什么是AGVAGV技术分支框架图及AGV导航技术分析提花机

2017-06-09 13:59:15来源： 贤集网

什么是AGV？

AGV是自动导引运输车（Automated Guided Vehicle）的英文缩写。是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，AGV属于轮式移动机器人（WMR――Wheeled Mobile Robot）的范畴。更直接点：AGV就是无人驾驶（Driverless）的运输车。

AGV一般以电池为动力，目前也有用非接触能量传输系统－－CPS（contactless Power System）为动力的。AGV装有非接触导航（导引）装置，可实现无人驾驶的运输作业。它的主要功能表现为能在计算机监控下，按路径规划和作业要求，精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列作业功能。

AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

AGV技术分支框架图

AGV 主要由导向模块、行走模块、控制模块、通讯装置、移载装置和蓄电池等构成，其中，导向模块和控制模块是AGV的关键模块。AGV技术最早出现在美国，著名的福特汽车公司是AGV应用的先驱，在1913年时就采用有轨引导的AGV代替输送机在汽车底盘装配线上应用。那时候的AGV并不属于自动导引小车，而是需要借助轨道，在特定的路径上作业，与现在应用的自主导引AGV存在很大的差异。1953年美国公司设计了第一台电磁导引的AGV，虽然这时候AGV的专利还很少，但从此开启了AGV导航技术的研究热点。

20世纪80年代以来开启了AGV技术研究的一个小高峰，主要是因为无线导引技术被引入到AGV系统中，其中影响最大最典型的是激光导引。激光导引的引入，使AGV在灵活性和精准度上取得巨大的进步。之后21世纪初AGV的技术研究进入瓶颈期，这时期的AGV专利申请量呈下滑趋势，急需攻克的技术难题是灵活性和大型调度系统的集成实用。2010年后AGV迎来了另一个发展高峰，这得益于大型服务器、数据处理器的开发和新型导引方式的应用，如无反射板激光自主导航技术，使得AGV更加智能且模块化。

AGV机器人的专利申请量主要集中在日本、美国、欧洲、韩国、中国等国家，日本通过对复杂AGV简化研究，转化为AGC，在专利申请量上超越AGV发源国美国，排名第一。中国引入AGV的时间比较晚，但有后来居上的趋势，AGV申请量排名仅次于日本，占据第二位。国内的专利申请人主要集中在高校和中小企业，其中高校申请人如苏州工业园区职业技术学院、南京航空航天大学、合肥工业大学等。中小企业申请人中，艾吉威机器人有限公司所占比重较大，2014年后最新申请量排名全国第一，且申请质量较高，发明专利较多，包括无反射板激光自主导航技术的发明专利。

AGV技术分支框架图

通过对AGV 相关专利文献的标引，发现专利申请侧重领域很多，其核心包括改善导航方式研究（根据具体的应用环境选取特定的导引方式，或者采用多种导引方式结合的方式取长补短以达到较好的综合效果），AGV 自身定位精度、控制系统和路径规划方法，如通过改进导引设备自身以提高定位精度、集成控制系统的设计、路径规划方法的选择为实现AGV的精确定位。

综上所述，AGV 随着计算机技术和智能控制策略的发展，开始走向集成化和智能化，主要关注点为AGV 自身定位的精准性和行走方式的控制，且涉及核心技术的申请量主要集中在欧美日韩等国家，我国在AGV 方面起步较晚，未来应集中精力改进导航方式、控制方式以及AGV结构上，在AGV知识产权上争取更多的话语权。

AGV导航技术分析

随着工厂自动化，计算机集成的制造系统技术逐步发展和自动化立体仓库的广泛使用，AGV作为物流管理系统一个重要部分，其自身的范围和技术水平都得到了迅猛的发展。但是往往越来越多的人了解它，觉得需要它，但是不怎么了解它，然后担心AGV的种种问题。在这里我给大家简单介绍下AGV导航方式，让那些觉得有需要的公司有一个简单的了解。

图1 AGV导航技术总览图

激光导航

激光导航是在AGV行驶路径的周围安装激光反射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和方向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导航。

图2 激光导航

激光导航技术优点：

1、AGV定位精确。

2、地面无需其他定位设施

3、行驶路径可灵活多变，能够适合多种现场环境，它是目前国内外许多AGV生产厂家优先采用的先进导航方式。

4、技术高大上。

激光导航技术缺点：

1、成本高，对环境要求较相对苛刻（外界光线，地面要求，能见度要求等）。

2、激光导航设备价格高。

3、激光导航设备适用于无遮挡环境。

4、反光板成本高。

目前激光导航技术已经成为国内外AGV厂商的主流方案，由于其定位精度高、线路变更灵活、导航技术成熟等等因素导致激光导航已经普及。

磁条导航

磁条导航被认为是一项非常成熟的技术，主要通过测量路径上的磁场信号来获取车辆自身相对于目标跟踪路径之间的位置偏差，从而实现车辆的控制及导航。磁条导航具有很高的测量精度及良好的重复性，磁导航不易受光线变化等的影响，在运行过程中，磁传感系统具有很高的可靠性和鲁棒性。磁条一旦铺设好后，维护费用非常低，使用寿命长，且增设、变更路径较容易。

图3 磁条导航

磁条导航的优点：

1、现场施工简单。

2、成本低、技术成熟可靠。

3、对于声光无干扰性。

4、AGV运行线路明显性。

5、线路二次变更容易、变更成本低、变更周期短。

6、对施工人员技术要求低

磁条导航的缺点：

1、磁条易破损

2、由于地面铺设磁条，整体美观性下降。

3、磁条不能连贯性，由于AGV转弯会碾压磁条，部分磁条会截断不铺设。

4、磁条会吸引金属物质，导致AGV设备故障等等。

5、需要其他传感器实现定位站点功能。

磁钉导航

该导航方式依然是通过磁导航传感器检测磁钉的磁信号来寻找行进路径，只是将原来采用磁条导航时对磁条进行连续感应变成间歇性感应，因此磁钉之间的距离不能够过大，且两磁钉间AGV处于一种距离计量的状态，在该状态下需要编码器计量所行走的距离。其次，磁钉导航所用控制模块与磁条导航控制模块相同。

图5 磁钉导航

磁钉导航的优点：

1、成本低、技术成熟可靠。

2、导航的隐秘性好、美观性强，也就是说磁钉预埋打孔填埋在地面下，整个工厂地面以上没有其他导航辅助设备。

3、磁钉抗干扰强，抗磨损性强，抗酸碱、油污等影响。

4、使用用户外、室内、下雨等等

磁钉导航的缺点：

1、AGV导航地面需满足技术要求，即AGV导航路线内不能有其他磁性物质存在；AGV导航线路不能有消磁、抗磁物质，影响AGV磁钉磁性。

2、AGV磁钉导航线路一次铺设，后续修改线路必须执行二次作业，对比激光导航技术，磁钉导航对于后期修改线路增加成本和施工时间。

3、AGV磁钉导航施工会对地面进行一定的破坏功能，即在地面开孔，然后回填，对施工技术要求严格，才能恢复原地面美观要求。

电磁导航

电磁导航是较为传统的导航方式之一，目前仍被采用，它是在AGV的行驶 路径上埋设金属线，并在金属线加载导引频率，通过对导引频率的识别来实现AGV的导航功能。

电磁导航

该导航技术类似于磁条导航，由于该导航技术美性不足、路径变更困难等缺点，该技术方案逐渐被AGV厂商放弃，但是特定地场合也比较适合该导航技术，具体根据AGV工作环境要求。比如高温环境下、线路平直性要求严格等要求。

电磁导航的优点：

1、成本低、技术成熟可靠。

2、导航的隐秘性好、美观性强，也就是说磁钉预埋打孔填埋在地面下，整个工厂地面以上没有其他导航辅助设备。

3、磁钉抗干扰强，抗磨损性强，抗酸碱、油污等影响。

4、使用用户外、室内等等

电磁导航的缺点：

1、需要额外设备产生电磁信号。

2、需要其他传感器实现站点定位功能。

3、AGV电磁导航线路一次铺设，后续修改线路必须执行二次作业，对比激光导航技术，电磁导航对于后期修改线路增加成本和施工时间。

4、AGV磁钉导航施工会对地面进行一定的破坏功能，即在地面开槽，然后回填，对施工技术要求严格，才能恢复原地面美观要求。

5、导航技术不高大上。

测距导航

该导航技术主要应用于激光二位扫描仪对其周围环境进行扫描测量，获取测量数据然后结合导航算法实现AGV导航。

测距导航

该导航传感器通常使用具有安全功能的安全激光扫描仪实现，由于采用安全激光扫描仪可以实现安全功能的同时也能够实现导航测量功能。

安全激光扫描仪

采用测距导航技术的AGV可以实现进入集装箱内部进行自动取货送货功能。

轮廓导航

轮廓导航是目前AGV最为先进的导航技术，该技术利用二维激光扫描仪对现场环境进行测量、学习，并绘制导航环境，然后进行多少测量学习，修正地图进而实现轮廓导航功能。

轮廓导航

利用自然环境（墙壁、柱子以及其它固定物体）进行自由测距导航根据环境测量结果更新位置。

轮廓导航原理

轮廓导航转弯实现原理

轮廓导航环境测量实现

目前轮廓导航传感器类型：

1、采用具有测量功能的安全激光扫描仪。

2、采用具有测量功能的激光扫描仪

轮廓导航传感器安装分类：

获得足够大的视野是轮廓导航的必要条件：

将单个传感器安装在高处，以获得270度视角。

安装两个传感器，以获得超过270度的视角。确保水平对齐。

轮廓导航安装方式

货物应设置在适当范围内（比如最大距离 30 米，在可行性评估时，采用使用 20 米） 以及在两边与前面，以实现完整的位置更新 ，这点很重要。

轮廓导航AGV路径设置

环境动态变化

预知传感器视角会因员工、车辆、门与设备移动而临时移动，这在一定程度上是可以接受的。设备、车辆、托盘与其它固体要在车辆行驶时保持静止，这面临的挑战更大。

至少 50% 的传感器读数来自实测图中的物体。

轮廓导航环境动态评估

轮廓导航优点：

1、不需要反射器或其它人工地标

2、降低安装成本

3、减少维护工作

4、激光导航替代方案

混合导航

混合导航是多种导航的集合体，该导航方式是根据现场环境的变化应运而生的。由于现场环境的变化导致某种导航暂时无法满足要求，进而切换到另一种导航方式继续满足AGV连续运行。

混合导航技术

补充一下

光学导航

光学导航其实利用工业摄像机识别。该导航分为色带跟踪导航、二维码识别等等功能。接下来，我会重新写一篇文章详细介绍一下光学导航的原理。

光学导航-色带导航

亚马逊KIVA机器人

目前，亚马逊的仓储机器人AGV就是利用光学导航实现的（上图中地面贴有二维码，KIVA机器人通过识别二维码来实现定位及辅助动作）。由于亚马逊KIVA机器人仅仅服务于亚马逊，目前第九代KAVI已经服务于亚马逊仓库，由于国内电商也存在相同的需求，因此国内很多仓储机器人AGV就是按照亚马逊的KIVA的工艺流程设计的。

比如国内的新松公司的也有自主研发的仓储机器人，从外观的美观程度与功能上基本与亚马逊KIVA一个水平。

本文主要目的是让大家初步了解AGV导航技术，在生活中很多人不了解AGV什么、AGV干什么、AGV如何行驶的、AGV导航有哪些？本人从事AGV工作，本着让大家了解AGV、关注AGV、同时普及一下AGV相关知识。文中有不足之处，希望大家能够谅解。（来源：今日头条AGV技术）

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