TELKOM NIKA , Vol.11, No .11, Novemb er 201 3, pp. 6825 ~6 830   e-ISSN: 2087 -278X           6825      Re cei v ed Ma y 4, 2013; Re vised July 2 0 , 2013; Accept ed Augu st 4, 2013   The Development of LOHAS Automated Guiding  Vehicle       Chen g-I Hou 1,2 , Han-Ch e n  Huang 1 , Tian-Sy ung Lan* 3   1 Departme n t of Leisur e  Mana geme n t, Yu Da  Universit y , T a iw a n   2 Departme n t of Leisur e  an d R e creati on Man agem ent, Chu ng Hu a Univ er sit y , T a i w a n   3 Departme n t of Information M ana geme n t, Yu Da Univ ersit y ,  T a i w a n   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : tslan@ yd u.e du.t w       A b st r a ct     Auto mate d Gu idin g Ve hicl e ( A GV) is w i dely  used  in  factor ie s, hospita ls, w a reh ouses,  an d offices.   It can als o  b e   control l ed r e motely to  oper ate un der  ha z a r d ous e n viro n m e n ts that are  un suitab le for  hu ma n   prese n ce. On the other h a n d , med i cal a d va nce m e n t  and the decr ease of  birth ra te are push i ng the w o r l d   into p o p u lati on  agi ng. F o r  el d e rly or  the  phy sically/ m e n tal l y - chall e n g e d  p a t ient, so me  of the co mmon f o ot  prob le m inc l ud es dia betic foo t, myot enos itis, havin g call use s  in the soles  of the foot, foot deformiti es, e t c.  T h is res earch  i s  ai med  at the  des ign  a n d  th e i m ple m entati on of  a n  auto m ate d  gui di ng  vehicl e,  w h ich  is   control l ed by P C . Once the input is  receiv ed  from optic al se nsors, it w ill pass the informati on to chip, w h i c h   w ill process th e infor m ati on a nd outp u t the decisi on to  ste ppi ng motor to  finish the proc ess. The resea r ch  inclu des  un de rstandi ng th e  mec h a n ica l  d e s ign, o p ti cal s ensor  inp u t, d e fini ng the c o ntrol u n its, an d  initiating step ping motor. Using BASIC progr a mming, the program  is bur ned onto a chip,  which works a s   the central of the AGV.  The result can b e  a ppli ed i n  barri e r-free  facilities.  This research  ana ly z e s the p r os   and co ns of AGV based o n  its behav ior u n d e r different sce nari o s.     Ke y w ords : au tomat ed g u id in g vehic l e, lifes tyles of hea lth  and susta i n a b ility, s ens or s ystem, stepp in g   mot o r      Copy right  ©  2013 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion  Duri ng op era t ion, sen s o r s are in stalled  on  AGV (Automated G u iding V ehi cle )  [1].  A   su ccessful  A G V is heavily relied on h o w well  the  sen s o r s a r e i m pleme n ted and wh ethe r the   stren g th of each sen s or is identified and fully  utilized. In short, such an auto m ated device  can  be seen a s  t he integ r atio n of dif f erent  system s [2].  The re se arch on  AGV  ca rrie d  out thro ugh   modula r i z atio ns, whi c h a r e: powe r  system, se n s or  system, guid ance system,  and actu ating   system [3].  The guida nce system, bein g  the most im portant of all four , mu st dire ct  AGV to mo ve   on a relia ble  track to the  destination [ 4 ]. By comm andin g  the actuating  syst em and sen s or  tracking  spe c ial marks, th e guida nce system ca n  di rect the  AGV  to move along on the p r eset  track .   AGV is an in depe ndent m obile vehi cle;  theref ore its power come s from battery ,  instead  of alternating  current.  As the battery capa city  is limited, it’ s  recomm end ed to consi der t he  amount of po wer  con s u m p t ion durin g de sign p h a s e.   As the batte ry is being  use d , its voltage  will  also chan ge. Wh en the  voltage re aches to  a  certai n  level, some of  the element s  wit h in  AG V will be unable to  function  norm a lly [5], which will  prod uce error message s. It’ s re comm en ded to impl e m ent a voltage surveill an ce system so that  dif f erent acti ons  can be  taken in respon se to  voltage cha nge s.  Aside s  fro m  understan ding   battery voltage and ca pacit y by-the-min u te, develope r can al so de sign a me cha n ism to cut o f f  spe c ific p o we r input/output  whe n  the volt age re ache s a previou s ly defined level  [6].  The a c tuating  system is al so de sig ned  with  a su rveill ance mechan ism.  This i s  b e ca use  that sometim e s wh en the motor is ope rating, the  guidan ce syste m  is also ma king comm and s.  T o   ensure the information i s   synced  between the  systems,  the surveillance system  is  desi gned  to  c h eck  motor  s t atus  [7].  The ce ntral  body of the  AGV is 8051  chip. It  requ ires o n ly sim p le wiri ng, h a s sm all  footprint, and  boa sts a fa st er p r o c e ssi ng  spe ed,  which ma ke s it id eal for  guida n c e p u rp oses [ 8 ].  What n eed s t o  be di scussed is h o w to  burn B a si c p r ogra mming  o n to 805 1 chi p , and ma kin g  it  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 11, Novemb er 201 3:  682 5 – 6830   6826 the main factor in co ntrol ling moveme nts, maki ng  optical a naly s is, an d a c commod a te with  steppi ng mot o r [9-1 3]. Ste pping moto r is a devic e th at transfo rms input pulse  freque ncy int o   mech ani cal e nergy .  Coupl ed with 85 01  chip, the  two  become s  the central drive  of  AGV [14].      2. Rese arch  Bac k grou nd   AGV is “a ve hicle that i s  fully motivated and  cont roll ed u s ing lig ht, electro m a g net, and   lead wi re, without the intervention of  human fact or”. Based o n  the c hara c teri stics of th e   guida nce me cha n ism, it  can be fu rthe r  divided into  several type s.  But rega rdle ss of which, e a ch   AGV must eq uip a fully integrated  syste m  that  con s ists of the following five maj o r area s.    2.1. Po w e r S y stem  AGV must a u tomatically  sen s e n a vig a tion path, a nd deliver fo rwa r di ng or  back up   comm and s.  The bo dy of the AGV sh ould in clud e  the main b o dy part, mot o r, wh eel s, light  sen s o r s,  and  cont rol p ane l. It must also co ntai n th e  power  so urce. This  re se a r ch  is  ba sed  on  eight 1.2V Ni-MH battery a s  the  po wer  source, ma kin g  the total voltage 1.2Vx8=9.6V. This gives  sufficie n t po wer sou r ce  with the  voltage  stabili zat i on effe ct, m a kin g  it the   ideal  ch oice   for   experim entin g on small - scale AGV.    2.2. Driv er   Stepping  mot o r h a s go od  resp on sibility. Ju st on e pul se si gnal i s   en ough  to mov e  it one  step fo rward. The r efo r e, it  is wi dely u s ed in  AG V  re sea r che s . Th ere  are fo ur related  coil s  o n  a   steppi ng mot o r’s  stator, e a ch p r ovide s  90 degr ee s of phase dif f eren ce. Wh en the step p i ng   motor  i s  set a s  singl e  pol e  i n itiation,  a pu lse cu rrent   ca n sto p  e a ch rotor in  the  rel e vant po sitio n .  An angle  that  can  be  set  at a si ngle m o ve is  calle d  a Step Angl e. The  relatio n  between  st ep  angle a nd si n g le pole initiat i on ca n be illu strated  with the followi ng formul a:  Step angle =  360°/Pha se n u mbe r  x rotor teeth numbe r  Example: the step an gle of 4 pha se  an d 50 roto r teeth  can be  sho w n as:   Step angle =  360°/(4x50 ) = 1.8    2.3. Chipse t  The main  pu rpo s e of the  chip i s  control.  It demand s processin g  spee d. The r efore, its   prog ram m ing  is base d  o n  assembly l angu age, like EM78XX serie s . In pra c tice, a s sem b ly  langu age i s  cl osely lin ked t o  CPU. Sin c e  the pro g ra m m ing form at is very simil a r,  it can be e a sily  applie d to an y CPU instru ction set (ISA). Asse m b ly langua ge is  the colle ction  of comman d s .  Each in stru ct ion set in clu des the foll o w ing fou r  types: data h a n d ling an d me mory ope rati on,  control flow, arithmeti c  an d logic, note  and comme nt.    2.4. Contr o l Sy stem  Control syst em indicates the AGV’s motherb oard and guid a n ce me ch ani sm. The   motherboa rd  use s  EM78 4 47 as AGV’ s core. The g u idan ce me chani sm u s e s  taped guid a n ce,  whi c h i s  don e by  applying  ele c tri c al ta p e  on  a   white board, then use s  Infrare d  sen s o r  to detect   wheth e r th ere is g u ida n ce line o n  the  white b o a r d.  Whe n  the  g u idan ce li ne  doe sn’t exist,  the   optical sensor  will receive the  in frared  ray that is reflected f r om  the whiteboard,  whi c h  will m a ke  electro-optica l  crystal b e co me satu rated .  On t he other han d, if guidan ce lin e is dete c ted, the  black el ect r ical tape  will  cause no  refle c tion, p r even ting the o p tical se nsor f r o m  re ceiving t he  reflecte d infrared  ray. The different b ehavio r b e tween white boa rd and el ectrical tape can  be  use d  to control AGV.    2.5. Guidanc e  Sy stem  The pla c eme n t and the po sition betwee n  optical sen s or a nd the g u idan ce line  are very  importa nt. Re fer to Figure  1 whe r e thre e optical  se n s ors (L, C, R) are sh ow n. If they are placed  too far ap art, as sho w n i n  scen ario A ,  the AGV won’t modify its he ading  di rectio n until i t ’s  depa rted too  far a w ay fro m  the gui da nce  path,  m a kin g  the ve hicle  move i n  a  side  win d ing   pattern. S c en ario B  sho w s  the two  ele m ents  pla c ing  too  clo s e  agai nst e a ch oth e r , which  ma kes  the vehicl e m odify its po siti on too  often  and  cau s e   it to sha k e. Sce nario  C is th e  most  ade qua te   distance and  thus facilitates t he AGV to move forward smoothly.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       The De vel o p m ent of LOHAS Autom a te d Guidin g Vehicle (Ch eng -I Hou)  6827   Figure 1. (A)  Too wid e , (B) Too clo s e, (C) Perf ect       3. Rese arch  Metho d s   3.1. Design   AGV must a u tomatically  sen s e n a vig a tion path, a nd deliver fo rwa r di ng or  back up   comm and s.  The bo dy of the AGV sh ould in clud e  the main b o dy part, mot o r, wh eel s, light  sen s o r s, a nd  control pa nel.  The d r iver  ci rcuit u s e s  initi a tion si gnal t o  co ntrol the i n itiation curre n t  swit ch in th e  steppi ng mo tor. The hi gh -freq uen cy Darlingto n  tra n s isto r is  often  use d  to swit ch   circuit. A four-p ha se ste p p ing moto r u s e s  four  Darl ington tran si stor, ea ch co ntains 3A d r i v e   forc e.   In chi p  d e si g n , EM78  se ri es i s   used  as the m a in  part. EM78 chip  has a total  of  58  ro ws  of comm and  and  with a  13-di git width .  Each com m and  can  b e  se en a s  t w o p a rts. T h e first  highlight the  operation co de for com m and s. The ot her pa rt poin t s out the variable s  tho s e  ar e   requi re d for the o peration  co de.  Com m and type   can b e  roug hl y divided int o  four types:  (1 )  Control  type, su ch as  INT and others. (2) Regi ste r  comman d , such a s  MOV  A.Reg  B:move  Reg   B to A and others. (3) Bitwise ope ratio n  comm and,  su ch a s  BC.JBS and others. (4)  Con s ta nt  comm and, su ch a s  MOV A. @0X55:mov e  0X55 to A and others.     3.2. Contr o l  As  sho w n  in  Figure 2, th e  con n e c ting  ci rcuit  on  EM7 8447  is u s ed   to co nne ct to  the main   part of the vehicle and to deliver task  command.  Figure 3 illustrat e s how it  works  with infrared   ray sen s o r s to detect navi gation path a nd turn at corner.           Figure 2. EM7844 7 Circuit  Conn ectio n   Figure 3. Optical Sen s o r  Flow Chart         Yes Di s a b l e W D T, s e t  P5  as  out put , s e t  P6  as  hig h   b i t  rat e   o u t put   an d l o w  bi t ra te  in p u t .  T u rn o ff L E D  and  s e t P6  def a u lt  va lu e.   Di sp l a y  s e nso r  st at us  P6.  Sen s or 0  to uc he s  li ne   Tu rn  ri ght  No   No   No   Yes Yes Go  s t raigh t  Tu rn  l e ft  P6.  Sen s or 1  to uc he s  li ne   P 6 . s ens o r  2  tou ch es  lin e  Star t  (A)                (B )                (C)   L C R Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 11, Novemb er 201 3:  682 5 – 6830   6828 4. Result a n d Discus s io n  A circul ar  pat h (ex: Fi gure  4)  ca n te st  an AGV’ s mi nimum tu rn -a roun d  radiu s   and th e   quality of se nso r s.  The  vehicl e sho w e d  great  st abil i ty during  mo vement. Ho wever, du e to  the  steppi ng mot o r an d the le ngth of AGV, the minimu m turn-aro un d radi us i s  9 0 mm. The ov erall  perfo rman ce i s  sati sfying.        Figure 4. Circular Path       Figure 5 sho w s the AGV runnin g  on a path with  righ t angles to test the behavi o r wh en   encounte r ing   90-d e g r ee  co rne r  tu rn. Th e key to th e  experim ent li es i n  the  p r o c e ssi ng  qualit y of  chip set s .  A c t ual t e st ing  sh ow s t hat the vehicle  can  make  a turn i n  3 se co nds  while h o ldin g goo d   balan ce. Alth ough  sce nari o  like thi s  d oesn’t ha ppe n often i n  re al life a nd th ere i s n’t  ma ny  resea r ch on its actu al ope ration.          Figure 5. 90 degree Ri ght Angle Squa re d Path      Curve  path (ex: Figure 6 )  is one of the  mo st commo n path that AGV run s  on. It can b e   used to test t he quality of  a v ehi cle’ s st ability,  light sensor, st eppi ng m o tor,  and  chip processing  spe ed. In thi s  exp e rim ent , the turning   radiu s   uses t he mini mum   turn-aro und  radiu s . Vehi cl es   move in sl ow  and  stable p a c e d u rin g  the  experim ent. Whe n  the ve hicle  start s  to  go off-tra c k, the   dire ction is im mediately rev i sed.  The ove r all re sult is  satisfying.          Figure 6. Curve Path      Uphill  path (ex: Figure  7) poses  as  a  chall enge  to  AGV’s ste ppi ng moto r an d po wer  system. Whil e  this research  main ly focuses on  the behavior on a fl at surf ace, the uphill testing is  only use d  a s  reference. In the experim ent, the  vehicle move s ve ry slo w ly on  a su rface which   maximum sl o pe is  20 d egrees. It’s b e lie ved that  by improvin g the  whe e l’s   gro u nd grasping f o rce  and po we r sy stem, the re sult shoul d be  impre s sive.  90 ∘ r i ght angle  9 0 mm  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       The De vel o p m ent of LOHAS Autom a te d Guidin g Vehicle (Ch eng -I Hou)  6829     Figure 7. Uph ill Slope      Compli cate d turning path (ex:  Figure  8 )   fo cu se s on  the AGV’s se nsitivity and real-life   perfo rman ce.  AGV requi re s very sensiti v e path se nsor an d the ca pability of revising n a vigati on  path withi n  a  very sh ort ra nge of time.  Eight 3A batterie s  work a s  power  sou r ce. Although t h e   vehicle s  sha k e occa sion all y  during the f i rst tes t, the issue is  re sol v ed after revi sion. The  po wer   sup p ly is en o ugh fo r the  vehicl e to  run   contin uou sl y f o r 3  ho urs. T he ove r all  pe rforman c e  is very  impressive.          Figure 8. Co mplicate d  Turning Path           Figure 9. AGV Image      5. Conclusio n   AGV bea rs g r eat p o tential  and  also e n j o ys a   ce rtain   degree  of infl uen ce o n  the  market.  Chip set s  are  being  wid e ly use d  in travel ling, m anufa c turing, tra n sp ortation, et c. Its advantag e s   inclu de lo w  cost, hig h  safe ty, and high   efficien cy. Th e ea sy de sig n  and  a s sem b ly are  al so t h e   rea s on  why it’s bein g  wid e ly used in ind u strie s .   The optical sensi ng AGV (see Fig u re 9 )  design ed by  our lab is un able to move in high   spe ed. Thi s  i s  b e cause th e ste pping  m o tor  can  only  pre c e de  usi ng ex cited  current an d  step  angle. Th e to rque  strength  is al so a noth e r a r ea fo r im provem ent. T he current d e s ign i s  limited  to   run on flat su rface s  and  ca nnot be ap pli ed to uphill o peratio n.  Future resea r ch es o n  AGV and steppi ng motor sh ould co nsi d e r  usin g moto rs with  highe r torsio n to a c comm odate to l e ve ling surfa c e s .  This way, A G V usage  ca n be  applie d  to   more  situatio ns. Different  chip set s  a nd feat ure can al so b e  inclu ded to  stren g then t h e   integratio n an d appli c ation  of AGV.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 11, Novemb er 201 3:  682 5 – 6830   6830 Referen ces   [1]  Martins F N , Celest e W C , Carel li R, Sar c inel li-F i l ho M,  Bastos-F ilho   T F .  An adapti v e d y n a mic   control l er for  auton omo u s mobil e  ro bot trajector y  track i ng.  C ontrol E ngi neer in g Practice.  2 008;  16(1 1 ): 1 354- 1 363.   [2]  Hua ng SJ, W ang SS. Mechatro nics a nd Co nt rol of  a Long-R a n ge Na nomete r  Positioni n g   Servomec han i s m.  Mechatronics . 2009; 1 9 (1 ): 14-28.   [3]  F u kunar i M, Malmb o rg CJ.  A   Net w ork Qu eu i ng  Ap pr oac h fo r Evalu a tio n  of  Performanc e  Measur es i n   Autonom ous V ehicl e Stora g e  and  Retriev a l  S y stems.  Eur ope an J ourn a l  of Operatio na l Res earc h .   200 9; 193( 1): 152-1 67.   [4]  Choi  Y H , Lee   T K , Oh SY .  A  Line F eatur e base d  SLA M   w i th L o w  Grade R ang e S ensors Usi n g   Geometric C o n s traints an d  Ac tive E x pl orati o n for Mob i l e  R obot.  Co ntrol E ngi neer in g Pra c tice . 200 8;   24(1): 13- 27.   [5]  Gulbag  A,  T e m u rtas F ,   T a saltin C, Oz turk Z Z .   A  Neural Netw o r k Impleme n ted Microco n troller S y st e m   for Quantitative  Classificati on of Hazard o u s Organic Gases  in the  Ambie n t  Air .   Internation a l Journ a l o f   Enviro n m ent a nd Pol l utio n . 2 009; 36( 1): 151 -165.   [6]  Do KD, Se et G. Motion C ontr o l of  a  T w o-W h eel ed Mo bi le V ehicl e  w i t h  a n  I n verted P e n dul um.  Journ a l   of Intellig ent & Rob o tic Systems.  20 10; 60( 3 ) : 577-60 5.  [7]  Sugis a ka M,  Dai F ,  Kimur a  H.  Applic ation  of  a Ne uro-F u zz y  S y st em to Co ntrol a M obil e  V e hicl e.   Artificial Lif e  an d Rob o tics.  20 04; 8(1): 77-8 2 .   [8]  Lee S.  Appl ica t ion of a Soft w a re Co nfigur ab le Dig ital Serv o  Amplifier to  an Electric Ma chin e Contro l   Cours e .  Internation a l Jo urna l of Modern En gi neer ing.  2 009;  9(2): 49-5 7 .  [9]  Vlad imir G, Da i F ,  Kimura H.  Reli ab ilit y of  Mi croproc esso r Based  Rel a y Protection  De vices: M y th s   and R eal it y .   Se rbia n Journ a l o f  Electrical Eng i ne erin g . 200 9; 6(1): 167-1 86.   [10]  Ilka R, Gholamian SA. Optimum Desig n  of  a  F i ve-Phase  PMSM for Under w a ter V ehic l es b y  use of   PSO.  T E LKOMNIKA  Indo nesi an Jour nal  of Electrical E ngi ne erin g . 201 2; 10 (5): 925-9 32.   [11]  Bi J, Z hang  Y ,  Z hang  Y .  Late x  D i pp in g Mac h in e PLC  Cont rol a nd Its Pro g rammin g .  TEL K OMNIKA   Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri n g .  2012; 1 0 (6): 1 189-1 1 9 7 .  [12]  Hua ng J, W a n g  H. A  Passivit y -b ase d  Co ntrol for DC M o to r Drive S y stem   w i t h  PWM.  TELKO M NI K A   Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri n g .  2012; 1 0 (6): 2 267- 227 1.   [13]  Li Z ,   Y i n Z ,  Xio ng  Y ,  Liu  X. R o tor Spee d an d  St ator Resista n ce Ide n tificati on Sch e me for  Sensorl e ss   Inductio n  Moto r Drives.  T E LKOMNIKA  Indon esia n Jour nal o f  Electrical En g i ne erin g . 201 3; 1 1 (1): 503 - 512.   [14]  Sarkar S, Sen P ,  Perumana B ,   Y eh D, Da w n  D, Pinel S, Laskar J. 60 GH z single-c h i p  9 0nm CMOS   radi o  w i th i n te grated s i gn al  process o r.  IEEE MTT - S Inter national M i crowave Sym p osium   Digest.   Atlanta. 20 08; 1 1 6 7 -1 1 70.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.