording zal allereerst een korte uitleg gegeven worden bij de manier waarop de keuze gemaakt is met behulp van de Kessel ring methode. Vervolgens zal een conclusie getrokken worden uit het diagram waarna tot slot een nadere toelichting gegeven zal worden. De conceptkeuze wordt gemaakt door de verschillende concepten met elkaar te vergelijken met behulp van de Kessel ring methode. Alle concepten worden vergeleken door middel van de eisen en wensen. Aan de belangrijkste eisen zijn hogere weegfactoren toegekend dan aan de overige wensen. Ook hebben alle gebruikerseisen nog een extra weegfactor van 2, tegenover de fabricage-eisen met weegfactor 1. Voor elke eis of wens kan een concept een normering van 1t/m5 krijgen. Hierbij is het niet mogelijk eenzelfde normering te geven aan twee afzonderlijke concepten. Dit betekent bijvoorbeeld dat de normering 5 maar een maal voorkomt per eis. Alle eisen, wensen en weegfactoren zijn in een tabel geplaatst en deze geeft het concept weer welke het beste voldoet aan de gestelde eisen. In het diagram is te zien dat concept E het meest rechts en dicht bij de ideale lijn ligt. Het gekozen concept is dus concept E; het concept welke gebruik maakt van het lasergestuurde AGV welke geen heftafel heeft, maar enkel en alleen de kratten vervoert en deze laad en lost door middel van een trekarm. Deze keuze zal nu verder toegelicht worden per gebruiks-eis of wens. Qua flexibiliteit scoort concept D net iets beter dan concept E. De reden hiervoor is dat beide concepten lasergeleiding gebruiken en daardoor is het te volgen pad eenvoudig te wijzigen. Echter heeft concept E geen in hoogte verstelbare tafel . Wat betreft de mobiliteit en stabiliteit krijgt concept E de hoogste punten vanwege de meest ideale wielconfiguratie en de hoge stabiliteit door het ontbreken van een hoog platform. De eenvoud van het concept spreekt natuurlijk voor zich er is immers geen in hoogte verstelbaar platform aanwezig. Hierdoor is het systeem tevens erg betrouwbaar. De op het AGV aanwezige elektronica is wel storingsgevoeliger dan bij de meeste andere concepten. De prestatieduur is hoog, maar iets minder hoog dan die van concept C doordat er lood-gel accu’s gebruikt worden in plaats van normale accu’s

WH28 C1 AGV

46

5. De AGV 5.1 Krachten en sterkte berekeningen 5.1.1 Frame Statistische berekeningen:

Faccu= 2452,5 N Felectromotor= 245,25 N Flast=12262,5 N/m Fvw=? Faw=? 𝑀𝑣𝑤 = 0 2452,5*0,2 – 245,25*0,3 – 9810*1,0 + Faw*1,4 = 0 Faw= 6709 N 𝐹𝑦 = 0 -2452,5-245,25-9810+Faw+Fvw = 0 Fvw = 5798,4 N Dus: Fachterwiel1 = 3354,5 N Fachterwiel2 = 3354,5 N Fvoorwiel = 5798,4 N

WH28 C1 AGV

47

Sterkte berekeningen

1

𝐼 = 12 ∙ 𝑏 ∙ ℎ3 𝐼=2

1 12

∙ 0,2 ∙ 0,0253 + 0,2 ∙ 0,025 ∙ 0,11252

+

1 12

∙ 0,025 ∙ 0,23

𝐼 = 1,4375 ∙ 10−4 𝑚4 𝜎𝑚𝑎𝑥 = 𝜎𝑚𝑎𝑥 =

𝑀𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝑐 𝐼

2683,7 ∙ 0,125 1,4375 ∙ 10−4

𝜎𝑚𝑎𝑥 = 2,33𝑀𝑃𝑎

𝜏𝑚𝑎𝑥 =

𝜏𝑚𝑎𝑥 =

𝑉𝑚𝑎𝑥 𝐴

6709,38 2 0,2 ∙ 0.025 + (0,2 ∙ 0,25) 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 0,45𝑀𝑃𝑎

WH28 C1 AGV

48

Doorbuiging

Doordat er 3 lasten zijn wordt er gebruik gemaakt van superpositie. De Est=200*109 GPa. Voor Flast geldt de formule: 𝑣𝑙𝑎𝑠𝑡 𝑣𝑙𝑎𝑠𝑡 =

−5𝑤𝐿4 = 768𝐸𝐼

−5 ∙ 12262,5 ∙ 1,4 768 ∙ 200 ∙ 109 ∙ (1,4375 ∙ 10−4 ) 𝑣𝑙𝑎𝑠𝑡 = −3,8875 ∙ 10−6 𝑚

Voor Felektromotor geldt de formule: 𝑣𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 𝑣𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =

−𝑃𝑎𝑏 2 (𝐿 − 𝑏 2 − 𝑎2 ) 6𝐸𝐼𝐿

−245,25 ∙ 0,6 ∙ 0.8 (1,42 − 0,82 − 0,62 ) 6 200 ∙ 109 ∙ 1,4375 ∙ 10−4 𝑣𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = −4,875 ∙ 10−7 𝑚

Voor Faccu geldt de formule: 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑢 𝑣𝑎𝑐𝑐 𝑢 =

−5𝑃𝐿3 = 48𝐸𝐼

−5 ∙ 2452,5 ∙ 0,43 48 ∙ 200 ∙ 109 ∙ 1,4375 ∙ 10−4 𝑣𝑎𝑐𝑐𝑢 = −5,687 ∙ 10−7 𝑚

De doorbuiging op het voorste deel van de AGV is: 𝑣𝑣𝑤 = −5,687 ∙ 10−7 𝑚

WH28 C1 AGV

49

De doorbuiging op het achterste deel van de AGV is: 𝑣𝑎𝑤 = 𝑣𝑙𝑎𝑠𝑡 + 𝑣𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

𝑣𝑎𝑤 = −3,8875 ∙ 10−6 + (−4,875 ∙ 10−7 ) 𝑣𝑎𝑤 = −4,375 ∙ 10−6 𝑚

WH28 C1 AGV

50

5.1.2 Lagers Voor de aslagers worden wentellagers gebruikt. Deze lagers zijn erg betrouwbaar en hebben een lage weerstand op de as. Het voorwiel wordt, doordat het moet sturen, heeft naast radiaal ook axiaal belast. De maximale stuurhoek a is 30°. Lager belasting voorwiel Fvw = 5798,4 N Fvw = 5,8 kN Fa = r(as + flens) * T(Nm) r(as + flens) = 20mm T = 11 Nm Fa = 0,02 * 11 = 550 N Fr = 5800 N 2 m/s = ((pi * 300 mm * 10^-3) / 60) * n 2 = 0,016 * n 2 / 0,016 = n = 127 n = 127 omw/min, toerental as Uit tabel 14-7 kan worden opgemaakt dat de te na te streven fl waarden voor hijs en transport werktuigen ongeveer 3 tot 4,5 zijn. De levensduur L10h zal dan ergens tussen 13.500 en 75.000 werkuren zijn. Voor de AGV wordt een levensduur van 50.000 werkuren verlangd. De AGV zal elke dag minimaal 8 uur rijden, een lange levensduur is hierdoor vereist. Uit tabel 14-4 en 14-5 kunnen fn en fa bepaald worden. Bij een toerental n van 127 en levensduur L10 van 50.000. Toerental factor fn = ((33 1/3) / 127)^(1/3) = 0,64 Levensduur factor fl = (50.000 / 500)^(1/3) = 4,64 fl/fn = 7,2 > 0,44 X = 7,2 Y = 2 (veilig geschat) P = X * Fr + Y * Fa P = 7,2 * 5800 + 2 * 550 = 4,3 kN Verder geldt dat C/P = fl/fn, of C = P * (fl/fn) C = 4,3 kN * ( 4,6 / 0,64) = 30,8 kN

Op de as wordt een klemflens bevestigd waar het lager komt. De diameter van de as wordt hierdoor 40 mm. Het kengetal, uit tabel 14-1, wordt dan 08. Zelfinstellend kogellager DIN 635-2208 voldoet aan de gestelde eisen. Vooras

DIN635-2208

WH28 C1 AGV

C = 31,5

C0 = 9,5 51

Aangezien de achterwielen niet axiaal belast worden is Fa = 0. Lager belasting achterwiel Faw = 6709 N / 2 = 3,35 kN P = X * Fr + Y * Fa Fr = 3,35 kN Fa = 0 X=1 P = Fr = 3,35 kN 2 m/s = ((pi * 300 mm * 10^-3) / 60) * n 2 = 0,016 * n 2 / 0,016 = n = 127 n = 127 omw/min, toerental as Uit tabel 14-7 kan worden opgemaakt dat de te na te streven fl waarden voor hijs en transport werktuigen ongeveer 3 tot 4,5 zijn. De levensduur L10h zal dan ergens tussen 13.500 en 75.000 werkuren zijn. Voor de AGV wordt een levensduur van 50.000 werkuren verlangd. De AGV zal elke dag minimaal 8 uur rijden, een lange levensduur is hierdoor vereist. Toerental factor fn = ((33 1/3) / n)^(1/3) Toerental factor fn = ((33 1/3) / 127)^(1/3) = 0,64 Levensduur factor fl = (L10h / 500)^(1/3) Levensduur factor fl = (50.000 / 500)^(1/3) = 4,64 Verder geldt dat C/P = fl/fn, of C = P * (fl/fn) C = 3,35 kN * (4,64 / 0,64) = 24,3 kN Op de as wordt een klemflens bevestigd waar het lager komt. De diameter van de as wordt hierdoor 35 mm. Het kengetal, uit tabel 14-1, wordt dan 07. Groefkogellager DIN 625-6207 voldoet aan de gestelde eisen. Achteras

WH28 C1 AGV

2x DIN625-6207

C=25,5 C0=15,3

52

5.2 Berekeningen aandrijving en sturing 5.2.1 Motor Voor de aandrijving van de AGV is een synchrone borstelloze DC motor gekozen. Constanten Massa voertuig Last maximaal Massa voertuig totaal Maximale snelheid voertuig Rolweerstandfactor volrubber Luchtweerstand Straal Wiel configuratie

Aangegeven met mv ml mt vmax ή Fl r

Waardes 500 kg 1000 kg 1750 kg 2 m/s 3.4 % verwaarloosbaar 150 mm Driewieler, stuurwiel voor

Fw = 0.034 * 1750 * 9.81 = 583 N a = Fw/mt = 1/3 m/s²

3 2

t = v/a = 6 sec

V(m/s)

1

s = 1/2 * a * t² = 6 m

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

F = mt * a = 1750 * 1/3 = 583 N

P last = F * v = 3434 W = 3,4 kW Een reductor zal het toerental in de goede verhouding naar het wiel leiden. Motor

Reductor

Last

Dit zal gebeuren met twee maal een rendement van 0,9. P motor = 3434 kW/( 0,9 * 0,9) = 4239 W = 4,2 kW

WH28 C1 AGV

53

ωm = W * (1/7) = 4239 * (1/7) = 606 rad/s v = ω * r  2 = ω * 0,15  ω = 13,33 rad/s i = 606 / 13,33 = 45,46

15

Il = (m*v²)/ ω ² = (1750/2²) / 177,7 = 4,92 kg/m²

10

Il* = 4,92 / 13,33² = 0,028 kg/m²

5

αl = a / r = 8 2/3

0

T(Nm)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

T = (Il*) * 45,46 * αl = 11,0 Nm

5.2.2 Sturing Een juiste berekening voor de benodigde stuurkracht is nog niet eenvoudig. Daarom vereenvoudigen we de berekening voor de juiste kracht door ervoor te kiezen de maximale wrijvingskracht te berekenen. Door dit in stilstand te doen en niet rekening te houden met de lagers zal de berekende kracht zeker voldaan aan de benodigde stuurkracht. De formule om de maximale wrijvingskracht te berekenen is als volgt: 𝐹𝑤 ,𝑚𝑎𝑥 = µ × 𝐹𝑛 Met: µ=wrijvingscoefficient 𝐹𝑛 =normaalkracht in N Uit de tabel hiernaast is te vinden dat rubber op droog beton een statische wrijvingscoefficient van 0,9 heeft. De normaalkracht is gelijk een de kracht welke op het voorwiel staat. Deze is in de frameberekeningen te vinden: Fvoorwiel = 5798,4 N Invullen geeft: 𝐹𝑤 ,𝑚𝑎𝑥 = 0,9 × 5798,4 = 5218,56𝑁 Het wiel zal bewegen door een tandwiel met een straal van 0,2meter. Wanneer we het stuur 45graden willen draaien per seconde betekend dit dat het tandwiel een snelheid van: 𝑣 = 𝜔 × 𝑟 heeft, met

v= hoeksnelheid in m/s 𝜔=radialen per sec r = straal in m 1 𝑣 = 4 𝜋 × 0,2 = 0,16𝑚/𝑠

WH28 C1 AGV

54

Het benodigde vermogen van de motor is te berekenen met 𝑃 = 𝐹 × 𝑣 Met: P=vermogen in W F=kracht in N v= snelheid in m/s 𝑃 = 5218,56 × 0,16 = 834,97𝑊 oftewel een vermogen van 0,83kW. Bij een rendement van 0,9 heb je een motor nodig van

0,83 0,9

= 0,92𝑘𝑊 𝑃

920

Wanneer de motor een snelheid heeft van 100rad/s heb je een koppel van 𝑇 = 𝜔 = 100 = 9,2𝑁𝑚.

5.2.3 Assen De asdiameter wordt bepaald met de formule 𝑑 =

3

𝑊𝑤 𝜋 16

Met

d= diameter in mm Ww= Weerstandsmoment bij wrijving. 𝑀𝑤 Dit weerstandsmoment bereken je als volgt: 𝑊𝑤 = 𝑇𝑤 Met Mw=wringend moment ook wel het koppel in Nmm Tw=wringspanning van het materiaal. 𝑇𝑤 = 0,4 × 𝑅𝑒ℎ × 𝐹𝑏𝑒𝑙 Met Reh=Maximale vloeispanning Fbel=belastingsfactor Het materiaal voor de as is warmgewalst assenstaal 280SBM /520-M met Reh=380Pa. Het koppel is gegeven met de motorberekeningen, 11Nm Invullen geeft: 𝑇𝑤 = 0,4 × 380 × 2 3 = 101 𝑁 𝑚𝑚2 𝑊𝑤 = 𝑑=

11000

101 3 108,91 𝜋 16

= 108,91𝑚𝑚3 = 8,216mm

Wanneer je hier een veiligheidsfactor van 1,5 overheen doet krijg je 12,324mm.Je hebt dus een as van 12mm nodig. Om dit te controlen berekenen we de as nog op buiging.

WH28 C1 AGV

55

5.3 Berekeningen energievoorziening Om te kunnen berekenen wat het vermogen van de accu’s dient te bedragen moet er eerst informatie over de stroomverbruikers bekend zijn. Wat is het verbruik van deze? Hoe veel worden deze gebruikt? En meer van dat soort vragen. De stroomverbruikers welke invloed zullen hebben op het vermogen van de accu: - Electromotor ten behoeve van de aandrijving - Stappenmotor ten behoeve van de besturing - Laser plaatsbepalingssysteem - Aansturingssysteem - Treksysteem ten behoeve van het laden/lossen van de lading Bij al deze onderdelen van de AGV dient er rekening gehouden te worden met hun relatieve arbeidstijd. Want niet al deze onderdelen zullen non-stop elektrisch vermogen vragen, dit houdt ook in dat het vermogen van de accu niet gelijk dient te zijn aan het opgetelde maximale vermogen van bovenstaande onderdelen. Daarnaast dient er wel rekening te worden gehouden met de maximale ontlading van 80% van een lood accu. Het vermogen van een accu wordt uigedrukt in Ampére-uur (Ah). Dat wil zeggen dat als een accu 45 Ah vermogen heeft dat deze accu een vermogen van 1 Ampére stroom 45 uur achter elkaar kan afgeven. Als eis is er gesteld dat de accu’s 4 uur bedrijfszeker dient te zijn, omdat accu’s in de loop van hun levensduur toch iets achteruit gaan wordt er uitgegaan van een gebruik van 5 uur. Het vermogen van de AGV hangt af van een aantal verbruikers, hieronder een opsomming van het maximale vermogen van de verbruikers. Aandrijfmotor 4200 Watt Stuurmotor 300 Watt Laad- en Lossysteem 300 Watt Software (aansturing AGV) 100 Watt Dan dient er nog gekeken te worden naar hoeveel dat vermogen nodig is, want de AGV behoeft niet constant het volle vermogen te benutten. Ook wordt hierbij rekening gehouden met het feit dat de berekende waardes maximale vermogens zijn en dus bijvoorbeeld voor de stuurinrichting enkel gelden als de AGV bij stilstand moet sturen. Door hiermee rekening te houden kan er gewicht bespaard worden op de accu’s.

Verbruiker Aandrijfmotor Stuurmotor Laad- en Lossysteem Software

WH28 C1 AGV

Vermogen in Gemiddeld Watt gebruik 4200 920 300 100

Rekenvermogen 35% 1470 15% 138 10% 100%

30 100

56

Het totaal benodigd vermogen waarmee dus gerekend zal wordne komt neer op 1738 Watt. Er zal gebruik gemaakt worden van een spanning van 48 volt. P = U*I  I = P / U  1738 / 48 = 36.2 A 36.2 * 5 = 181 Ah Dan dient er nog rekening gehouden te worden met de maximale ontlading van 80% 210/80 * 100 = 226.25 Ah

Dus er zal een accu in de AGV zitten van 48 volt en 230Ah, dit kan een speciaal gemaakt accu zijn maar natuurlijk ook een serieschakeling van 12 volt accu’s. De accupack kan bijvoorbeeld gemaakt worden van een serie van 4 accu’s van 12 volt met 230Ah. Deze zijn in de normale handel te verkrijgen vanwege het feit dat deze bijvoorbeeld gebruikt worden in vrachtwagens en de maritieme wereld. Door er 4 in serie te zetten verkrijgt men een spanning van 48 volt welke gebruikt kan worden voor de AGV. De richtprijs per accu is ongeveer 250 euro, het totale bedrag zou dus ongeveer 1000 euro zijn als men zelf de accupacks samenstelt uit bestaande accu’s. Daarnaast zal daarbovenop nog de kosten komen voor het systeem waarmee de accu gewisseld kan worden. Dit zijn systemen welke zo te koop zijn, hier kan gedacht worden aan een accubak waar de accu’s in zitten met contacten.

Op deze afbeelding is te zien hoe de accu’s in de AGV gemonteerd zijn, deze staan op rails zodat ze verwisseld kunnen worden.

WH28 C1 AGV

57

5.4 Regeling elektronische componenten Het AGV dient een zinnig besturingssysteem hebben. Dat wil zeggen dat er goed nagedacht moet worden over welke componenten er nodig zijn. Deze componenten kunnen uiteindelijk weergegeven worden in een totaaloverzicht van het schakelschema. Dit schakelschema bestaat uit meerdere subschakelingen per functie van het AGV. Hierbij kan gedacht worden aan bijvoorbeeld een noodschakeling of de stuurschakeling. In essentie zal het AGV aangestuurd worden met behulp van een microcomputer die de gegevens van het lasersysteem en de andere sensoren vertaalt naar instructies voor de subschakelingen. Actuele waardes van sensoren worden teruggekoppeld naar de microcomputer, welke zo de functie van een regelaar vervult. De microcomputer zelf zal niet verder worden gespecificeerd aangezien dit deel buiten de van tevoren vastgestelde projectgrenzen valt.

Lasersensor De werking van de lasersensor is eerder besproken. Een laser bevindt zich op een roterend onderdeel op het AGV. Zo kan de laser in alle richtingen de omgeving aftasten. Op wanden, steunpilaren en apparatuur zijn speciale markers aangebracht, die de laserstraal reflecteren in dezelfde richting. Een lichtsensor, op hetzelfde draaiende onderdeel op het AGV, detecteert de teruggekaatste laserstraal. Uit het tijdsinterval tussen het zenden van de lichtstraal en het ontvangen ervan, is de afstand tot de desbetreffende marker te bepalen volgens de onderstaande formule:

c ×t s= 2× n

Waarbij: s = Afstand tot de marker in m c = Lichtsnelheid; 299792485 m/s

= Tijdinterval s wordt vastgesteld ligt de Wanneer deze afstand tussen 2 of meert markers en hetinAGV positie van het AGV vast. Uit de hoek van de laserstraal ten opzichte van het AGV zelf is de n = Refractie index richting vast te stellen waarin het AGV rijdt. De afstand van het AGV ten opzichte van de te volgen lijn is in 2 richtingen te ontbinden. Namelijk de richting tangentieel aan de lijn en de richting loodrecht daarop. Bij afwijkingen tot de lijn zal het AGV gecorrigeerd moeten worden. Dit kan door middel van bijsturen, versnellen of afremmen. De microcomputer zal dus de afstanden moeten berekenen.

WH28 C1 AGV

58

Tangentiële correctie De tangentiële afwijking tot de gewenste lijn is te berekenen met de volgende formule:

c×t ö æ ds = ç s gewenst ÷ cos f 2 × n è ø Bij een negatieve waarde zal de microcomputer een signaal sturen naar de toerenregeling van de aandrijving met de instructie om het toerental tijdelijk te verhogen en dus het AGV te versnellen. Wanneer de waarde positief is betekend dit dat het voertuig te snel rijdt en dus zal de microcomputer de toerenregeling vertellen het voertuig te vertragen. Een voordeel van het lasersysteem is dat het ook mogelijk is de snelheid van het AGV te bepalen met behulp van het Dopplereffect. Dit kan gebruikt worden voor het regelen van het toerental van de aandrijving om de snelheid terug te koppelen naar de microcomputer.

æ T1 ö æ c ö v=ç - 1÷ × ç ÷ × cos f T 2 è ø è nø

Waarbij: V = Snelheid in de richting van de lijn c = Lichtsnelheid; 299 792 485 m/s T1 = Periode laserstraal T2 = Periode teruggekaatste laserstraal

Correctie in de normaalrichting

n = Refractie index

Om de positie loodrecht ten opzichte van de lijn te corrigeren, is er een stuurinrichting ø = Hoek tussen de laserstraal en de nodig. bewegingsrichting van De afwijking wordt berekent door de microcomputer met de volgende formule: Afhankelijk van of de waarde voor ds positief is of negatief, is te bepalen aan welke zijde van het AGV in graden de lijn het AGV zich bevindt. Hierin moet natuurlijk wel meegenomen worden welke kant de laser op gericht staat.

c×t ö æ ds = ç s gewenst ÷ sin f 2×n ø è

WH28 C1 AGV

59

Schakeling stuurinrichting Het stuur moet elektronisch worden geregeld. Dat wil zeggen dat de microcomputer een instructie doorgeeft aan deze subschakeling. In de subschakeling moet een sensor aanwezig zijn die de stand van het stuurwiel terugkoppeld naar de microcomputer. In wat voor eenheid de richting wordt doorgegeven hangt af van welke sensor er gebruikt zal worden. Een ander belangrijk component is de motor die de rotatiebeweging aanstuurt. Rotatiesensor Een sensor die de rotatie omzet in een bepaald signaal, wordt een rotatiesensor genoemd. De reden voor het gebruik van deze sensor is dat als de microcomputer de elektromotor verteld om een bepaalde hoek te draaien, het wiel in werkelijkheid een afwijking zal hebben van deze hoek door bijvoorbeeld wrijving. Deze afwijking is niet van tevoren te voorspellen en dus zal de rotatie teruggekoppeld moeten worden. Hiervoor zijn meerdere soorten sensors op de markt. Hieronder zullen er enkele genoemd worden met hun voor en nadelen. Vervolgens zal er een keuze gemaakt worden, waarna het geheel verder wordt uitgewerkt. Draaiweerstand/potentiometer Op de draaiweerstand staat spanning. Door de draaiweerstand te roteren, gaat er een glijcontact over een materiaal met een constante of logaritmische weerstandscoëfficiënt. Hierdoor zal de stroomsterkte toe of afnemen. Aan de hand van deze waarde kan de microcomputer de stand van het stuur bepalen. Voordelen: Betrouwbaar; Door de eenvoud kan er weinig kapot gaan Goedkoop; Er zijn geen lichtsensoren of andere componenten nodig Nauwkeurig; De meetwaarde is continu Nadelen: Slijtage gevoelig; De sensor heeft een zeer korte levensduur Opwarming door wrijving; De weerstand zal hierdoor toenemen. Beperkte draaivrijheid. Digitale encoder Deze rotatiesensor wordt veelal toegepast en heeft een digitale werking. Hoe meer bits, hoe nauwkeuriger de hoek kan worden vastgesteld. De digitale codering vind plaats volgens het Gray code principe. Gray code is een soort van binaire code, op een andere wijze gerangschikt. Het Nadeel van een binaire code is dat wanneer een bit verkeerd wordt doorgegeven, de bijbehorende decimale waarde enorm verschilt. Bij Gray code is dit probleem opgelost. De sensors worden op 2 manieren toegepast: absolute meting en incrementele meting. Het eerste soort sensor is geschikt voor hoekmetingen en dus zal deze sensor hier verder worden beschouwd.

WH28 C1 AGV

60

Voordelen: Geen slijtage; Sommige van deze encoders maken gebruik van sleepcontacten, maar optische of elektromagnetische encoders worden ook vaak toegepast vanwege de lage slijtage. Nauwkeurig; Hoe meer bits, hoe nauwkeuriger de hoek gemeten kan worden. Omdat er geen hele kleine sensor gewenst is, is er genoeg ruimte voor een hoog aantal bits. Betrouwbaar; Door het gebruik van de Gray code en een lichtsensor, is de betrouwbaarheid hoger dan die van een draaiweerstand. Nadelen: Kosten; Een digitale encoder kost een veelvoud van een draaiweerstand. Elektromagnetische inductie rotatiesensor De werking van deze sensor maakt gebruik van het feit dat de magnetische inductie van een spoel onder een hoek afneemt. Voordelen: Grootte; Deze sensoren zijn te integreren in chips en kunnen dus erg klein gemaakt worden. Geen slijtage; Er zijn geen delen die contact maken. Nauwkeurig; De meetwaarde is continu. Nadelen: Minder betrouwbaar; Gevoeliger voor elektromagnetische straling. Kosten; kost veel meer dan een draaiweerstand, maar minder dan de digitale encoder. Keuzetoelichting rotatiesensor Het is duidelijk dat ieder van deze sensoren zijn eigen voor en nadelen heeft. Het grootste nadeel van de potentiometer is de slijtagegevoeligheid. Aangezien het stuur een onderdeel is dat redelijk frequent in beweging is, is dit natuurlijk erg onhandig. Het grote voordeel van de potentiometer zijn de kosten, maar wanneer de sensor vaak vervangen moet worden, levert dit niets op. Om deze redenen valt de draaiweerstand dan ook gelijk af. De mogelijkheden die over blijven verschillen vrij weinig qua prijs, die sowieso in het niet valt bij de prijs van de rest van het AGV. Een groot voordeel van de magnetische inductiesensor is de grootte, die in dit geval er vrij weinig toe doet. Bovendien is de gevoeligheid voor elektromagnetische straling ongewenst. De digitale encoder kent verder geen nadelen afgezien van de aanschafprijs. Er wordt daarom gekozen voor de digitale encoder. De stand van het stuur zal dus digitaal worden doorgegeven aan de microcomputer. Elektromotor stuurinrichting Nu de rotatiesensor is gekozen, is de schakeling bijna compleet. Er mist echter nog een belangrijk onderdeel. Namelijk de elektromotor. Natuurlijk kan ook hier gekozen worden voor een asynchrone motor, maar eerder is aangetoond dat de nadelen hiervan te groot zijn. Zeker voor een servomotor, die constant dient te versnellen en af te remmen, is het lage rendement bij laag toerental een probleem. Deze motor zal dan ook niet verder worden beschouwd. De overige elektromotoren zullen hieronder genoemd worden.

WH28 C1 AGV

61

Stappenmotor De stappenmotor is een motor die niet bedoeld is voor lange rotaties. Het doel is korte, nauwkeurige aansturing. De motor wordt veel toegepast zonder het gebruik van een sensor voor terugkoppeling. Dit is de voornaamste reden dat stappenmotoren minder vaak worden toegepast dan servosystemen, die nauwkeuriger werken. Echter wordt er steeds meer gebruik gemaakt van stappenmotoren met een terugkoppeling. Hierdoor verliezen ze hun eenvoud en lage prijs, de rotatiesensor kost vaak meer dan de elektromotor, maar de unieke eigenschappen maken het toch zeker een interessante optie voor het AGV. Voordelen: Het houden van moment; De stappenmotor is in staat om star zijn positie te behouden wanneer hij stilstaat. Aangezien het stuurwiel de neiging kan hebben om het stuur te roteren wanneer het voertuig rijdt, is dit een zeer gewenste eigenschap. Nauwkeurig; Door de werking kan de stappenmotor zeer nauwkeurige stappen maken zonder veel overshoot. Koppel; De motor heeft een hoog koppel bij een goed controleerbaar toerental. Eenvoud; Door de eenvoud is de motor goedkoper dan de meeste elektromotoren. Slijtage; De motor bevat geen koolborstels. Nadelen: In combinatie met een rotatiesensor zijn de kosten hoger dan normaal. Overige elektronica; De stappenmotor heeft een pulserende gelijkspanning nodig om te roteren. Hiervoor is extra elektronica nodig Laag koppel Om het houden van moment te gebruiken, moet de stappenmotor onder stroom worden gehouden. DC motor De werking van deze motor is tevens eerder toegelicht. Net als de stappenmotor zal de DC motor worden opgenomen in een servocircuit met de digitale encoder als terugkoppeling. Voordelen: Eenvoud; De regeling van deze motor is erg eenvoudig door het ontbreken van speciale aansturing. Koppel; De motor heeft een hoog koppel bij een goed controleerbaar toerental Nadelen: Het verliezen van moment; De DC motor is niet in staat zijn positie star te houden wanneer deze stil staat. Heeft een beperkte snelheid door de commutator. Slijtage door de koolborstels.

WH28 C1 AGV

62

Borstelloze DC motor Ook deze motor is reeds eerder toegelicht. De eigenschappen lijken op die van de DC motor, maar de borstels ontbreken, waardoor er een geringe slijtage is. Voordelen: Koppel; De motor heeft een hoog koppel bij een goed controleerbaar toerental. Eenvoud; Door de eenvoud is de motor goedkoper dan de meeste elektromotoren. Slijtage; De motor bevat geen koolborstels. Nadelen: Het verliezen van moment; De borstelloze motor is niet in staat zijn positie star te houden wanneer deze stil staat. Overige elektronica; De borstelloze motor heeft een pulserende gelijkspanning nodig om te roteren. Hiervoor is extra elektronica nodig. Keuzetoelichting Servomotor Gekozen is voor de borstelloze DC motor om een aantal redenen. Ten opzichte van de DC motor heeft deze motor het voordeel dat er minder slijtage is door het ontbreken van de koolborstels. De motor zit op een onbereikbare plek, dus het is ideaal als deze zo min mogelijk onderhoud vergt. De stappenmotor vraagt weliswaar even weinig onderhoud, toch valt ook deze keuze af. Stappenmotoren hebben namelijk een minder groot koppel. Bovendien dienen ze voor het vasthouden van het moment constant onder stroom te staan. Dit vergt teveel stroom van de accu's

Servoschakeling Digitale Encoder Servo controller

motor controller

M

Zoals te zien is, bestaat de servoschakeling uit 4 onderdelen: De servo controller; Deze regelaar vergelijkt de opgegeven waarde voor de hoek met de waarde van de rotatiesensor. Aan de hand van deze vergelijking zend de servo controller een stuursignaal naar de stappenmotor controller. De motor controller; Deze regelaar zet de instructies van de servo controller om in een wisselend magnetisch veld in de spoelen van de motor. De borstelloze DC motor; Deze motor drijft het stuur aan. De digitale Encoder; De hoekverdraaiing van de motor wordt door de digitale encoder omgezet in een digitaal signaal. Dit signaal wordt vervolgens teruggekoppeld naar de servocontroller. WH28 C1 AGV

63

Aandrijving AGV De aansturing van de motor is in de eerste plaats afhankelijk van waar de AGV zich bevindt en wat voor snelheid het voertuig heeft. Deze gegevens worden door het positioneringssysteem afgegeven aan de computer. De computer verwerkt deze gegevens en voert een referentiesnelheid aan de elektromotor. De borstelloze motor heeft voor zijn werking altijd een terugkoppeling van zijn snelheid nodig. Door middel van hall-sensoren in de motor ontvangt een speed measurer een signaal met een frequentie die correspondeert met het toerental van de motor. Door dit toerental terug te koppelen op het referentie-getal dat gegeven wordt door de computer, wordt een stabiel feedbackmechanisme gevormd. Om gevaar van aanrijdingen te voorkomen is het AGV niet alleen met laser-sensoren uitgerust om zijn plaats te bepalen. Ook infrarood en tastsensoren zullen continu in bedrijf zijn om het voertuig op elk moment tot stilstand te kunnen brengen. Bij signalering van een obstakel door één van beide sensoren zal via de NOR-poort en een relais de aansturing van de elektomotor onderbroken worden. De ‘speed reference’zal de waarde 0 krijgen en de motor zal tot een stilstand worden gebracht. In onderstaand blokschema volgt ter verduidelijking de implementatie van de verschillende systemen. Dit is een abstract schema en géén elektrotechnische tekening.

Pos. System (laser sensors)

Computer

Infraredsensor

≥1

+

Speed ref.

Speed controller

M

load

-

Relay

Speed measurer

Touchsensor

WH28 C1 AGV

64

6. Logistiek 6.1 Laad- / Lossyteem Het principe Het principe van het laad en los systeem van de AGV berust op het gebruik van rollen. In dit systeem is er vanuit gegaan dat de lading op pallets wordt geleverd en uit een stelling komt die precies even hoog is als de AGV zelf. De pallets worden in de lengte aangevoerd en zullen op dezelfde manier worden afgeleverd. De rollen hebben in principe een vrije rol en worden dus niet aangedreven. Hier door kan de lading op de stelling vrij rollen. Uiteraard zal de lading op de pallets niet van uit zichzelf gaan bewegen door het grote gewicht van de lading. Het systeem Zoals al eerder benoemd wordt de lading op Euro pallets geleverd. De pallets hebben drie steunbalken. De buitenste twee en één in het midden. Dit zijn precies de plaatsen waar de rollen zich bevinden op de AGV. Zoals op het linker bovenste figuur hiernaast te zien is. bevat de pallets twee openingen. Hier zullen uitschuifbare balken op de AGV worden bevestigd die ruime pallet lengte (1200mm) kunnen worden uitgeschoven. Aan beide uiteinde van de balken zitten pinnen bevestigd die in en uitklapbaar zijn doormiddel van een monostabiel cilinder zodat de pallets van en op de AGV kunnen worden geduwd of getrokken. In figuur 2 zijn de assen met de rollen te zien. Tussen elke rollenbank is een afstand van 200mm gehouden zodat hier de uitschuifbare balken tussen passen. De balken zullen elektrisch worden aangedreven. De maximale kracht die op de rollen komt te staan is de maximale lading met het gewicht van een pallet erbij. Een pallet weegt gemiddeld 25Kg, de maximale lading is 1000Kg. Dit maakt een totaal van 1025Kg. Zoals in figuur1 te zien wordt de last verdeelt over drie draagbalken. Dus zou elke rollerbank ruim 3,5 KN moeten kunnen dragen.

WH28 C1 AGV

65

Rol weerstand Ronde de assen van de rollen in de rollerbank worden lagers geplaatst zodat deze zo min mogelijke rol weerstand creëert bij het verplaatsen van een lading. De laatste rol van elke bank wordt aangedreven voor een elektromotor. De assen van de laatste rollen worden met elkaar verbonden zodat ze allemaal even hard rollen. Om de rollen heen is een rubberen rups band bevestigd. Op deze manier wordt er meer weerstand tussen het hout en de rollen bewerkstelligd.

Laad en los regeling Laden en lossen wordt geregeld door de twee uitschuifbare armen. De uitschuifbare armen werken gecontroleerd samen met de aangedreven rollerbanken. Laden: Bij het landen zullen de twee armen voor twee derde van hun lengte uitschuiven. Totdat het begin van de uitschuifarm net verder is dan het middelste blok in de pallet. Nu wordt met de monostabiele cilinder de pen uitgeschoven en dus achter het blok gehaakt. De armen schuiven weer in naar hun rust stand. Het pallet staat nu voor twee derde op de AGV. De pen schuift weer in en de rollerbanken verschuiven de pallet het laatste stuk op de AGV. Lossen: Bij het lossen zullen eerst de rollerbanken in beweging komen. deze duwen de pallet voor twee derde van de AGV op de stelling. Aangezien het grootste gewicht nu op de stelling staat zullen de rollen grip verliezen. Daarom wordt het laatste stuk met de uitschuifarmen gedaan. De armen staan op dit moment nog in rust stand. De pinnen worden uitgeschoven met de monostabiele cilinders. Bij het uitschuiven van de uitschuifbare balken wordt de pallet voor het laatste stuk op de stelling geschoven. De pinnen worden weer ingetrokken en de armen worden weer ingetrokken. Aandrijving De aandrijving bestaat uit verschillende onderdelen.

WH28 C1 AGV

66

uitschuifbare armen: De armen worden met een elektromotor aangedreven. Aan de bodem van armen bevinden zich tanden. De elektromotor drijft een tandwielkast aan. Deze is weer aangesloten op de tanden van de armen. Dus wanneer de elektromotor de tandwielen op gang brengt zal de arm geen in of uit schuiven. Rollerbank: De rollerbank wordt ook aangedreven door een elektromotor. Hier wordt voor de overbrenging een band gebruikt. De band brengt de assen van de laatste wielen van de rollerbanken in beweging en zo de gehele bank. Pinnen: De pinnen worden bestuurd door een monostabiele cilinder. Dus wanneer er signaal bij de cilinders doorkomt zal de pin uitschuiven. Zonder signaal zal de pin weer inschuiven.

In dit figuur staan de 2 armen in uitgeschoven toestand.

In dit figuur is te zien hoe de pinnen uit de armen steken om de pallet mee te haken

WH28 C1 AGV

67

6.2 Fabrieks lay-out In de afbeelding hieronder is te zien hoe de lay-out van de fabriek zou kunnen zijn, dit is natuurlijk geen vereiste want juist door de mobiliteit van de AGV is een flexibele opstelling mogelijk.

Een voorbeeld van een fabrieks lay-out

WH28 C1 AGV

68

7. Kosten Ontwerpkosten In de studiewijzer van dit project staan er 168 studie belasting uren. Dit is per student. En aangezien de projectgroep bestaat uit zeven studenten, kan de volgende berekening gemaakt worden:

168 uur x 7 studenten x 40 euro =

47.040 euro

Kosten materialen

Wielen

1200

euro

Frame, lagers en assen

1000

euro

Accu’s

1000

euro

Laad-lossysteem

10.000 euro

Aandrijfmotor

500

euro

Stuurinrichting

300

euro

Tastsensoren

150

euro

Infraroodsensor

150

euro

Lasersysteem voor positiebepaling

2000

euro

Boordcomputer

300

euro

Productiekosten

10000 euro

_________________________________________________________________________________ (Materiaal +productie)kosten voor een enkele AGV :

26600

euro

_________________________________________________________________________________ Totaalkosten bij aanschaf :

73640

euro

Zoals te zien is in bovenstaand kostenoverzicht zijn de ontwerpkosten ongeveer 1,8 keer zo hoog als de productiekosten. Een grotere afname van AGV’s is uiteraard gunstig omdat de ontwerpkosten eenmalig zijn.

WH28 C1 AGV

69

8. Conclusie Na aanleiding van het eindrapport kan er geconcludeerd worden dat bij het ontwerpen van een AGV veel komt kijken. Van het ontwerpen van een frame tot het dimensioneren van een elektromotor. De belangrijkste opgave was de AGV een dergelijke functie te geven dat deze ook daadwerkelijk de productieproces versnelt en het er voor zorgt dat de man uren afnemen. Er kan geconcludeerd worden dat dit ook van toepassing is. Met het innovatieve laad/lossysteem kan er snel pallets met een zware last verplaatst worden naar de juiste bestemming. Dit laad/lossysteem is Multi toepasbaar door dat het zowel pallets uit een stelling kan wegnemen als pallets op verschillende lopende banden plaatsen. Verder is het ook gelukt om een compacte lichte AGV te ontwerpen. De accu’s en de elektromotoren wegen allemaal relatief weinig ten opzichte van de last. Verder is de last ook het gene wat de grootste dimensies heeft. De lood gel accu’s zijn simpel in gebruik en makkelijk op te laden. Hier is bewust voor gekozen zodat de rest van de AGV hier geen last van zou ondervinden. Verder zijn alle onderdelen relatief makkelijk toegankelijk. Hierdoor kan er snel onderhoud gepleegd worden of reparaties worden uitgevoerd. Al deze onderdelen zorgen voor een nette en goed uitgeruste AGV.

Het uiteindelijke ontwerp

WH28 C1 AGV

70

Bronnen http://www.batteries-direct.nl http://nl.wikipedia.org Roloff Matek – Machine onderdelen

WH28 C1 AGV

71