Erik Jakobsson Version 1.1 Granskad Status Godkänd 1
PROJEKTIDENTITET 09/HT, Linköpings tekniska högskola, ISY Namn Ansvar Telefon E-post Mohsen Alami designansvarig (DES) 073-7704709 mohal385@student.liu.se Tobias Andersson dokumentansvarig (DOK) 076-3093880 Fredrik Bodesund designansvarig (DES) 076-8913299 frebo449@student.liu.se Isac Duhan 073-5811085 isac.duhan@gmail.com Emil Granberg 070-2864574 graem978@student.liu.se Erik Jakobsson testansvarig (TST) 070-6226872 mrejster@gmail.com Axel Landgren hemsideansvarig (HEM) 073-8747296 axela706@student.liu.se Olof Larsson 070-8109389 olola417@gmail.com Mikael Ögren projektledare (PL) 073-7623772 ogren.mikael@gmail.com E-postlista för hela gruppen: tsrt10-kph@googlegroups.com Hemsida: http://www.isy.liu.se/edu/projekt/tsrt10/2009/hamnkran_2009 Kund: ABB, 721 83 Västerås, tele: 021-32 50 00, fax: 021-13 41 12, info@se.abb.com Kontaktperson hos kund: Johan Sjöberg, 021 34 20 47, johan.sjoberg@se.abb.com Beställare: Martin Skoglund, 013 28 28 03, ms@isy.liu.se Kursansvarig: David Törnqvist, 013 28 18 82, tornqvist@isy.liu.se Handledare: Fredrik Lindsten, 013 28 40 43, lindsten@isy.liu.se 2
Innehållsförteckning 1 Inledning...5 1.1 Definitioner...6 2 Översikt...7 3 Presentation av test...7 4 Tester...8 4.1 Tester för bildbehandlingen...8 4.2 Tester för sensorfusion...8 4.3 Tester för reglering och simulering...9 5 Krav som ej kräver test / kontroller...10 5.1 Generella...10 5.2 Bildbehandling...10 5.3 Sensorfusion...11 5.4 Reglering och simulering...12 6 Övriga tester, ej direkt kopplade till specifika...13 6.1 Extra test 1...13 6.2 Extra test 2...13 3
Dokumenthistorik version datum utförda förändringar utförda av granskad 1.1 09-11-21 Andra versionen, modifiering enligt specifikation ver 1.2 FB EJ 1.0 09-10-20 Första versionen, modifiering enligt specifikation ver. 1.1 MÖ MS 0.11 09-10-01 Andra utkastet, omformulerat efter kommentarer från beställare MÖ,OL FB 0.1 09-10-01 Första utkast EJ MÖ 4
1 Inledning Projektets syfte är att utvärdera hur långt man kan nå med att använda standardvideokameror för att skatta positionen för en hamnkran med dess last. Kranens uppgift är att förflytta containrar i ett containermagasin. Således skall det även utredas vilka reglermöjligheter det finns för att styra containerpositionering utifrån skattad position. Se figur 1. Figur 1. Systemet i dess omgivning 5
1.1 Definitioner Se figur 2 för en översikt av de definitioner som används. Bom/Girder Trolley/Tralla Gantry Spreader Hoist Container Räls Figur 2.Översikt av definitioner Hoist Längden från tralla till spreadern. Trolley/Tralla Vagnen som löper över bommen Spreadern Anordningen som fäster vid containern. Gantry Hela ställningen som utgör kranen. Container Den last som kranen lyfter. Landmärken En punkt som kan beskrivas i ett fixt, globalt koordinatsystem. Featurepunkt En punkt som relaterar till ett fysiskt landmärke, typiskt containerhörn. 6
2 Översikt Varje test som skall genomföras skall ha en beskrivning av testet. Det är den som är angiven som testansvarig för varje enskilt test,som har till uppgift att se till att testen genomförs och att resultaten dokumenteras. I första hand skall med prioritet 1 testas, i andra hand även med prioritet 2. 3 Presentation av test Testerna i detta dokument kommer beskrivas enligt följande tabell. Test / Kontroll Nr. X Y, Z Styrsystemet skall klara *namn* åå-mm-dd Tabellen är definierad enligt följande: Test nr: Ett specifikt nummer tilldelat testet. : Det testet är uppställt att prova. Godkänt test skall medföra att et är uppfyllt. Krav med prioritet 2 betecknas inom parentes efter nämnda nummer. Beskrivning: Kort beskrivning av testet. Ansvarig: Person ansvarig för att testet utförts. Färdigdatum: Det datum då testet skall vara genomfört. Då ett test misslyckats skall funna fel åtgärdas, och därefter skall testet utföras igen. Visar sig testet felaktigt skall naturligtvis detta åtgärdas. Visar sig ett test vara alltför svårt att passera, skall aktuellt diskuteras mellan projektgrupp och beställare, och eventuellt omformuleras. 7
4 Tester 4.1 Tester för bildbehandlingen Test Nr. 1 2 3 4 9,11 En featurepunkt från marken ska Fredrik 09-11-02 plottas (med ett konfidensintervall) i bilden där den har identifierats och valideras visuellt. 10,11(2) En featurepunkt från spreader/container ska plottas (med ett konfidensintervall) i bilden där den har identifierats och valideras visuellt. 7,12 Detta gäller bara om det finns filmsekvenser med olika väderleksförhållanden. Det sämsta väderleksförhållandet ska utvärderas, efter filtrering, om det ger samma prestanda i form av varians på mätningarna som det bästa väderleksförhållandet. 15(2) Container- eller lastbilsnumret som har skattats ska valideras visuellt mot bilden där den är tagen från. Fredrik Mikael 09-11-20 Fredrik 4.2 Tester för sensorfusion Test Nr. 5 6 19 Konfidenselipser beräknas och Olof 09-11-16 visualiseras i meterskala, vilket direkt ger faktisk noggrannhet hos skattningen. 22(2) Simuleringar med dubbelpendel Erik 8
7 kommer att jämföras med trackingmodellen. 30,31 Kända punkter skickas från simuleringsmiljön och skattas med sensorfusionsdelen. Sedan jämförs huruvida de håller noggrannhetsen eller ej. Tobias 09-11-18 4.3 Tester för reglering och simulering Test Nr. 8 9 10 11 32,33 Simulera regulator direkt återkopplad Mohsen 09-11-03 med simuleringsmiljö med ett steg på trallans position i x- och y-led. Plotta trallans trajektorie och spreaderns relativa position till trallan. 34,35 Simulera regulator direkt återkopplad med simuleringsmiljö med ett steg på trallans position i x- och y-led. Plotta trallans trajektorie och spreaderns relativa position till trallan. Simulera regulator direkt återkopplad med simuleringsmiljö med ett steg på hoistlängd. Plotta trajektorier vid placering av container. 36(2) Plotta positionen för placerad container och jämför med önskad position. 45 Ta bort simulerade featurepunkter vid vissa samplingar och öka variansen hos vissa featurepunkter. Studera om dessa fortfarande ger upphov till bra skattningar. Mohsen 09-11-03 Mohsen Mohsen 09-11-15 9
5 Krav som ej kräver test / kontroller Följande kommer kunna besvaras med ett enkelt ja eller nej, och kommer sålunda ej att testas. Samtliga kommer dock behöva ett godkännande innan leverans, och därmed finns det även här en ansvarig och ett färdigdatum. 5.1 Generella Kontroll Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3(struket) 4 5 6 7 8(2) Systemet skall vara modulbaserat (design) Systemets programkod skall vara skrivet i MatLab (design) Systemet skall arbeta i kamerans bilduppdateringshastighet, dock ej över 30 Hz Simulering av systemet skall göras i Simulink. Alla använda estimeringsmetoder skall vara motiverade och formulerade. Alla dynamikmodeller skall vara tydligt motiverade och formulerade. Systemets robusthet vid varierande väderförhållanden, enligt bilddata, ska utvärderas. Systemet skall hantera två eller fler kameror. Erik struket Erik 5.2 Bildbehandling Kontroll Nr. 10
9 10 11 12 13 Bildbehandlingen skall använda sitt egna relativa koordinatsystem. 14 (2) Programkoden skall kunna stödja två eller fler kameror. 16 Insignal till bildbehandlingsdelen skall vara en bildström. 17 Utsignal från bildbehandling skall vara featurepunkter samt hastighet för trallan. Mikael 09-11-20 Fredrik Mikael 09-11-20 Axel 09-11-02 5.3 Sensorfusion Kontroll Nr. 13 14 15 16 17 18 19 20 18 Sensorfusionen skall skatta trallans Tobias 09-11-20 position och hastighet, samt containerns/spreaderns relativa position i två dimensioner, alltså ej vertikalled. 20 Sensorfusionsdelen skall ha en inneboende dynamikmodell för att estimera featurepunkternas rörelse relativt kameran. 21 Som dynamikmodell för sambandet tralla och spreader skall trackingmodell användas. 23 Mätbrus ska ingå i modellen. Olof 09-11-20 24 (2) Sensorfusionsdelen ska skatta position för närliggande containrar i containerblocket. 25 Insignal till sensorfusionsblocket(i simulink) skall vara längden på hoist och skattade featurepunkter från simuleringsmiljön. 26 Utsignal från sensorfusionsblocket skall vara trallans skattade position i två dimensioner samt spreaderns skattade position i tre dimensioner. 27 Sensorfusionen, i Simulink, får höjd på underliggande container som 11 Tobias Olof 09-11-20 Olof 09-11-20 Tobias 09-11-20
insignal. 21 28(2) Utsignal från sensorfusionen skall vara spreaderns skattade yaw. Erik 22 29(2) Utsignal från sensorfusionen skall vara spreaderns skattade roll och pitch. Erik 5.4 Reglering och simulering Kontroll Nr. 23 24 25 26 27 28 29 37 Som dynamikmodell för sambandet Mohsen 09-11-02 tralla och spreader skall en modell där trallan beskrivs av en 2D-vagn, och lasten av en enkelpendel i 3D, att användas. 38 (2) Som dynamikmodell för sambandet tralla och spreader skall en modell där trallan beskrivs av en 2D-vagn, och lasten av en dubbelpendel i 3D, att användas. 39 Insignal till regulatorn från sensorfusionen skall vara trallans position och hastighet i två dimensioner samt relativa positionen och hastigheten för spreader gentemot tralla. 40 Insignal till regulatorn från användare skall vara önskad position för spreadern. 41 Utsignal från regulatorn ska vara hastigheter till gantry, tralla och hoist. 42 Regulatorn ska ta hänsyn till eventuella begränsningar hos kranens positionsstyranordning. 43 Som dynamikmodell för sambandet tralla och spreader skall minst en enkelpendel, med mät- och processbrus, användas i tre dimensioner. Det ska även finnas Mohsen Emil 09-11-02 Emil 09-11-02 Emil 09-11-02 Isac 09-11-16 Isac 09-11-16 12
30 31 realistiska modeller av kamera. 44 Simuleringsmiljön skall kunna simulera featurepunkter, med mätoch processbrus. 46 Simuleringsmiljön skall ha både mätbrus och modellfel som parametrar från användare. Isac 09-11-18 Isac 09-11-20 6 Övriga tester, ej direkt kopplade till specifika. Följande punkter beskriver tester som indirekt är kopplade till. Det är exempelvis tester som ligger till grund för utvärderingar. 6.1 Extra test 1 Systemets robusthet kommer att testas. Detta kommer att göras genom att se hur mycket förändring i indata som krävs för att få EKF:en att divergera. 6.2 Extra test 2 Sorteringen av landmärken kommer att testas. Huvudsyftet är att få en uppfattning om skattningens prestanda. Det kommer att utvärderas hur nära två punkter kan ligga varandra utan att bli tolkade som en. Samt det omvända, alltså hur mycket brus en punkt kan utsättas för utan att bli tolkad som två punkter. Detta blir ett test för sensorfusionens associeringsalgoritm. 13