Designing a safety controller for autonomous mobile robots

Abstract

As the applications for autonomous mobile robotics expand to be a part of general public's life, the safety of these self operating machines starts to rise questions and needs to be taken care of in proper manner as with any other machinery. In this thesis, the requirements in terms of assuring safe operation of an autonomous mobile robot platform in outdoor areas with exposure to public areas are researched on. Requirements are formed with the help of relevant standards as well as risk analysis process. A safety related part of control system, SRP/CS, is designed based on these requirements.

The process is carried out by following the V-model development process by first listing the requirements based on relevant standards, risk analysis based on ISO 12000, required interfaces and required performance of the system. Then C4 architecture diagrams and finite state machine diagram are sketched before designing the hardware and software of the system to fit these requirements and system models. The generated system consists of our own PCB design with inputs for relevant safety devices and safety relays with outputs for external devices.

The designed system is then verified as determined in the V-model which ensures that the final system fits the requirements set in the beginning of the process. As a result of this thesis, the designed system was found to pass the tests set for it and through thorough testing is found to ensure the safety of the robot in its operational design domain.

Autonomisten mobiilien robottien sovellusten yleistyessä, näiden itseohjautuvien laitteiden turvallisuus on entistä tärkeämpää. Tässä diplomityössä suunnitellaan turvallisuuteen liittyvä ohjausjärjestelmän osa autonomiselle mobiilille robotille. Systeemin suunnitelu pohjautuu aiheellisiin standardeihin sekä riski analyysiin joka tehdään robotille jonka on tarkoitus toimia autonomisesti julkisilla paikoilla.

Prosessi käydään läpi noudattaen V-malli prosessimallia listaamalla ensin vaatimukset perustuen aiheellisiin standardeihin, riski analyysiin joka tehdään ISO 12000 mukaisesti sekä rajapinta ja suoritus vaatimuksiin. Tämän jälkeen C4 arkkitehtuuri diagrammit ja finite state machine diagrammi luonnostellaan avustamaan suunnittelun toteutusta. Laitteisto ja ohjelmisto suunnitellaan vaatimusten ja luonnosteltujen systeemin mallien mukaisesti. Valmis systeemi koostuu suunnitellusta piirilevystä, sisääntulo liitännöistä olennaisille turvalaitteille sekä turvareleistä ja niiden ulostuloliitännöistä ulkoisille laitteille.

Suunnitellun systeemin toimivuus todennetaan V-mallin mukaisesti, mikä varmistaa toteutetun turvalaitteen täyttävän alussa määritellyt vaatimukset. Työn tuloksena kyseinen turvalaite läpäisee kaikki sille määritetyt testit ja todetaan toimivaksi ja riittäväksi varmistaakseen robotin turvatoimintojen toiminnan sille määritellyssä toiminta ympäsitössä.