AGV导引方式专利技术综述

AGV导引方式专利技术综述

尚伟昊1袁瑞侠1赵磊

国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心河南郑州450000

摘要：AGV(AutomatedGuidedVehicle)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。本文重点分析了AGV基于磁、激光、视觉三种导引方式的专利关键技术，从该领域专利技术方面进行了分析介绍。

关键词：AGV、磁、激光、视觉

一．AGV专利技术态势分析

AGV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中的关键技术是导引技术，且其导引方式已具有多元化的趋势，方法包含磁导引、激光导引、视觉导引、GPS导引、坐标识别、惯性或超声波导引等等。本文主要基于磁、激光、视觉三个分支方向的检索数据进行汇总分析。

基于在中文数据库(CNABS)和外文数据库(DWPI)中的检索结果可知，AGV导引方式相关专利申请最早出现于20世纪80年代，之后处于萌芽期，直至21世纪才有了缓慢增长到如今的爆发式增长。

具体来说，2000年以前，国外申请人几乎包揽了AGV导引方式领域相关申请，即使中文专利库的少量申请也为国外申请人在中国的申请，国内对于该领域的相关申请为一片空白。自2000年起，由于中国与世界的接轨后国内申请人对国际先进技术的不断汲取，随着中国经济的发展和专利制度的完善，国内申请人陆续就该领域开展专利申请，并在数量上逐渐逼近国外申请数量。2010年以后，随着人们对自动化程度的需求越来越高和科学技术的不断发展，AGV在工业运输领域逐渐占据主导地位，从而推动了国内外机构对于AGV的研究和改进，中国对于该领域的专利申请量也开始爆发式增长并远远超过国外申请数量，这与中国大力推动科技进步和鼓励创新是密不可分的，也从另一个角度说明中国市场在国际市场的地位已有了很大的提升。

二．AGV专利技术分析

2.1专利技术演进路线

由检索结果可知电磁感应作为最早使用的导引方式，其具有埋线隐蔽、不易被污染和破损、易于控制和通讯、抗声光干扰能力强的优点，因而为早期最多使用的导引方式，但是其对于地面要求较高，且在复杂交叉路径中容易出错。此外，由于工厂加工过程中的生产工序并不是一成不变的，当其运输路径改变时，则需要重新敷设导引电磁线，这就造成了较高的敷设成本，因而致力于对电磁导引方式的改进是本领域研究人员的努力方向。

随着科技的进步，激光和视觉导引技术应运而生。激光导引即为在AGV上设置扫描激光装置并根据接收的反射光来确定自身的位置和行驶方向，此种定位方式精度比较高，地面也无需装设除了反光板的辅助定位装置，能适应复杂的路径要求，且其路径灵活，可满足人们对于路径修改的要求。然而激光扫描装置的成本比较高，对于中小型企业的普适性比较低。

基于视觉的导引技术最先发展为在空中敷设多个摄像机，对AGV运行路径全面覆盖，从而对AGV进行定位和导引，然而此种方案需要多个摄像机进行全面覆盖，因为成本相对较高。之后的视觉导引技术发展为在AGV行走路径上粘贴与地面有色差的色带或者涂抹具有标识作用的漆带，由光学传感器采入色带或漆带的图像信号进行识别和处理以实现导引，从而对AGV行进方向进行控制。此种导引方式避免了在地面埋入磁导线的过程，只需在地表进行敷设，其路径修改也相对简单，且色带成本较低，因而被广泛采用。但是在实际应用中地面的色带由于其它运载工具的碾压受损或易被污物污染导致色差不能被识别，从而给AGV的运行带来了一定的影响。随着科技的发展，扫码定位技术也同样被应用于AGV导引系统，AGV可根据二维码或射频标签中记录的位置信息实现自身位置的确定，从而对行进方向作出判断。

基于磁检测技术的另一分支则为使用磁带去替代电磁线，其同样只需在地表进行敷设，路径修改也相对简单，但是此种导引方式易受环路周围金属物质的干扰，对磁带的机械损伤极为敏感，因此导引可靠性相对较低。

基于各种导引方式各有其优缺点，且现有的自动化工厂对于AGV的定位精度要求也相应的在提高，因而在专利技术层面也相应出现了基于多种导引方式共同作用的AGV导引系统，即各技术分支之间进行相互结合，具体来说，比如可采用磁带或色带导引的固定导引方式进行导引，使AGV沿固定路径前进，并在特定位置设置相应的具有定位作用的标识物，采用视觉、激光等方式进行定位从而极大的提高AGV运行精度；而采用固定路径中色带或磁带的导引和基于视觉和激光的固定导引方式的结合可使AGV同时适用于室内外的应用场合，并兼顾柔性路径导引中躲避动态障碍、优化路径和固定路径导引中导航精度高、行驶准确的特点，从而适应复杂度较大、精度要求较高的环境，拓宽了AGV的应用领域。

2.2典型专利分析

基于检索过程中阅读的专利文献，选取如下几篇专利以分析AGV各导引方式的基础技术方案，从而有助于深入理解各导引方式的工作原理。

案例1：EP0213938B1是最早的几篇关于视觉导引技术的专利之一，被引用频次为最高的122次，是基于视觉导引技术的基础专利，其在背景技术中已经记载可使用粘贴于地面上的反光条纹或者反光带以在固定路径上对AGV进行导引，但是由于此种方式既对路径进行了限定，有不可以任意的动态调整AGV的行驶方向因而不能避免AGV行进过程易于其它物体发生碰撞的问题。为了解决上述基于反光带导引所带来的缺陷，该专利提出了一种基于视觉导引的AGV系统，具体为在工厂内的指定节点位置设置相应的标记，并在数据库中存储工厂中设备、各节点和摄像机的位置信息，当AGV运行到某个位置时根据计算的位置信息对AGV的行驶路径进行规划，从而使AGV在可任意调整的路径中行进。

案例2：US4846297A一种激光导引方式的AGV，其克服原有固定路径导引方式不易对路径进行修改的缺陷。在AGV运行路径周围(天花板)设置若干反射板，装设在AGV上的激光扫描装置不断扫射，当检测到反射板时计算其与中心参考线之间的夹角，根据角度偏差控制AGV的行驶方向。本专利中记载的AGV还可以兼具色带导引方式以适应户外的工作环境，由切换开关自动控制切换工作方式。但是其需要计算预设反光板的位置以及间距，增加了计算设置的难度。由于在家居环境中设置反光板会影响居住舒适度，其主要应用与生产现场。

案例3：WO2012103525A2公开了一种可远程遥控的机器人，其使用安设于AGV上的摄像机采集现场环境中的标记信息，并与存储的地图进行比较以选择合适的路径，还可与远程终端进行信息交互，以使操作者可根据视频输入远程操控AGV行进，此种多功能的AGV拓宽了其工业运输应用领域，且摆脱了对于导引带的依赖，使其具有更好的柔性操控，给出了未来的AGV导引控制方式的启示。

三．总结

本文对AGV的基于磁、激光、视觉等三种导引方式的相关专利申请进行了统计分析，对各技术分支的关键技术进行梳理并得到技术演进路线，且进一步对本领域的典型技术方案进行了分析，从整体来看，AGV导引技术经过多年的技术演进，已逐步形成比较成熟的市场格局，在该领域的研究中，虽然欧、美、日等国起步较早，但是中国也已后来居上，形成可自身的专利布局，占据了一定的市场份额，但是进入国际市场还需要一定的时间，这需要国内申请人抓住市场发展机遇，同时提高自身专利申请的质量。

注：1尚伟昊和袁瑞侠为本文做出同等贡献，为共同第一作者