Allestimento del muletto

Dopo aver fatto le prove preliminari, è stato attrezzato un muletto reale con tutto il sistema UWB insieme ad altri sensori.

Per montare tutti i componenti necessari bisogna tener conto anche di alcune norme di sicurezza, e verificare che non ci siano interferenze con gli altri sistemi già presenti. Le operazioni di montaggio sono state fatte presso l’officina OM Still di Barboncini Nello a Livorno.

All’interno del progetto verranno allestiti un totale di quattro muletti, di cui solamente due attrezzati anche con l’elettronica necessaria per l'elaborazione di tutti i dati, in una scheda di sviluppo, e gli altri due attrezzati solamente con i cablaggi e le antenne necessarie al sistema.

I componenti elettronici verranno chiusi in una scatola di plastica chiamata E-box per proteggerli da agenti atmosferici. Quest’ultima dovrà essere anche facilmente estraibile, in modo che, in caso di guasto di un muletto, possa essere installata su uno degli altri muletti già cablati.

Dalla E-box uscirà il cavo Ethernet per la connessione a un tablet che riceverà i dati e li salverà in un file di log, pronti per essere analizzati.

Oltre al sistema UWB verranno montati anche altri sistemi ausiliari in modo da poter confrontare i risultati ottenuti. In particolare verrà installato anche un sistema RFID passivo per confrontare i risultati di posizionamento con quelli del sistema UWB e per il riconoscimento del carico, un sensore di prossimità per il riconoscimento degli eventi di carico e scarico dei pallet, e un sensore di velocità per validare i dati di spostamento ottenuti dagli altri sistemi e eventualmente utilizzare anche un algoritmo di navigazione inerziale. Nel seguito vengono illustrate le posizioni scelte per ognuno di questi componenti hardware e ne vengono descritte alcune caratteristiche principali.

In Figura 23 viene mostrato l’allestimento del muletto con tutti i dispositivi installati. Di seguito in Figura 24 si riporta uno schema a blocchi che illustra il funzionamento del sistema e i cavi utilizzati per le connessioni.

Figura 23: Allestimento finale del muletto. Sul tettuccio vengono montati la E-box comprensiva del tag UWB, l’antenna RFID che punta verso il tetto, e le due antenne frontali per il reader RFID. Frontalmente viene messo anche un sensore ultrasonico di prossimità; Sul fondo viene installato un sensore di movimento ottico. Di fronte alla postazione dell’operatore viene messo un tablet che visualizza i dati ricevuti da tutti i sistemi.

Figura 24: Schema a blocchi del sistema. La E-box è collegata direttamente a ognuno dei sistemi utilizzati, e a un tablet

per l’interfaccia grafica con l’utente. Eventualmente è possibile includere altri sistemi già presenti a bordo utilizzando lo stesso tablet.

Un tag UWB DWM1001 viene posizionato all’interno della E-box.

Tenendo conto che le ancore UWB nel magazzino verranno posizionate in prossimità del soffitto, il tag viene posizionato più in alto possibile in modo da risultare più possibile vicino al piano delle ancore, tenendo conto del diagramma di irradiazione delle antenne mostrato sul Datasheet. Per questo si sceglie di montare la E-box sopra il tettuccio facendo attenzione che non oscuri il lampeggiante. Non potendo forare il tettuccio del muletto per motivi di sicurezza, si sceglie di fissarla con del nastro apposito molto resistente. Questa è una soluzione che, oltre a garantire la stabilità della E-box senza rischio di caduta, consente anche di sostituirla in maniera semplice e veloce in caso di guasto.

La E-box viene collegata a un tablet tramite un normale cavo di rete Ethernet, per poter visualizzare sullo schermo lo spostamento del muletto all’interno del magazzino.

Per il fissaggio delle ancore si fa uso di alcune sbarrette metalliche, a cui si fissa una ultima terminazione in vetronite per evitare interferenze di oggetti metallici in prossimità delle ancore. Questa soluzione permette di agganciare tutte le ancore necessarie alle blindosbarre in modo che restino in LOS tra di loro, e che siano abbastanza stabili.

Un sensore di prossimità viene posizionato di fronte al muletto per riconoscere gli eventi di carico e scarico di pallet (Figura 25).

Il sensore utilizzato è della serie UK6C e riconosce ostacoli a distanza da 6 cm a 80 cm. Quando viene misurata una distanza inferiore a 80 cm si attiva l’antenna frontale del sistema RFID per il riconoscimento del carico.

Figura 25: Sensore ultrasonico UK6C per riconoscimento di ostacoli a distanza minima di 6cm fino a una distanza

Oltre al sistema UWB viene montato anche un sistema RFID in banda UHF. Il reader Impinji Speedway Revolution R420-UE12M1 (Figura 26) viene montato all’interno della E- box e viene collegato a tre antenne presenti sul muletto di cui una che punta verso l’alto, e due che puntano frontalmente (Figura 23).

L’idea è quella di porre dei tag RFID passivi sui pallet per il riconoscimento del carico con le antenne frontali, mentre l’antenna in alto serve per cercare di correggere l’errore commesso nel calcolo della traiettoria, eventualmente fissando dei tag al soffitto.

Le antenne frontali sono Advantenna-p11 fornite da Keonn (Figura 27a), mentre quella che punta al soffitto è della serie ALR-A0501 fornita da Alien (Figura 27b).

Figura 26: Reader Impinji Speedway Revolution R420-UE12M1. Opera nella banda UHF. Ha una sensitività massima

di –84 dBm e 4 porte per connettere le antenne, estendibili fino a 32 antenne con l’uso di Impinji Speedway Antenna Hub. La potenza trasmessa può variare da +10dBm a +30 dBm secondo le normative EU.

Figura 27: Antenne utilizzate per il sistema RFID. (a) Advantenna-p11 con un guadagno di 3.2 dBi e un fascio a –3 dB

di 100° sia in azimuth sia in elevazione; (b) ALR-A0501 con un guadagno di 6 dBi e un fascio a –3 dB di 105° sia in azimuth sia in elevazione.

Viene installato sul forklift anche un sensore ottico di velocità sul fondo, con l’obiettivo di calcolare lo spostamento di quest’ultimo lungo le coordinate x e y del magazzino tramite un algoritmo di navigazione inerziale (Dead Reckoning) conoscendo la posizione e la direzione iniziale di partenza.

Il sensore scelto è un ADNS-3080 di Avago Technologies (Figura 28) capace di misurare accelerazioni fino a 15 g. Questo sensore unito a una lente ADNS-2120 forma un sistema di tracciamento completo e compatto che può essere utilizzato anche per un i mouse ottici. Il sensore acquisisce immagini di dimensioni 30 x 30 pixel con un frame rate fino a 6400 fps e le elabora per determinare la direzione e la distanza percorsa. Inoltre garantisce il funzionamento a temperature che variano da –15 °C a +55 °C.

Figura 28: Sensore di movimento ottico ADN-3080. Acquisisce immagini di dimensione 30 x 30 pixel e riesce a

misurare accelerazioni fino a 15 g con frame rate fino a 6400 fps.

Questo sensore viene inserito all’interno di una scatola in plastica con uno schermo di plexiglass per proteggere la lente da polvere o altri agenti atmosferici, e sarà posto a 15.5 cm di altezza da terra.

Per ridurre gli errori negli spostamenti è necessaria una corretta messa a fuoco del sensore per la distanza utilizzata. Inoltre è opportuno che l’area inquadrata dalla telecamera sia ben illuminata, per questo si utilizzano delle guide luce per portare le luci dei led fino al piano dello schermo in plexiglass, in modo da evitare la formazione di coni d’ombra dovuti all’obiettivo che sporgeva davanti ai led stessi.