EXAMENSARBETE INOM MASKINTEKNIK,
Innovation och Design, högskoleingenjör 15 hp SÖDERTÄLJE, SVERIGE 2020
Gyrolösning för samtliga
maskiner
Hitta ett MEMS-gyroskop till
poolrengöringsrobot för att
säkerställa rak kurs
Heja Ali
Jayaravi Jedusan Sivarajah
SKOLAN FÖR INDUSTRIELL TEKNIK OCH MANAGEMENT
Gyrolösning för samtliga maskiner
av
Heja Ali
Jayaravi Jedusan Sivarajah
Examensarbete TRITA-ITM-EX 2020:385 KTH Industriell teknik och management
Hållbar produktionsutveckling Kvarnbergagatan 12, 151 81 Södertälje
Examensarbete TRITA-ITM-EX 2020:385 Gyrolösning för samtliga maskiner
Heja Ali
Jayaravi Jedusan Sivarajah
Godkänt
2020-06-16 Examinator KTH Mark W. Lange Handledare KTH Mark W. Lange
Uppdragsgivare
WEDA AB
Företagskontakt/handledare
Klas Lange Sammanfattning
Detta examensarbete syftar till att hitta ett MEMS-gyroskop till W2000, en rengöringsrobot som finns hos Weda AB. Gyroskopet ska användas för att korrigera rengöringsrobotens kurs när den avviker från sin bestämda rutt. I dagsläget har inte W2000 någon sensor för att kunna rätta till sig. För att hitta det lämpligaste för rengöringsroboten så undersöktes ett antal MEMS-gyroskop genom att samla information och fakta samt kontakta olika företag för vägledning med vårt problem.
Det MEMS-gyroskop som hittades och implementerades i W2000 var OMNI LPMS-CU2. Gyroskopet valdes på grund av att den hade samma utgångstyp och kommunikationsspråk som PLC:n som var inbyggd i W2000. Ett test utfördes för att se om det implementerade gyroskopet kunde kurskorrigera när den vreds från programmerade väg. Det blev ett lyckat resultat av testandet, W2000 kunde justera sig när den avvek.
Examensarbetet föreslår rekommendationer och förbättringar för vidare arbete med det här projektet. Anledningen är att trots att det var ett tillfredställande resultat så var det bara det första steget för att göra W2000 optimal för att kunna använda gyroskopet och dess funktioner till fullo. Det måste göras ett antal mer tester och undersökningar på W2000 för att kunna implementera MEMS-gyroskopet i helhet.
Nyckelord
Bachelor of Science Thesis TRITA-ITM-EX 2020:385 Gyrosolution for all machines
Heja Ali
Jayaravi Jedusan Sivarajah
Approved
2020-06-16 Examiner KTH Mark W. Lange Supervisor KTH Mark W. Lange
Commissioner
WEDA AB Contact person at company Klas Lange Abstract
The thesis work aims to find a MEMS gyroscope for the W2000, a cleaning robot available at Weda AB. The gyroscope will be used to correct the course of the cleaning robot when it deviates from its specified route. Currently the W2000 does not have a sensor to adjust. To find the most suitable gyroscope for the cleaning robot, several MEMS gyroscopes were examined by gathering information and contacting various companies for guidance with our situation.
The MEMS gyroscope which was found and implemented in W2000 was OMNI LPMS-CU2. The gyroscope was chosen because it had the same output type and communication protocol as the PLC built into the W2000. A test was performed to see if the implemented gyroscope could correct the course as it was turned from programmed path. The result of testing was successful which shows that the W2000 was able to adjust when it deviated.
The degree project proposes recommendations and improvements for further work on this project. Although it was a satisfying result, it was only the first step in making it functional. Several tests and investigations must be done on the W2000 in order to implement the MEMS gyroscope as a whole.to insert text
Key-words
MEMS, Gyroscope, WEDA, PLC, LPMS-CU2
Förord
Denna rapport är skriven av Heja Ali och Jayaravi Jedusan Sivarajah som studerar Maskinteknik på Kungliga Tekniska Högskolan. Arbetet som har utförts är hitta ett lämpligt gyroskop till WEDA:s AB poolrengörningsrobot. Vi vill tacka WEDA AB för att ha fått möjligheten att utföra examensarbete hos dem. Vi vill tacka Mark W. Lange för hans handledning i den här projekten. Vi vill tacka Klas Lange och Darko Mucic för att ha stött oss under projektets gång samt hjälpt oss att hålla oss i rätt spår under examensarbetet. Vi vill ge ett stort tack till Peter Pettersson från Schneider Electric som har varit med i projektet och varit en nyckelperson till denna projektet.
Akronymer
MEMS - Mikroelektromekaniska System WBS - Work Breakdown Structure 𝐼2𝐶 - Inter-Integrated Circuit
SPI - Serial Peripheral Interface ADC - Analog to Digital Converter
LSB - Least Significant Bit PLC - Programmable logic controller
1 Contents
1. Inledning ... 1 Bakgrund ... 1 Syfte ... 1 Problembeskrivning ... 1 Mål ... 2 Kravspecifikation ... 2 Avgränsning... 2 Lösningsmetod... 3 1.7.1 Fas 1-Förstudie ... 3 1.7.2 Fas 2-Planering ... 4 1.7.3 Fas 3-Genomförande ... 4 1.7.4 Fas 4-Avslut ... 41.7.5 Rekommendationer från föregående examensarbete ... 4
2 Faktainsamling ... 7
MEMS-gyroskop ... 7
2.1.1 Kommunikationssystem ... 8
2.1.2 Räckvidd och känslighet ... 8
2.1.3 Felfaktorer och förspänningar ... 8
Marknaden idag för MEMS gyroskop ... 10
Val av gyroskop ... 10
PLC ... 11
Tillämpningen av gyron till WEDAS koncept ... 11
Uträkning av känsligheten ... 13
3 Genomförandet ... 15
Kommunikation mellan gyroskopet och PLC ... 15
Test som utfördes... 15
4 Resultat ... 17
5 Slutsats och diskussion ... 19
Avslut... 19
IP68 Klassning ... 19
Rekommendationer inför vidare arbete ... 19
5.3.1 Rekommendation från föregående examensarbetarna ... 20
6 Källförteckning ... 21
1
1. Inledning
Detta examensarbete bygger på ett tidigare examensarbete som skedde för två år sen. Detta examensarbete går ut på att hitta ett gyroskop till ett företags poolrengörningsrobot.
Bakgrund
WEDA AB är ett företag som tillverkar hel- och halvautomatiserade robotdammsugare som används för poolrengöring. WEDA:s anläggning befinner sig i Södertälje där konstruktionen av dessa hel- och halvautomatiserad robotdammsugare tillverkas. Dessa robotar används i bassänger, äventyrsbad och industribad.
I dagsläget tillverkar WEDA AB två robotdammsugare vid namnen W50 och W2000. W50 är en robot som kommer i olika modeller. Den standardmodellen är gjord för att rengöra rektangulära pooler medan de andra modellerna används för mer än rektangulära pooler. W2000 är den större roboten med avseendet att kunna användas till att programmera den till en bestämd väg (WEDA, u.d.).
Syfte
Rengöringsroboten avviker från sin programmerade väg när den är igång och rengör pooler. Syftet med detta examensarbete är att testa och hitta ett antal lämpliga gyroskop som
förhindrar dessa avvikelser som uppstår under robotens arbete.
Problembeskrivning
WEDA AB upplever att deras robotar inte följer den förbestämda raka riktning och detta leder till att renheten av poolerna inte blir som planerad. WEDA har utfört några
undersökningar om varför roboten inte håller sig till sin raka programmerade riktning. Det finns fler faktorer till problemet, vissa av dessa faktorer går inte att göra förändringar på. Dessa faktorer kan vara att ytan som rengöringsroboten färdas kan ha ojämn yta eller slangen som är kopplad till rengöringsroboten är inte placerad rätt under vatten. Därför har WEDA kommit fram med förslaget där användandet av ett gyroskop ska installeras i roboten för att se till att roboten håller sin bestämda väg.
2
Mål
Målet med detta examensarbete är att:
1. Undersöka ett antal MEMS-gyroskop och andra alternativ som kan användas till rengöringsroboten.
2. Genomföra tester och installera gyroskopen som har valts för rengöringsrobotens kurskorrigering.
Kravspecifikation
Nedan visas kravspecifikationen för detta projekt. • Komponenterna ska helst uppfylla klassning IP68.
• Priset för komponenterna ska vara under WEDA:s budget.
• Komponenterna måste passa med PLC:n som Schneider Electric använder.
Avgränsning
Nedan finns det en lista som visar de avgränsningar vi gjort för projektet.
• Installationen av gyroskopen kommer endast ske på W2000 när testerna genomförs. • Felkällor med gyroskop kommer inte att undersökas, bara tester kommer att göras. • Begränsat antal av MEMS-gyroskop kommer att väljas.
3
Lösningsmetod
Detta examensarbete innehåller fyra faser som ska implementeras i utförande av examensarbete.
Fig 1. WBS (Work Breakdown Structure).
1.7.1 Fas 1-Förstudie
För att kunna definiera ett projekt kommer det utföras en förstudie. Förstudie kommer att genomföras för att skapa förståelse angående punkterna nedan.
• Vad är ett lämpligt gyroskop och hur kommer den användas? • Vad är rengöringsrobotens egenskaper och funktioner?
Under den här fasen kommer det att tas fram några punkter och dessa är: • Etablera en problemlösning.
• Syftet med projektet och vad som ska åstadkommas. • Definiera målen som ska uppfyllas med projektet. • Avgränsningar som ska sättas för projektet. • Lösningsmetod.
4
1.7.2 Fas 2-Planering
I fas två kommer det göras en del faktasökning angående gyroskop som är lämpliga för
rengöringsroboten. Faktasökningen utgår från den kravspecifikation som är satt för gyroskopet samt rekommendationer från leverantörer och företag som tillverkar gyroskop. De aktiviteter som identifieras för den här fasen är:
• Förståelse för gyroskopens egenskaper och dess funktioner.
• Kontakt med företagare som förklarar och rekommenderar gyroskop för rengöringsrobotar.
• Val av gyroskop.
• Planera tester med valda gyroskop.
1.7.3 Fas 3-Genomförande
Under fas tre kommer det genomföras tester med de valda gyroskopen för att kunna utvärdera lämpligaste komponent för rengöringsroboten. För att utvärderingen ska vara så tillförlitlig som möjligt ska testerna som tidigare planerats genomföras. Testerna är till för att kunna bekräfta om gyroskopet utför sin funktion genom att inte avvika från sin programmerade väg samt att den kommer fungera under vattnet utan komplikationer. Aktiviteterna för den här fasen är:
• Utföra tester • Utvärdera tester
1.7.4 Fas 4-Avslut
I fas fyra kommer det här examenarbetet sammanställas till en rapport. Rapporten kommer användas som stöd inför examination och slutredovisningen som ska genomföras. Aktiviteterna som redovisas i fas fyra är:
• Färdigställ rapporten • Slutsats.
• Uppdatering av dokument. • Justering.
• Slutredovisning.
1.7.5 Rekommendationer från föregående examensarbete
Projektet baserar sig på ett examensarbete som genomfördes 2018 på WEDA AB. Det
examensarbetet gav inte önskat resultat, då gjordes ett antal rekommendationspunkter för de som skulle göra en fortsättning på projektet. Dessa rekommendationer kommer användas som
5 • Undersöka W2000:s kursavvikelser.
• Använda en annan typ av teknik än MEMS-gyroskop.
• Använd MEMS-gyroskopet BNO055 utan kalibrering eller använd två stycken BNO055 för bättre resultat.
• Konsultera ett företag som kan göra en ”skräddarsydd” lösning för just WEDA AB:s system på rengöringsroboten.
• Genomföra tester i W2000:s riktiga miljöer som i vattnet, testerna ska visa vilka rörelser som kan upptäckas med hjälp av gyroskopet.
I det här projektet kommer alla rekommendationer undersökas förutom de som kräver att en BNO055 kommer användas då det här projektet inte kommer inneha just det MEMS-gyroskopet. Undersökning av dessa punkter kommer att användas för att få en mer djupare inblick i att hitta den lämpligaste lösningen.
Fig 2. Procedur för att hitta MEMS gyroskop
För att kunna uppnå målet med detta projekt kommer det att krävas iterativt arbete. Utförande av undersökningar och val av visst antal gyroskop som är lämpligast till poolrengörningsrobot. Gyroskopen som har valts ut kommer att användas för att utföra tester. Resultatet av testerna kommer visa vilket gyroskop som är lämpligast att implementera i verkligheten. Däremot om det skulle visa sig att dessa gyroskop inte ger det förväntade resultatet kommer det behövas göra ytterligare undersökningar angående gyroskop.
7
2 Faktainsamling
I detta kapitel kommer det att presenteras vad för information som kommer vara nödvändigt för detta projekt. Informationen kommer senare att användas under genomförandefasen där testerna av MEMS-gyroskopen kommer att utföras.
MEMS-gyroskop
Syftet med ett gyroskop är att den ska känna av rotationer och behålla sin rotationsrörelse. Gyroskop kommer i flera olika former och det som kommer att användas är MEMS-gyroskop. MEMS förkortning för Mikro Elektriskt Mekaniskt System och detta är en elektrisk komponent som är konstruerad av små mekaniska delar. Det MEMS-gyroskopen beräknar är
vinkelhastigheten och detta beräknar den antingen i varv per sekund (RPS) eller grader per sekund (°/𝑠) (Sparkfun, u.d.)
Fig 3. Illustrerar en modell av en MEMS-gyroskop
Figuren ovan illustrerar ett treaxlig MEMS-gyroskop, med hjälp av denna typ av MEMS- gyroskop kan vinkelhastigheten beräknas. Gyroskop kommer i olika varianter och beroende på varianten kan den antingen beräkna vinkelhastigheten kring en eller flera axlar.
8
2.1.1 Kommunikationssystem
För varje MEMS-gyroskop finns det ett kommunikationssystem. Gyroskopen kan kommunicera på två sätt, det ena är analogt och det andra är digitalt. Gyroskop med ett analogt
kommunikationssystem kommunicerar genom att skicka ut varierande spänningar. För att kunna läsa dessa signaler behöves det en ADC (Analog to Digital Converter) adapter till
mikrokontrollen samt en analog förstärkare. Det ADC adaptern gör är att konvertera den analoga signalen till digitalt. Gyroskop med ett digitalt kommunikationssystem använder sig av en SPI (Serial Peripheral Interface) eller 𝐼2𝐶 för att kommunicera. Med hjälp av SPI och 𝐼2𝐶 kan den läsa signalerna enkelt genom att använda en dator eller enhetsdator som Raspberry Pi eller Arduino (Sparkfun, u.d.).
2.1.2 Räckvidd och känslighet
MEMS-gyroskop kan registrera mätområden genom att läsa den maximala vinkelhastigheten som den har. MEMS-gyroskopen berättar om hur mycket spänningsförändring som ska ske över vinkelhastigheten. Känsligheten för MEMS-gyroskop mäts i mikrovolt per grad per
sekund (𝑚𝑉/°/𝑠). Ett beskrivande exempel kan vara om gyroskopen har en känslighet på 100 (𝑚𝑉/°/𝑠) och en spänningsförändring på 1000mV, detta skulle betyder att den bör rotera 10 (°/𝑠). Bra att veta är desto högre känslighet den har desto mindre räckvidd kommer den att ha (Sparkfun, u.d.).
2.1.3 Felfaktorer och förspänningar
Vid val av gyroskop bör det utföras noggranna undersökningar då många sensorer kommer med olika fel och förspänningar (bias). Undersökningarna som genomförts måste ta hänsyn samt ha förståelse för de felkällor gyroskopen har. Felkällor sorteras efter förutsägbarhet och upprepning mellan påslagningarna.
• Felkällor som uppstår på grund av temperatur. • Felkällor som dyker upp slumpmässigt vid start.
• Felkällor som dyker upp jämt är förutsebar och upprepande mellan påslagningar. • Felkällor som inte är förutsebara men dyker alltid upp vid påslagningar.
Processen vid identifiering av dessa källor måste göras mot specifika punkter som listas nedan. • Dimensioner
• Massa • Kostnad • Pålitlighet
9 • Underhållning
• Precision • Upprepningar
Vid tillverkning av gyroskop används matematiska formler för att få en bra prestanda, med det menas att ha så få defekter som möjligt och hur bra noggrannhet den ska ha. Det går inte tillverka ett gyroskop med en hög noggrannhet på grund av tillverkningsmetodens tolerans. Däremot går det att få hög känslighet genom att kalibrera gyroskopet och ersätta för felkällorna som befinner sig hos gyroskopet. För att kunna ersätta dessa fasta felkällor användes
matematiska formler, dessa fasta felkällor är skalfaktorsfel och förspänningsvariationer som sker mellan ingående och utgående signaler. Förspänningsvariation innebär att ingående och utgående får olika värden t. ex. om utgående skulle ge ett värde medan ingående ger noll. I det här fallet hade det varit att gyroskopet får signaler att den roterar när den i verkligheten inte gör det. Figuren nedan illustrerar de vanligaste skalfaktorfel som ett gyroskop kan ha samt vad det betyder (Andrews, 2010).
Fig 4. vanligaste skalfaktor felen som gyroskopet kan inneha.
a) Förspänningsfel.
b) Skalfaktorfel kan ske på grund av åldring eller tillverkningstolerans. c) Ickelinjärt förekommer i nästan alla sensorer till en viss grad.
10 e) En dödzon förekommer vanligtvis genom statisk friktion eller av lock in funktion.
f) Kvantiseringsfel finns hos alla digitala system.
Företag som tillverkar dessa gyroskop brukar alltid utföra tester och utvärdera hur deras gyroskop beter sig. Den informationen som ges från testerna dokumenteras i form av datablad. Detta kan ses hos TDK Invensense där det finns en hel del information om deras gyroskop på deras hemsida (invensense, u.d.).
Marknaden idag för MEMS gyroskop
I dagens marknad är MEMS-gyroskop ganska bred eftersom i dagsläget finns MEMS-gyroskop installerade i kameror, mobiler, elektroniska enheter, fordon och robotar. Det skapas konstant ett behov av MEMS-gyroskoputvecklingen ju mer teknologin blir avancerad. I nuläget börjar marknaden bli en konkurrerande, där världsledande elektronikföretag och koncerner som eftersträvar att framställa sina MEMS-gyroskop till de elektroniska produkterna som är nämnda ovan. Tillverkarna introducerar speciella innovativa funktioner för sina gyroskop, för att kunna konkurrera mot andra företag och för att försöka dominera marknaden. De fem största
tillverkarna i dagsläget är (intelligence, 2019): • Analog Devices Inc.
• Bosch Sensortec GmbH. • Invensense Ince. (TDK). • STMiCroelectroinics N.V. • Murata Manufacturing Co. Ltd.
Val av gyroskop
Försäljning av MEMS-gyroskop är hög då det finns många konkurrenter ute på marknaden. Val av gyroskop gjordes genom att studera känsligheten hos ett gyroskop samt noggrannheten. Informationen som finns i tabellen nedan är tagen från företagens hemsidor, då det saknades information kontaktades företagen genom mejl. Nedan illustreras en tabell över vilka företag som har undersökts samt vad för egenskaper som deras MEMS-gyroskop har.
11
PLC
PLC är förkortning för Programmable Logic Controller. PLC är ett programmerbart styrsystem som används till att styra motorer, maskiner samt utföra olika funktioner till olika enheter. PLC används hos företag där de håller på med industriell automation, till exempel används PLC för att be en robot att utföra ett arbete (AMCI, u.d.). PLC har olika programmeringsspråk och för att kunna styra en enhet kopplas den till ett operatörsgränssnitt. Operatörsgränssnitt kan vara en operatörspanel, HMI och SCADA-system.
HMI är förkortning för Human Machine Interface. Genom att använda en instrumentpanel kan en användare kommunicera med en maskin eller system. SCADA är förkortning för Supervisory Control And Data Acquisition och detta system används av företag för att kunna styra
utrustningar för att kunna samla in eller registrera in data. SCADA-system använder PLC och RTU för datainsamling (COPDATA, u.d.)
Tillämpningen av gyron till WEDAS koncept
I dagsläget åker W2000 utan någon sensor, detta gör att den kan åka av från sin kurs. WEDA har utfört några tester för att undersöka varför deras rengöringsrobot avviker från sin bestämda väg. Två av orsakerna kan vara att planen på bassängen kan vara ojämn eller att slangen som är kopplad till W2000 har inte lagt ordentligt ner i vattnet, vilket det ska göra. Dessa faktorer går inte att påverka men med hjälp av ett gyroskop kan problemet förmodligen lösas.
Fig 6. bild på W2000
Avsikten är att använda ett gyroskop som ska kommunicera med PLC:n som är inbyggt hos W2000. Gyroskopet ger informationen om den avviker från kursen eller inte till PLC:n, men den kan inte korrigera robotens rörelse. För att roboten ska åka rakt måste gyroskopet ge information till PLC:n och då ska PLC:n rätta till robotens rörelse. När PLC:n rättar till robotens rörelse kommer den samtidigt ge information till gyroskopet att rörelseriktningen inte avviker.
Informationen som gyroskopet skickar iväg kommer vara i grader för att PLC:n ska förstå att den behöver få roboten att rotera i så många grader för att den ska bli rak. Nedan illustreras det hur gyroskopen kommer påverka W2000.
12
Fig 7a. illustrerar hur gyroskopen och PLC kommunicerar
Figuren 7a och 7b illustrerar på vilket sätt gyroskopet ska samarbeta med PLC:n hos
rengöringsroboten. Figuren ovan illustrerar fyra steg hur gyroskopet samarbetar med W2000. 1. Första stegen är att placera W2000 vid hörnet av bassängen där den bestämda vägen är
(grön linje).
2. När W2000 avviker från sin kurs (röd linje).
3. När W2000 avviker från sin kurs kommer gyroskopen skicka iväg signal till PLC:n och då kommer PLC:n korrigera W2000 rörelse tills den blir rak.
4. Sista steget är att PLC:n använder sig av den informationen som gyroskopet har gett och får W2000 att åka till den bestämda rutten.
Ett exempel är om W2000 skulle avvika sig med 15º från den bestämda vägen då skulle W2000 vara tvungen att vinkla sig till 0º för att bli rak. För att den ska tillbaka till sin önskade kurs måste den vinkla sig -15º.
13
Fig 7b. illustrerar hur gyroskopen och PLC kommunicerar
1. Första steget är att placera W2000 vid hörnet av bassängen där den planerade vägen (grön linje).
2. När W2000 avviker från sin kurs (röd linje).
3. När W2000 avviker från sin kurs då kommer den direkt åka tillbaka till sin väg. Ett bra exempel är som illustrationen ovan, om W2000 skulle avvika med 15º då kommer den vara tvungen att vinkla sig -30º för att den ska komma tillbaka till sin önskade väg. (Hur samarbetar dem?)
Uträkning av känsligheten
Känsligheten på gyroskopet är viktig att förstå när det gäller om avvikelsen. Varje MEMS-gyroskop har ett krav som den måste uppfylla när det gäller vissa uppgifter. I det här fallet måste en beräkning göras för att förstå vad för känslighet gyroskopen ska ha gällande avvikelsen. Detta kommer att illustreras nedan med en beräkning med hjälp av en rätvinklig triangel.
14 50 m står för avstånden som roboten ska åka och 0,3 m står för hur mycket den får avvika sig. Beräkning av hur många grader W2000 avviker och beräkning av tillåtna rotationshastigheten. 𝑣 = arctan [0.3
50] = 0.34378° ≈ 0.34°
För att räkna ut rotationshastigheten behöver det att skriva om avstånden (m) till tid (s). Detta görs genom att ta hänsyn till hastigheten av W2000 som är 0.2m/s sen ska det göras två ekvationer för att lösa ut rotationshastigheten (Dennis, 2018).
Fig 9. Mathcad Prime för att omvandla avstånd till tid
Samband 1: ∑𝟐𝟓𝟎𝒏=𝟏𝒙𝒏 = 𝟏. 𝟓𝐬
Samband 2: 𝒙𝒏 = 𝐬𝐢𝐧 (𝒏 ∗ 𝜽)
Genom att använda sambanden ovan (substitutionsmetoden) kunde ett tredje samband beräknas. För att lösa ut rotationshastigheten användes Matlab (Programmeringsmjukvara) bilaga (1).
Samband 3: ∑𝟐𝟓𝟎𝒏=𝟏𝐬𝐢𝒏(𝒏 ∗ 𝜽) = 𝟏. 𝟓𝒔
Resultatet blev 𝜃 = 0.0027392°/𝑠 ≈ 0.00274°/𝑠
För att veta om beräkningen stämmer, görs en uträkning där medelvärdet räknas ut med alla vinklar bilaga (1).
Medelvinkel: 𝑣 =∑250𝑛=1𝑛∗𝜃
15
3 Genomförandet
I planeringsfasen kontaktades företag för att få information och rekommendationer angående gyroskop. För att erhålla bra fakta kontaktades företag som är världsledande inom utveckling och producering av elektroniska komponenter.
I genomförandefasen kommer examensarbetarna få vägledning av elektronikkoncernen vid namnet Schneider Electric. Företagsgruppen har haft kontakt med WEDA AB.
Examensarbetarna kommer få assistans angående installation och programmering av gyroskopet som kommer att implementeras i rengöringsroboten. I fasen kommer det utföras ett antal tester för att observera om gyroskopet har en effekt på undervattensroboten.
Kommunikation mellan gyroskopet och PLC
Gyroskopet som köptes in var ett LPMS-CU2 från OMNI då denna passade med PLC:n som produceras hos Schneider Electric vilket har modellnummer TM241CEC24R.
Fig 10. Gyroskop och PLC som används i denna arbete.
Första steget blir att se om gyroskopen och PLC kan kommunicera med varandra.Det första som ska göras är att skapa ett funktionsblock för gyroskopet då den har en fabrikatstandard på 16-bit då den behöver vara 32-bit för att PLC:n och gyroskopen ska få kontakt med varandra bilaga (3). Genom en 32-bit kommer det ge en mer noggrannhet på gyroskopet. Fastän om både gyroskopet och PLC:n har samma utgång bör det nödvändigtvis inte betyda att båda kan kommunicera med varandra. I detta fall behövdes det avaktivera en funktion (NO initialisation) från PLC: n. Genom att avaktivera ”NO initialisation” kommer PLC:n att inte ge varningssignaler. Nästa steg var att förstå vad för värden gyroskopet skickar till PLC: n. För att förstå sifforna från gyroskopet behövdes det gör ett script till PLC som skulle konvertera dessa siffror till grader bilaga (3).
Test som utfördes
Testet som utfördes var först att placera gyroskopet på ett lämpligt ställe hos W2000. Beroende på vilket sätt man placerar gyroskopet ska den registrera värden antingen kring X, Y eller Z-axeln. Figuren nedan illustrera att den kommer registrera värden kring Z-axel. Testet som genomförs är för att se om ena bandet på W2000 stannar när den börjar avvika sig.
16 2. Starta W2000 och få igång gyroskopet.
3. Rör på bordet för att se om bandet på W2000 stannar eller inte (se figur 11). 4. Om banden stannar då fungerar gyroskopet.
17
4 Resultat
I det här kapitlet kommer resultatet av projektet att framföras.
Installationen och kommunikationen fungerade bra mellan PLC och gyroskopet. Installationen av gyroskopet var placerad i rengöringsroboten baksida. Avvikelsens värde skulle komma från gyroskopets Z axel. Rengöringsroboten var placerad på ett bord som kan röra på sig. Det som gjordes var när bordet vreds på sig skulle bandet på ena sidan stanna upp och rengöringsroboten skulle rätta till sig. Resultatet som testen gav var att när bordet vreds på sig då stanna ena bandet upp och försökte rätta till sig.
Fig 12. Gyroskopet placering på rengöringsrobot.
19
5 Slutsats och diskussion
I det här kapitlet kommer diskussion tas upp samt rekommendationerna för fortsatt arbete.
Avslut
Resultatet var som vi hade förväntat oss att W2000 skulle stanna upp när den börja avvika och rätta till sig. Det som skulle behövas är mer tid för att se hur den beter sig i andra miljöer. En annan aspekt som bör nämnas är kablarna då det skulle behöva längre kabel till gyroskopen när man testar den i en pool. Nånting som vi borde ha gjort från början är att veta vad för PLC produkter som finns hos Schneider. Detta hade gjort att undersökningen hade blivit enklare då hade vi förstått vad för kommunikationsspråk och utgång typ som behövdes.
IP68 Klassning
Ett av kraven var att gyroskopen skulle uppfylla IP68. IP68 står för Ingress Protection eller International Protection. IP-klassning mäter hur bra en enhet är skyddad från damm och vatten. IP-klassning består av två siffror och den första siffran står för hur bra skyddad enheten är mot damm och den andra siffran står för hur bra skyddad enheten är mot vatten och fukt (Wojcik, 2018). LPMU-CU2 har ingen IP-klassningen och det finns två anledningar för det. Den första anledningen är att de som finns ute i marknaden är IP67 vilket är inte tillräckligt bra nog för en bassäng och den andra anledningen var att det hade varit billigare att kapsla in gyroskopet än att köpa in en med IP-klassning.
Rekommendationer inför vidare arbete
Här kommer det nämnas om vad som bör göras ifall detta projekt ska fortsättas. För att fortsätta med detta arbete bör WEDA AB ta in någon som har kunskaper inom datateknik, elektroteknik eller robotik. Gyroskopet har tagits fram, det som behövs göras är att fördjupa sig inom
installering av gyroskop samt programmering.
Skillnaden mellan det nuvarande examensarbetarna gjorde jämfört med föregående
examensarbetarna var att de hade använts sig av BNO055 som är ett treaxligt gyroskop och kopplat den till en enhetsdator (Raspberry pi). Det som togs fram av oss var en LPMU-CU2 som är ett nioaxligt gyroskop och kopplades till PLC:n som finns i W2000. Det finns två alternativ som går att göra med hjälp av informationen som har framställts från nuvarande projektgrupp samt föregående projektgrupp.Det första är att fortsätta med LPMU-CU2 då man utför tester på varierande miljöer och olika hastigheter samt kontrollerar hur noggrann gyroskopen mäter. Det andra är att fortsätta med Bosch BNO055 då vi insåg att deras script var oklar. Föregående examensarbetarnas python-script var gjort på ett sätt där poolrengörningsroboten rättar till sig men åker inte tillbaka till sin bestämda väg. I referenser befinner föregående examensarbetarnas
20 rapport och vid sida 53 (Dennis, 2018) finns det en python-scripts som föregående
examensarbetena har hämtat från Github. I bilaga (2) finns det en liten del av scripten som användes av föregående examensarbetarna där det finns en kort beskrivning av hur vi har uppfattat vad scriptet gör.
5.3.1 Rekommendation från föregående examensarbetarna
Vissa punkter från föregående examensarbetarna togs inte till hänsyn på grund av omständigheterna. Rekommendationerna som var givna var:
• Undersöka W2000:s kursavvikelser.
• Använder en annan typ av teknik än MEMS-gyroskop. • Använd MEMS-gyroskopet BNO055 utan kalibrering.
• Konsultera ett företag som kan göra en ”skräddarsydd” lösning för just WEDA AB:s system på rengöringsroboten.
• Genomföra tester i W2000:s riktiga miljöer som i vattnet, testerna ska visa vilka rörelser som kan upptäckas med hjälp av gyroskopet.
Punkt två tillämpades och resten bortsågs. Anledning varför punkt två tillämpades var för att den skulle ha samma utgång och kommunikationsspråk som PLC som är inbyggt i W2000.
21
6 Källförteckning
AB, W., u.d. [Online]
Available at: https://www.weda.se/17/10/w2000/ AMCI, u.d. [Online]
Available at: https://www.amci.com/industrial-automation-resources/plc-automation- tutorials/what-plc/
[Använd 10 04 2020]. Andrews, 2010. [Online]
Available at: https://www.academia.edu/7004401/How_Good_Is_Your_Gyro_Ask_the_Experts COPDATA, u.d. [Online]
Available at: https://www.copadata.com/sv/produkter/zenon-software-platform/visualisering-kontroll/vad-aer-hmi-human-machine-interface-maenniska-maskingraenssnitt-copa-data/ [Använd 11 04 2020].
Dennis, M. o., 2018. Diva portal. [Online]
Available at: http://kth.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A1236080&dswid=7556 [Använd 17 04 2020].
intelligence, M., 2019. [Online]
Available at:
https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/mems-gyroscope-market?fbclid=IwAR3bQORJDCPvFplYqo5qXont842aDIO2qlbcJNVxWvNZxb8_N0t94q0zsT g
invensense, T., u.d. [Online]
Available at: https://invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/icm-42688-p/ [Använd 03 04 2020].
Sparkfun, u.d. [Online]
Available at: https://learn.sparkfun.com/tutorials/analog-vs-digital/all Sparkfun, u.d. [Online]
Available at: https://learn.sparkfun.com/tutorials/gyroscope/what-is-a-gyroscope [Använd 01 04 2020].
WEDA, u.d. [Online]
Available at: https://www.weda.se/17/10/w2000/ [Använd 25 03 2020].
Wojcik, M., 2018. [Online]
Available at: https://www.elsakerhetsverket.se/yrkespersoner/tillverkare-aterforsaljare/de-olika- produktkraven/ovriga-markningar/ip-beteckning/
23
7 Bilagor
24 Bilaga 2
