Liikkuvien työkoneiden navigointi ja paikannus

Translated title of the contribution: Navigation and positioning of mobile robots

Hannu Mäkelä, Juhani Annanpalo, Auvo Penttinen, Kari Koskinen

Research output: Book/ReportReportProfessional

Abstract

Autonomisesti liikkuvien ja toimivien työkoneiden uskotaan tulevaisuudessa korvaavan nykyisin käytössä olevia miehitettyjä koneita useilla sovellusalueilla. Suomen teollisuuden kannalta kiinnostavia kohteita ovat mm. kaivos-, pelto- ja metsäympäristöt. Työkoneen autonominen toiminta edellyttää koneen tarkkaa paikantamista työympäristössä. Tutkimuksessa perehdyttiin erilaisiin antureihin ja järjestelmiin, joita voidaan käyttää miehitettyjen tai autonomisten työkoneiden paikan määritykseen. Kirjallisuusselvitysten lisäksi rakennettiin mikrotietokonepohjainen tiedonkeruujärjestelmä, jota käyttäen testattiin ja kehitettiin navigoinnissa ja paikannuksessa tarvittavia antureita ja järjestelmiä. Kokeita tehtiin sekä laboratoriossa että todellisuutta vastaavissa ulko-olosuhteissa eri vuodenaikoina. ULkoilmakokeissa käytettiin maataloustraktoria testiajoneuvona. Projektissa tutkittiin merkintälaskua eli kompassin ja matkan mittauksen yhteiskäyttöä työkoneen paikan määritykseen. Matkan mittaukseen käytettiin sekä mikroaaltotekniikalla toimivaa maunopeustutkaa että erillistä mittapyörää. Molemmat mittaukset toimivat varsin tarkasti. Työkoneen heilahtelujen todettiin häiritsevän kompassin toimintaa, mikä heikensi merkintälaskuilla saavutettavaa paikannustarkkuutta. Lisäksi testattiin ultraääniantureiden soveltuvuutta esteiden havaitsemiseen ja seinäpinnan seuraamiseen. Kokeiltavana olleet anturit havaitsivat riittävän suuret lähellä olevat esteet luotettavasti. Tarkempaa tietoa esteen laadusta ei niillä saada. Infrapunakytkimiä kokeiltiin heijastavien maamerkkien paikannuksessa. Kytkimet toimivat lyhyillä etäisyyksillä luotettavasti. Infrapunaetäisyysanturia kokeiltiin etäisyyden mittaukseen lähellä oleviin pintoihin. Pinnan laadun todettiin vaikuttavan voimakkaasti mittaustulokseen. Kulku-uran merkitsemiseen voidaan käyttää ympäristöstä helposti erottavia maamerkkejä, joita havaitaan kameran apuna tietokonenäköä käyttäen. Tehdyissä suppeissa kokeissa maamerkit kyettiin havaitsemaan varsin luotettavasti. Koneen kallistumia ja horisontaalisia kiihtyvyyksiä mitattiin kallistuskulma-ja kiihtyvyysantureilla. Sopivasti vaimennettua kallistuskulma-anturia voidaan käyttää vaarallisten kallistumien havaitsemiseen. Kiihtyvyysanturin käyttö edellyttää koneen tärinöiden vuoksi sopivaa anturin sisäistä vaimennusta tai mittaussignaalin suodatusta. Mikroaaltotekniikan käyttäjä työkoneen tarkkaan paikannukseen selvitettiin yhteistyössä ruotsalaisen tutkimuslaitoksen kanssa Lasertekniikan käyttöä paikannukseen selvitettiin perehtymällä paikannusjärjestelmää kehittävän ruotsalaisen yrityksen tuotteeseen sekä testaamalla servoidun takymetrin soveltuvuutta liikkuvan työkoneen paikantamiseen.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages98
ISBN (Print)951-38-3841-2
Publication statusPublished - 1991
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

NameTiedotteita / Valtion teknillinen tutkimuskeskus
PublisherVTT
No.1210
ISSN (Print)0358-5085

Fingerprint

robots

Keywords

  • autonomous mobile robots
  • vehicles
  • navigation
  • sensors
  • positioning

Cite this

Mäkelä, H., Annanpalo, J., Penttinen, A., & Koskinen, K. (1991). Liikkuvien työkoneiden navigointi ja paikannus. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita, No. 1210
Mäkelä, Hannu ; Annanpalo, Juhani ; Penttinen, Auvo ; Koskinen, Kari. / Liikkuvien työkoneiden navigointi ja paikannus. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1991. 98 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita; No. 1210).
@book{0ab2bc0efd354c8e8c346fb1b559e054,
title = "Liikkuvien ty{\"o}koneiden navigointi ja paikannus",
abstract = "Autonomisesti liikkuvien ja toimivien ty{\"o}koneiden uskotaan tulevaisuudessa korvaavan nykyisin k{\"a}yt{\"o}ss{\"a} olevia miehitettyj{\"a} koneita useilla sovellusalueilla. Suomen teollisuuden kannalta kiinnostavia kohteita ovat mm. kaivos-, pelto- ja mets{\"a}ymp{\"a}rist{\"o}t. Ty{\"o}koneen autonominen toiminta edellytt{\"a}{\"a} koneen tarkkaa paikantamista ty{\"o}ymp{\"a}rist{\"o}ss{\"a}. Tutkimuksessa perehdyttiin erilaisiin antureihin ja j{\"a}rjestelmiin, joita voidaan k{\"a}ytt{\"a}{\"a} miehitettyjen tai autonomisten ty{\"o}koneiden paikan m{\"a}{\"a}ritykseen. Kirjallisuusselvitysten lis{\"a}ksi rakennettiin mikrotietokonepohjainen tiedonkeruuj{\"a}rjestelm{\"a}, jota k{\"a}ytt{\"a}en testattiin ja kehitettiin navigoinnissa ja paikannuksessa tarvittavia antureita ja j{\"a}rjestelmi{\"a}. Kokeita tehtiin sek{\"a} laboratoriossa ett{\"a} todellisuutta vastaavissa ulko-olosuhteissa eri vuodenaikoina. ULkoilmakokeissa k{\"a}ytettiin maataloustraktoria testiajoneuvona. Projektissa tutkittiin merkint{\"a}laskua eli kompassin ja matkan mittauksen yhteisk{\"a}ytt{\"o}{\"a} ty{\"o}koneen paikan m{\"a}{\"a}ritykseen. Matkan mittaukseen k{\"a}ytettiin sek{\"a} mikroaaltotekniikalla toimivaa maunopeustutkaa ett{\"a} erillist{\"a} mittapy{\"o}r{\"a}{\"a}. Molemmat mittaukset toimivat varsin tarkasti. Ty{\"o}koneen heilahtelujen todettiin h{\"a}iritsev{\"a}n kompassin toimintaa, mik{\"a} heikensi merkint{\"a}laskuilla saavutettavaa paikannustarkkuutta. Lis{\"a}ksi testattiin ultra{\"a}{\"a}niantureiden soveltuvuutta esteiden havaitsemiseen ja sein{\"a}pinnan seuraamiseen. Kokeiltavana olleet anturit havaitsivat riitt{\"a}v{\"a}n suuret l{\"a}hell{\"a} olevat esteet luotettavasti. Tarkempaa tietoa esteen laadusta ei niill{\"a} saada. Infrapunakytkimi{\"a} kokeiltiin heijastavien maamerkkien paikannuksessa. Kytkimet toimivat lyhyill{\"a} et{\"a}isyyksill{\"a} luotettavasti. Infrapunaet{\"a}isyysanturia kokeiltiin et{\"a}isyyden mittaukseen l{\"a}hell{\"a} oleviin pintoihin. Pinnan laadun todettiin vaikuttavan voimakkaasti mittaustulokseen. Kulku-uran merkitsemiseen voidaan k{\"a}ytt{\"a}{\"a} ymp{\"a}rist{\"o}st{\"a} helposti erottavia maamerkkej{\"a}, joita havaitaan kameran apuna tietokonen{\"a}k{\"o}{\"a} k{\"a}ytt{\"a}en. Tehdyiss{\"a} suppeissa kokeissa maamerkit kyettiin havaitsemaan varsin luotettavasti. Koneen kallistumia ja horisontaalisia kiihtyvyyksi{\"a} mitattiin kallistuskulma-ja kiihtyvyysantureilla. Sopivasti vaimennettua kallistuskulma-anturia voidaan k{\"a}ytt{\"a}{\"a} vaarallisten kallistumien havaitsemiseen. Kiihtyvyysanturin k{\"a}ytt{\"o} edellytt{\"a}{\"a} koneen t{\"a}rin{\"o}iden vuoksi sopivaa anturin sis{\"a}ist{\"a} vaimennusta tai mittaussignaalin suodatusta. Mikroaaltotekniikan k{\"a}ytt{\"a}j{\"a} ty{\"o}koneen tarkkaan paikannukseen selvitettiin yhteisty{\"o}ss{\"a} ruotsalaisen tutkimuslaitoksen kanssa Lasertekniikan k{\"a}ytt{\"o}{\"a} paikannukseen selvitettiin perehtym{\"a}ll{\"a} paikannusj{\"a}rjestelm{\"a}{\"a} kehitt{\"a}v{\"a}n ruotsalaisen yrityksen tuotteeseen sek{\"a} testaamalla servoidun takymetrin soveltuvuutta liikkuvan ty{\"o}koneen paikantamiseen.",
keywords = "autonomous mobile robots, vehicles, navigation, sensors, positioning",
author = "Hannu M{\"a}kel{\"a} and Juhani Annanpalo and Auvo Penttinen and Kari Koskinen",
year = "1991",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-3841-2",
series = "Tiedotteita / Valtion teknillinen tutkimuskeskus",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "1210",
address = "Finland",

}

Mäkelä, H, Annanpalo, J, Penttinen, A & Koskinen, K 1991, Liikkuvien työkoneiden navigointi ja paikannus. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita, no. 1210, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Liikkuvien työkoneiden navigointi ja paikannus. / Mäkelä, Hannu; Annanpalo, Juhani; Penttinen, Auvo; Koskinen, Kari.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1991. 98 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita; No. 1210).

Research output: Book/ReportReportProfessional

TY - BOOK

T1 - Liikkuvien työkoneiden navigointi ja paikannus

AU - Mäkelä, Hannu

AU - Annanpalo, Juhani

AU - Penttinen, Auvo

AU - Koskinen, Kari

PY - 1991

Y1 - 1991

N2 - Autonomisesti liikkuvien ja toimivien työkoneiden uskotaan tulevaisuudessa korvaavan nykyisin käytössä olevia miehitettyjä koneita useilla sovellusalueilla. Suomen teollisuuden kannalta kiinnostavia kohteita ovat mm. kaivos-, pelto- ja metsäympäristöt. Työkoneen autonominen toiminta edellyttää koneen tarkkaa paikantamista työympäristössä. Tutkimuksessa perehdyttiin erilaisiin antureihin ja järjestelmiin, joita voidaan käyttää miehitettyjen tai autonomisten työkoneiden paikan määritykseen. Kirjallisuusselvitysten lisäksi rakennettiin mikrotietokonepohjainen tiedonkeruujärjestelmä, jota käyttäen testattiin ja kehitettiin navigoinnissa ja paikannuksessa tarvittavia antureita ja järjestelmiä. Kokeita tehtiin sekä laboratoriossa että todellisuutta vastaavissa ulko-olosuhteissa eri vuodenaikoina. ULkoilmakokeissa käytettiin maataloustraktoria testiajoneuvona. Projektissa tutkittiin merkintälaskua eli kompassin ja matkan mittauksen yhteiskäyttöä työkoneen paikan määritykseen. Matkan mittaukseen käytettiin sekä mikroaaltotekniikalla toimivaa maunopeustutkaa että erillistä mittapyörää. Molemmat mittaukset toimivat varsin tarkasti. Työkoneen heilahtelujen todettiin häiritsevän kompassin toimintaa, mikä heikensi merkintälaskuilla saavutettavaa paikannustarkkuutta. Lisäksi testattiin ultraääniantureiden soveltuvuutta esteiden havaitsemiseen ja seinäpinnan seuraamiseen. Kokeiltavana olleet anturit havaitsivat riittävän suuret lähellä olevat esteet luotettavasti. Tarkempaa tietoa esteen laadusta ei niillä saada. Infrapunakytkimiä kokeiltiin heijastavien maamerkkien paikannuksessa. Kytkimet toimivat lyhyillä etäisyyksillä luotettavasti. Infrapunaetäisyysanturia kokeiltiin etäisyyden mittaukseen lähellä oleviin pintoihin. Pinnan laadun todettiin vaikuttavan voimakkaasti mittaustulokseen. Kulku-uran merkitsemiseen voidaan käyttää ympäristöstä helposti erottavia maamerkkejä, joita havaitaan kameran apuna tietokonenäköä käyttäen. Tehdyissä suppeissa kokeissa maamerkit kyettiin havaitsemaan varsin luotettavasti. Koneen kallistumia ja horisontaalisia kiihtyvyyksiä mitattiin kallistuskulma-ja kiihtyvyysantureilla. Sopivasti vaimennettua kallistuskulma-anturia voidaan käyttää vaarallisten kallistumien havaitsemiseen. Kiihtyvyysanturin käyttö edellyttää koneen tärinöiden vuoksi sopivaa anturin sisäistä vaimennusta tai mittaussignaalin suodatusta. Mikroaaltotekniikan käyttäjä työkoneen tarkkaan paikannukseen selvitettiin yhteistyössä ruotsalaisen tutkimuslaitoksen kanssa Lasertekniikan käyttöä paikannukseen selvitettiin perehtymällä paikannusjärjestelmää kehittävän ruotsalaisen yrityksen tuotteeseen sekä testaamalla servoidun takymetrin soveltuvuutta liikkuvan työkoneen paikantamiseen.

AB - Autonomisesti liikkuvien ja toimivien työkoneiden uskotaan tulevaisuudessa korvaavan nykyisin käytössä olevia miehitettyjä koneita useilla sovellusalueilla. Suomen teollisuuden kannalta kiinnostavia kohteita ovat mm. kaivos-, pelto- ja metsäympäristöt. Työkoneen autonominen toiminta edellyttää koneen tarkkaa paikantamista työympäristössä. Tutkimuksessa perehdyttiin erilaisiin antureihin ja järjestelmiin, joita voidaan käyttää miehitettyjen tai autonomisten työkoneiden paikan määritykseen. Kirjallisuusselvitysten lisäksi rakennettiin mikrotietokonepohjainen tiedonkeruujärjestelmä, jota käyttäen testattiin ja kehitettiin navigoinnissa ja paikannuksessa tarvittavia antureita ja järjestelmiä. Kokeita tehtiin sekä laboratoriossa että todellisuutta vastaavissa ulko-olosuhteissa eri vuodenaikoina. ULkoilmakokeissa käytettiin maataloustraktoria testiajoneuvona. Projektissa tutkittiin merkintälaskua eli kompassin ja matkan mittauksen yhteiskäyttöä työkoneen paikan määritykseen. Matkan mittaukseen käytettiin sekä mikroaaltotekniikalla toimivaa maunopeustutkaa että erillistä mittapyörää. Molemmat mittaukset toimivat varsin tarkasti. Työkoneen heilahtelujen todettiin häiritsevän kompassin toimintaa, mikä heikensi merkintälaskuilla saavutettavaa paikannustarkkuutta. Lisäksi testattiin ultraääniantureiden soveltuvuutta esteiden havaitsemiseen ja seinäpinnan seuraamiseen. Kokeiltavana olleet anturit havaitsivat riittävän suuret lähellä olevat esteet luotettavasti. Tarkempaa tietoa esteen laadusta ei niillä saada. Infrapunakytkimiä kokeiltiin heijastavien maamerkkien paikannuksessa. Kytkimet toimivat lyhyillä etäisyyksillä luotettavasti. Infrapunaetäisyysanturia kokeiltiin etäisyyden mittaukseen lähellä oleviin pintoihin. Pinnan laadun todettiin vaikuttavan voimakkaasti mittaustulokseen. Kulku-uran merkitsemiseen voidaan käyttää ympäristöstä helposti erottavia maamerkkejä, joita havaitaan kameran apuna tietokonenäköä käyttäen. Tehdyissä suppeissa kokeissa maamerkit kyettiin havaitsemaan varsin luotettavasti. Koneen kallistumia ja horisontaalisia kiihtyvyyksiä mitattiin kallistuskulma-ja kiihtyvyysantureilla. Sopivasti vaimennettua kallistuskulma-anturia voidaan käyttää vaarallisten kallistumien havaitsemiseen. Kiihtyvyysanturin käyttö edellyttää koneen tärinöiden vuoksi sopivaa anturin sisäistä vaimennusta tai mittaussignaalin suodatusta. Mikroaaltotekniikan käyttäjä työkoneen tarkkaan paikannukseen selvitettiin yhteistyössä ruotsalaisen tutkimuslaitoksen kanssa Lasertekniikan käyttöä paikannukseen selvitettiin perehtymällä paikannusjärjestelmää kehittävän ruotsalaisen yrityksen tuotteeseen sekä testaamalla servoidun takymetrin soveltuvuutta liikkuvan työkoneen paikantamiseen.

KW - autonomous mobile robots

KW - vehicles

KW - navigation

KW - sensors

KW - positioning

M3 - Report

SN - 951-38-3841-2

T3 - Tiedotteita / Valtion teknillinen tutkimuskeskus

BT - Liikkuvien työkoneiden navigointi ja paikannus

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Mäkelä H, Annanpalo J, Penttinen A, Koskinen K. Liikkuvien työkoneiden navigointi ja paikannus. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1991. 98 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tiedotteita; No. 1210).