AGV是移動機器人的一個重要分支，具有并行作業、自動化、智能化和柔性化等優勢，如今已廣泛應用于自動化倉儲系統、智能工廠、智能生產等領域。

1953年，美國Basrrett電子公司開發成功了世界第一臺自主導航車（AGV），它由一輛牽引式拖拉機改造而成，帶有車兜，在一間雜貨倉庫中沿著布置在空中的導線運輸貨物，并具有一個以真空管技術為基礎的控制器。此后，隨著計算機、微處理器、控制系統及視覺識別等技術的發展，AGV的導航方式也在不斷創新與演進之中。

圖源：promat

AGV，全稱為Automated Guided Vehicle，意即自動導引運輸車。我國國家標準《物流術語》，將AGV定義為具有自動導引裝置，能夠沿設定的路徑行馳，在車體上具有編程和停車選擇裝置、安全保護裝置以及各種物料移載功能的搬運車輛。AGV是移動機器人的一個重要分支，具有并行作業、自動化、智能化和柔性化等優勢，如今已廣泛應用于自動化倉儲系統、智能工廠、智能生產等領域。

有關AGV的導航方式

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AGV及其導航方式的演變與進化

回顧AGV及其導航方式的發展歷史，大致可分為三個發展階段：

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第一階段：固定路徑的電磁導引

AGV技術雖然起源于美國，但在隨后的三十年里在歐洲發展較快。從1954年英國首次采用地下埋線的電磁感應導引技術起，早期的AGV基本都采用電磁導引方式，即AGV沿著地面上的信號行駛，AGV上的傳感器根據信號的強度，選擇某一頻率的電磁信號為AGV提供導引。

在這一階段，由于計算機技術發展并應用到AGV系統的管理和控制中，AGV的應用場景也從早期的多局限于倉庫內用作貨物轉運，擴展到用于倉庫自動化和工廠作業中，并作為生產組成部分進入生產系統，用于柔性生產線和汽車裝配線中。

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第二階段：無線式導引技術得到應用

20世紀80年代，歐洲的AGV浪潮涌入美國。許多美國公司通過技術引進和合資經營等手段將歐洲先進的AGV技術轉移到美國。由于計算機微處理器的發展、控制技術的興起，計算機通訊、識別技術等進入AGV研究領域，AGV向著智能化方向發展，無線式導引技術（比如激光導航、慣性導航等）則被引入到AGV系統中，大大提高了AGV的靈活性和準確性。

80年代末到90年代初，AGV導引技術出現井噴式發展。比較典型的有瑞典NDC公司的激光導航式AGV，荷蘭的磁體網絡導引式AGV、比利時Egemin公司的激光導航與慣性導航、激光測角與測距相結合的復合導航式AGV等。

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第三階段：百花齊放，多種導航導引方式并存

AGV導航方式市場份額統計情況

（圖源：前瞻產業研究院）

當前正處于AGV導航方式發展的第三階段，即“百花齊放”，多種導航導引方式并存。一方面，傳統導引方式仍在廣泛使用，根據前瞻產業研究院2018年整理數據，磁導引、磁帶導引、色帶導引仍占據著AGV導航方式共74.5%的市場份額。另一方面，二維碼導航、激光導航、慣性導航、GPS導航等也都應用到AGV系統中，且AGV導航技術也在持續創新，視覺導航、自然導航、熒光導航等都具有良好的應用前景。此外，隨著市場需求的不斷變化，未來也必將有更多的導航方式出現。

可以說AGV的技術發展史，也就是AGV導航導引方式的演進史。隨著技術的變革與應用，AGV導航方式也從最初的固定路徑導引（電磁導引），發展到半固定路徑導引（磁導引和光帶導引），再發展到自由路徑導引（如基于“燈塔”信息的激光導航、GPS導航，基于地標信息的慣性導航、標簽導航，基于環境信息的環境導航或自然導航等）。隨著導航技術的發展，AGV對特定標志物的依賴逐漸較少，對環境的適應性則逐漸增強。

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9種主流導航方式特點分析

AGV的導航是指其決定AGV運行方向和路徑的方法。目前常用的AGV導航導引方式主要有磁導引、電磁導引、光帶導引、慣性導航、激光導航、視覺導航、二維碼導航、直接坐標導航、GPS導航等9種導航方式。

① 磁導引

磁導引又分為磁帶導引、磁點（磁釘）等導引方式，也即在AGV的行駛路徑上貼磁帶或打磁點（磁釘），通過磁感應信號實現導引。目前，磁帶、磁點（磁釘）導引技術比較成熟，應用也較為廣泛。

磁導引原理圖

其優點是改變或擴充路徑較容易，磁帶、磁點的安裝簡單；缺點則是易受AGV行走路徑周圍的金屬物質的干擾。此外，由于磁帶外露，容易受到機械損傷和污染，導航的穩定性受環境影響較大，因此近年來此類AGV較多采用磁點（磁釘）方式。

② 電磁導引

該導引方式的基本工作原理為：在AGV的行駛路徑上埋設金屬導線，并加載低頻、低壓電流，使導線周圍產生磁場，AGV上的感應線圈通過對導航磁場強弱的識別和跟蹤，實現AGV的導引。

電磁感應導引結構圖

其優點為引線隱蔽，不易污染和破損，導引原理簡單可靠，便于控制和通訊，無聲光干擾，制造成本較低；缺點則為路徑更改的靈活性差，調整變動麻煩，感應線圈對周圍的鐵磁物質較敏感。在國外，對于一些路線比較簡單、需要24小時連續作業的工況（比如發動機等裝配生產線），基于非接觸供電技術的電磁導引AGV應用是比較多見的。

③ 光學導引

該導引方式的基本工作原理為：在AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對光學傳感器采入的色帶圖像信號進行識別實現導引。此外，用CCD攝像機和圖像處理系統替代普通的光學傳感器可以有效提高導引系統的可靠性。目前，光學導引技術成熟，應用也較為廣泛。

光學導引原理

光學導引與磁帶導引比較類似，主要優點為靈活性較好，地面路線設置十分簡單；缺點則是易受色帶污染和磨損的影響，對環境要求較高，導引可靠性受制于地面條件，停位精度比較低。

④ 激光導航

最初的激光導航需要反射板來做輔助，稱為反射板激光導航模式，即在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過發射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當前的位置和方向，并通過連續的三角幾何運算來實現AGV的導航。依據同樣的導航原理，若將激光掃描器更換為紅外發射器或超聲波發射器，則反光板激光導航可以變為紅外導航或超聲波導航。

反射板激光導航示意圖

激光導航的主要優點為定位精確，能適應復雜的路徑條件及工作環境，能快速變更行駛路徑和修改運行參數；主要缺點則為激光定位裝置成本較高。對環境要求（如外界光線、地面要求、能見度要求等）相對較高，不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）應用。

目前，基于SLAM（Simultaneouslocalization and mapping，同步定位與地圖創建）技術的無反射板激光導航，由于突破了諸多局限，實現了AGV在復雜環境下也能精準定位、快速部署而備受關注，成為許多AGV廠商的研發方向。

⑤ 慣性導航

慣性導航，即在AGV上安裝陀螺儀，在行駛區域的地面上安裝定位塊，AGV通過對陀螺儀偏差信號（角速率）的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置和方向，從而實現AGV的自動導引。

慣性導航原理圖

慣性導航作為AGV領域新興的導航方式，在軍方較早運用。其優點是技術先進，定位精準，地面處理工作量小，路徑靈活性強。缺點則是制造成本較高，導航的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續信號處理密切相關。

⑥ 視覺導航

AGV領域的視覺導航，是指以攝像頭獲取可見光信號，基于模擬視覺的導航系統，也即在AGV上安裝CCD攝像機和傳感器，AGV在行駛過程中通過視覺傳感器采集圖像信息，并通過對圖像信息的處理確定AGV的當前位置（識別給定路標）。

美國SEEGIRD公司的視覺導航AGV

（圖片來源于SEEGIRD官網）

視覺導航方式不需要人為設置任何物理路徑，具有路線設置靈活，適用范圍廣，成本低，允許無固定參照物等優點，理論上具有最佳導航柔性，也是未來的發展方向。但是，由于基于無固定參照的視覺導航AGV其定位精度往往不高，利用車載視覺系統快速、準確地實現路標識別這一技術瓶頸尚未得到突破。

⑦ 二維碼導航

二維碼導航實際上也屬于視覺識別類導航，且與磁釘導引較為相似，只是坐標標志物不同，前者是磁釘，后者是二維碼。其原理是AGV通過攝像頭掃描地面QR二維碼，通過解析二維碼信息獲取當前的位置信息。二維碼導航通常與慣性導航相結合，以實現精準定位。

嘉騰二維碼導航AGV

（圖片來源于嘉騰機器人官網）

二維碼導航比磁導航定位精確，在鋪設、改變路徑上也較容易，便于控制，對聲光無干擾。缺點則是路徑需要定期維護，在項目現場需要鋪設大量二維碼，且二維碼易磨損，比較適合全自動無人化環境。

⑧ 直接坐標導航

直接坐標導航，即用定位塊將AGV的行駛區域分成若干坐標小區域，通過對小區域的計數實現導引，一般有光電式（將坐標小區域以兩種顏色劃分，通過光電器件計數）和電磁式（將坐標小區域以金屬塊或磁塊劃分，通過電磁感應器件計數）兩種形式。

其優點是可以實現路徑的修改，導引可靠性好，對環境無特別要求。缺點是地面測量安裝復雜，工作量大，導引精度和定位精度較低，且無法滿足復雜路徑的要求。

⑨ GPS導航

GPS（Global Positioning System，全球定位系統）導航，即通過衛星對非固定路面系統中的控制對象進行跟蹤和制導，其精度取決于衛星在空中的固定精度和數量，以及控制對象周圍環境等因素。

dGPS導航原理

因GPS定位系統用于AGV定位時存在近距離定位精度低等問題，由此也衍生出iGPS（室內GPS）和dGPS（用于室外的差分GPS）導航系統，其精度要遠遠高于民用GPS。目前應用于AGV上的GPS導航技術還在發展和完善之中。

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AGV導航方式的創新并未止步

雖然目前應用于AGV上的導航導引方式多種多樣，且各有優缺點，適用于不同的應用場景。但面對激烈的市場競爭以及電商、制造等行業對智慧物流更強烈的市場需求，目前對AGV導航方式的探索與技術創新卻并未止步，比較典型的包括自然導航、熒光導航等。

① 自然導航

自然導航，是基于SLAM技術以及現有環境實現，不需要對基礎設施進行任何調整，無需地面標記的導航方式。由于其不需要安裝標記或反射器，降低了車間改造成本，縮短了安裝和投入使用的時間，提高了車間柔性和設備可移植性，因而能夠滿足市場對AGV高靈活性、短安裝和啟動時間的需求。

怡豐自然導航AGV

應用于上汽大眾高壓電池車間

（圖片來源于怡豐機器人官網）

自然導航實現的過程為：首先讓裝有環境感知傳感器的AGV在未知環境中從某一位置出發，根據其移動過程中內部與外部傳感器獲取的感知信息進行自定位，同時逐漸建立一個連續的環境地圖，即SLAM過程。然后，在此地圖的基礎上可以實現AGV的精確定位與路徑規劃，完成導航任務。

SLAM技術是自然導航的核心技術，成功實現SLAM是AGV實現自然導航的前提，SLAM過程中地圖建立的精度對后期定位與導航的精度有著重大影響。自然導航的SLAM技術有2種，即激光SLAM和視覺SLAM，兩者的原理基本相同。激光SLAM利用2D或3D激光雷達掃描周邊環境，然后再通過軟件構建即時地圖；而視覺SLAM則是利用攝像頭拍攝的圖像來構建地圖。

自然導航是目前AGV行業最先進的導航技術之一，也是近幾年隨著智能制造和柔性生產需求而興起的導航方式。如今，國內包括新松機器人、嘉騰機器人、怡豐機器人、佳順智能等廠商都推出了自然導航式AGV產品，并逐漸應用于工廠車間物料運轉作業等場景。

② 熒光導航

熒光導航一定意義上可以說是磁導引和色帶導引的升級版。熒光導航的工作原理是，熒光導航傳感器發射經調制的紫外光，當熒光色帶上的熒光物質被紫外光激發，即會發射出波長在可見光光譜范圍內（約420 nm 到750 nm）的可見光，熒光導航傳感器通過接收此光線，從而測量判斷色帶與AGV的相對位置，讓AGV小車沿既定路線行駛。

圖 熒光導航工作原理

（圖片來源于德國SICK公眾號）

熒光導航兼具磁導引的耐污染能力和色帶導引的抗干擾能力，提供更高的精度和集成度，并能優化小車控制。缺點則是與目前主流的磁導引方式相比，熒光導航傳感器本體成本略高，但與磁條路線相比，熒光色帶將會省去90%的路線成本，因此也能一定程度上削減整體方案成本。該導航技術自推出后即備受關注，也是AGV導航技術創新的方向之一。

此外，聲音導航、神經網絡導航、路徑規劃等智能化AGV導航控制技術也都在發展中，并將隨著機器人導航技術的進步而進步。

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更智能更柔性化

AGV導航方式發展展望

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復合導航成為主流

復合導航指應用兩種或兩種以上導航導引方式實現AGV運行，其目的是為了適應各種使用場景，也是未來AGV導航的主要發展方向之一。比如，使用慣性導航控制、二維碼標簽輔助糾偏的慣性二維碼復合導航，可提高導航精度及作業效率；使用慣性導航與視覺導航的復合導航方式，則既彌補了慣性導航誤差隨時間漂移的不足，也彌補了視覺導航處理實時性不足的缺陷等等。

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視覺導航仍是重要發展方向

雖然，目前受限于現有計算設備的運算速度和存儲容量，特別是圖像處理速度慢始終難以解決，視覺導航實用性不強；但是，相信隨著計算機技術的發展及快速圖像處理關鍵技術的突破，視覺導航將成為具有廣闊前景的AGV導航技術之一。

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無標記自然導航將被更多采用

未來，工業互聯網、邊緣計算、云計算以及人工智能與智能移動機器人相互交融會越來越普及，將帶來AGV行業革命性變化，要求AGV更智能，更柔性化，越來越多的AGV將采用無標記自然導航技術以適應復雜、開放的動態環境。

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將有更多的導航方式產生

導航導引技術始終是AGV發展的最主要部分，隨著市場需求的不斷變化，未來還必將有更多的導航技術與方式出現。比如，圍繞個人移動終端的室內定位技術發展方興未艾，基于Wi-Fi、藍牙的多種方案趨于成熟，并投入市場應用，將這些技術與機器人導航技術相結合，或將為AGV室內導航開辟新的思路。