AGV（Automated Guided Vehicle，自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)），因具有良好的柔性和較高的可靠性，能夠減少工廠(chǎng)和倉(cāng)庫(kù)對(duì)勞動(dòng)力的需求，且安裝容易、維護(hù)方便，近年來(lái)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

  特別是隨著《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略的全面推進(jìn)，以及電子商務(wù)的迅猛發(fā)展，企業(yè)對(duì)高效、靈活、節(jié)能的自動(dòng)化物流系統(tǒng)的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，對(duì)AGV技術(shù)也提出了更高的要求。作為AGV的關(guān)鍵技術(shù)之一，導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展引起業(yè)界的高度重視。相關(guān)企業(yè)也在積極推動(dòng)AGV導(dǎo)航技術(shù)的創(chuàng)新，以適應(yīng)不斷變化發(fā)展的市場(chǎng)需要。

  AGV導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)

  AGV根據(jù)路徑偏移量來(lái)控制速度和轉(zhuǎn)向角，從而保證AGV精確行駛到目標(biāo)點(diǎn)的位置及航向的過(guò)程，叫做“導(dǎo)航”。AGV導(dǎo)航主要涉及三大技術(shù)要點(diǎn)：

  1.定位

  定位是確定移動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)行環(huán)境中相對(duì)于全局坐標(biāo)的位置及航向，是AGV導(dǎo)航的最基本環(huán)節(jié)。目前AGV定位方法分為:

  （1）衛(wèi)星定位。它是一種以空間衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS定位系統(tǒng)用于A(yíng)GV定位時(shí)存在近距離定位精度低等問(wèn)題。

  （2）慣性定位。通過(guò)對(duì)固聯(lián)在載體上的三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀進(jìn)行積分，獲得載體實(shí)時(shí)、連續(xù)的位置、速度、姿態(tài)等信息。但慣性誤差經(jīng)過(guò)積分之后都會(huì)產(chǎn)生無(wú)限的累積，因此純慣性導(dǎo)航不適合長(zhǎng)時(shí)間的精確定位。

  （3）電子地圖匹配定位。利用圖像處理技術(shù)，將實(shí)時(shí)獲取的環(huán)境圖像與基準(zhǔn)圖進(jìn)行匹配，從而確定載體當(dāng)前的位置，匹配的特征可以為設(shè)定的路標(biāo)、特定的景象或是道路曲率。電子地圖匹配特別適用于對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的定位誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。

  以上定位方式中，慣性定位為相對(duì)定位方式，可以獲得連續(xù)的位置、姿態(tài)信息，但存在累積誤差；衛(wèi)星定位、電子地圖匹配等定位方式為絕對(duì)定位，可以獲得精確的位置信息，但難以獲得連續(xù)姿態(tài)信息。相對(duì)定位與絕對(duì)定位方式存在較強(qiáng)的互補(bǔ)性，通常采用將兩者結(jié)合的組合定位方法。

  2.環(huán)境感知與建模

  為了實(shí)現(xiàn)AGV自主導(dǎo)航，需要根據(jù)多種傳感器識(shí)別多種環(huán)境信息：如道路邊界、地形特征、障礙、引導(dǎo)者等。AGV通過(guò)環(huán)境感知確定前進(jìn)方向中的可達(dá)區(qū)域和不可達(dá)區(qū)域，確定在環(huán)境中的相對(duì)位置，以及對(duì)動(dòng)態(tài)障礙物運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)判，從而為局部路徑規(guī)劃提供依據(jù)。

  目前，多傳感器信息融合技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于A(yíng)GV導(dǎo)航系統(tǒng)中，其所起的作用關(guān)系著機(jī)器人的智能化水平。這種技術(shù)的核心在于可以有效地對(duì)多傳感器收集到的信息進(jìn)行處理和融合，提高AGV自身對(duì)于不確定信息的抵抗能力，確保有更多可靠的信息被利用，有助于A(yíng)GV更為直觀(guān)地判斷出周?chē)沫h(huán)境。

  3.路徑規(guī)劃

  路徑規(guī)劃是導(dǎo)航的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。AGV根據(jù)環(huán)境的變化，對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行收集和分析，按照某一性能進(jìn)行搜索，進(jìn)而找出從起點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的zui優(yōu)無(wú)碰撞路徑或次優(yōu)無(wú)碰撞路徑；能夠處理環(huán)境模型中的不確定因素和路徑跟蹤中出現(xiàn)的誤差，使外界對(duì)機(jī)器人的影響降到最小；利用已知信息來(lái)引導(dǎo)AGV動(dòng)作，從而得到相對(duì)更優(yōu)的行為策略。

  根據(jù)AGV掌握環(huán)境信息的程度不同，可分為兩種類(lèi)型：一個(gè)是基于環(huán)境信息已知的全局路徑規(guī)劃，另一個(gè)是基于傳感器信息的局部路徑規(guī)劃，后者環(huán)境是未知或部分未知的，即障礙物的尺寸、形狀和位置等信息必須通過(guò)傳感器獲取。

  主流導(dǎo)航方式及其特點(diǎn)

  AGV從出現(xiàn)至今，已經(jīng)衍生出了多種導(dǎo)航方式，每種導(dǎo)航方式均有自己的獨(dú)特之處和用武之地。目前AGV主流的導(dǎo)航方式有以下幾種：

  1.磁條導(dǎo)航

  磁條導(dǎo)航是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，主要是通過(guò)在路面上鋪設(shè)磁條，通過(guò)磁導(dǎo)航傳感器不間斷地感應(yīng)磁條產(chǎn)生的磁信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，通過(guò)讀取預(yù)先埋設(shè)的RFID卡來(lái)完成指定任務(wù)。磁條導(dǎo)航現(xiàn)場(chǎng)施工簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)于聲光無(wú)干擾性，AGV運(yùn)行線(xiàn)路明顯，線(xiàn)路二次變更容易、變更周期短，對(duì)施工人員技術(shù)要求低。但此導(dǎo)航方式靈活性差，AGV只能沿磁條行走，更改路徑需重新鋪設(shè)磁條，且磁條容易損壞，后期維護(hù)成本較高。

  2.電磁導(dǎo)航

  電磁導(dǎo)航是較為傳統(tǒng)的導(dǎo)航方式之一，目前仍被許多系統(tǒng)采用。它是在A(yíng)GV的行駛路徑上埋設(shè)金屬線(xiàn)，并在金屬線(xiàn)加載導(dǎo)引頻率，通過(guò)對(duì)導(dǎo)引頻率的識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。其主要優(yōu)點(diǎn)是引線(xiàn)隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)航原理簡(jiǎn)單而可靠，便于控制和通訊，對(duì)聲光無(wú)干擾，制造成本較低。缺點(diǎn)是路徑難以更改擴(kuò)展，對(duì)復(fù)雜路徑的局限性較大。

  3.光學(xué)導(dǎo)航

  光學(xué)導(dǎo)航是在A(yíng)GV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過(guò)對(duì)攝像機(jī)采入的色帶圖像信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引。該導(dǎo)航方式分為色帶跟蹤導(dǎo)航、二維碼識(shí)別等功能。光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)成熟，應(yīng)用也較為廣泛。目前，亞馬遜應(yīng)用的KIVA機(jī)器人就是利用光學(xué)導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)的。該導(dǎo)航方式靈活性比較好，地面路線(xiàn)設(shè)置簡(jiǎn)單易行，但對(duì)色帶的污染和機(jī)械磨損十分敏感，對(duì)環(huán)境要求過(guò)高，導(dǎo)引可靠性較差，精度較低。

  4.激光導(dǎo)航

  激光導(dǎo)航是在A(yíng)GV行駛路徑的周?chē)惭b位置精確的激光反射板，AGV通過(guò)激光掃描器發(fā)射激光束，同時(shí)采集由反射板反射的激光束，來(lái)確定其當(dāng)前的位置和航向，并通過(guò)連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。

  此項(xiàng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是，AGV定位精確，地面無(wú)需其他定位設(shè)施，行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。缺點(diǎn)是制造成本高，對(duì)環(huán)境要求比較苛刻（外界光線(xiàn)、地面要求、能見(jiàn)度要求等），不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）應(yīng)用。

  5.視覺(jué)導(dǎo)航

  視覺(jué)導(dǎo)航是在A(yíng)GV上安裝CCD攝像機(jī)，AGV在行駛過(guò)程中通過(guò)視覺(jué)傳感器采集圖像信息，并通過(guò)對(duì)圖像信息的處理確定AGV的當(dāng)前位置。

  視覺(jué)導(dǎo)航方式具有路線(xiàn)設(shè)置靈活、適用范圍廣、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于利用車(chē)載視覺(jué)系統(tǒng)快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)路標(biāo)識(shí)別這一技術(shù)瓶頸尚未得到突破，因此，目前該方法尚未進(jìn)入實(shí)用階段。

  6.慣性導(dǎo)航

  慣性導(dǎo)航是在A(yíng)GV上安裝陀螺儀，在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊，AGV可通過(guò)對(duì)陀螺儀偏差信號(hào)（角速率）的計(jì)算及地面定位塊信號(hào)的采集來(lái)確定自身的位置和航向，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引。

  此項(xiàng)技術(shù)在軍方較早運(yùn)用，其主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)，定位精準(zhǔn)，地面處理工作量小，路徑靈活性強(qiáng)。其缺點(diǎn)是制造成本較高，導(dǎo)引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續(xù)信號(hào)處理密切相關(guān)。

  7.輪廓導(dǎo)航

  輪廓導(dǎo)航是目前AGV最為先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)。該技術(shù)利用二維激光掃描儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行測(cè)量、學(xué)習(xí)，并繪制導(dǎo)航環(huán)境，然后進(jìn)行測(cè)量學(xué)習(xí)，修正地圖進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航功能。輪廓導(dǎo)航利用自然環(huán)境（墻壁、柱子以及其它固定物體）進(jìn)行自由測(cè)距導(dǎo)航，根據(jù)環(huán)境測(cè)量結(jié)果更新位置。該導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，不需要反射器或其它人工地標(biāo)，能夠降低安裝成本，減少維護(hù)工作。

  視覺(jué)導(dǎo)航仍是重要發(fā)展方向

  視覺(jué)導(dǎo)航由于具有探測(cè)范圍廣、目標(biāo)信息完整等優(yōu)點(diǎn)，被多位專(zhuān)家認(rèn)為是今后AGV導(dǎo)航技術(shù)的重要發(fā)展方向。目前來(lái)看，視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)已取得了很多研究成果，但由于現(xiàn)有計(jì)算設(shè)備的運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量的限制，其中的圖像處理速度慢始終沒(méi)有得到很好的解決。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及快速圖像處理關(guān)鍵技術(shù)的突破，視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)將成為具有廣闊前景的AGV導(dǎo)航技術(shù)。