浅谈AGV自主导航方式

浅谈 AGV 自主导航方式

裴立明、原鹏飞、陈林杰、王彦晓、史小露

1. 江西洪都航空工业集团有限责任公司、南昌、 330024

自动导引车以其高度自动化、安全性和灵活性等特点,在整个生产运输中发挥着非常关键的作用,随着制造业的智能化转型升级中，AGV小车不仅是自动化搬运的神器，更是在组装或柔性加工系统中作为移动工作台使用。AGV在生产过程中既是移动载体又是工作平台，AGV移动工作台生产柔性非常高，生产任务可以根据生产需求随时更换，提高了移载装配过程中效率及安全可靠性，降低了生产成本和节约占地面积。

目前AGV的导航方式主要有电磁引导、光学引导、磁带引导、激光引导、超声波引导、惯性引导、GPS导航、惯性导航和混合导航等。

1）电磁导引方式

电磁导引方式是一 种传统的引导方法，它是在地下埋设金属线或电缆，而后在金属线上通以低频交流电，使金属线周围产生交变的电磁场。AGV 上装有两个电磁感应元件（感应线圈）用于检测电磁场。当感应线圈检测到电磁场时，其线圈两端将产生与磁场强度成正比的感应电压。若金属线靠近其中一个线圈，则该线圈检测到的磁场强度较另一个强，产生的电压也较强，因此两个电压相比较后可产生转向信号，告知 AGV 此时金属线有偏移，AGV 需要转向调整。

（2）光学导引方式

光学导引方式需要在地面铺设连续的反射光带，或是在地面上涂抹油漆或铺设不锈钢条。AGV 上装有光源和光学传感器，光学传感器均匀分布在发光带两侧用以检测反射信号以产生转向信号。AGV 通过转向信号追踪路径，这种转向信号一般为连续数字信号。光学导引方式用于 AGV，施工简单，线路布置灵活多变，但易受外界光源干扰，对环境及施工要求高。

（3）磁带导引方式

磁带导引又称磁性式导引，该种导引方式与电磁导引方式相似，原理也相近，但用铺设在地面上的连续性磁带替换了埋设在地下的金属线或电缆用以产生磁场。同时用装在 AGV 上的磁性传感器替代感应线圈来检测该磁场，最后通过测定磁场的位置偏差计算此时磁带的偏离程度，用以控制电机的速度或转向。磁性传感器一般为多路数字型，每一路对应一个检测头。通过对多路信号的侦测可明确获知 AGV 行驶时的偏移方向及偏移量。该种方法地面系统较为简单，路线铺设灵活多变，施工方便易行，且可靠性高，因此在 AGV 导引方式中使用最多。

（4）激光导引方式

激光导引方式属于无线导航式导引。AGV 小车引导路径的附近放置有定位精度高的反射镜（或称为标记），小车上的反射器可向反射镜发射光束，而后采集反射回的激光信号，以此确定其当前的坐标及运行方位，而后控制系统经过不间断的三角几何运算来计算小车的导引方向以及路径。该方法益处在于：位置及定向准确，无需设置其它地面标记，线路可柔性规划，环境适应性好。同时该导引方式的导引信号可通过明确的数学模型计算获得，降低了 AGV 控制器建立难度，减少了控制程序的编写工作量，提高了 AGV对运行状态进行实时分析的精度。

（5）超声波导引方式

超声波导引方式是利用墙面或者类似有遮挡作用的物体对超声波进行反射，

通过检测反射信号而达到对小车定位与导引的一种方式。该种方式实现简单方便，硬件不需太高要求，可使成本有效得到控制，且提高了 AGV 系统的适应性。但其对运行环境有一定要求，当运行环境存在反射盲区或遇到反射情况较复杂的区域时，该种方法的效率和可靠性会受到影响，环境恶劣时可能大大降低。

（6）惯性导引方式

惯性导引是利用在小车上安设陀螺仪装置，并在地面上放置定位标识实现的，AGV 通过计算陀螺仪返回的偏移值，同时采集地面标识信息来确定自身的位置和方向。若不安装定位块，则需要在行驶路径上给 AGV 设定一参考起始点，而后通过偏差信号测量行驶距离进行坐标定位。惯性导引最先用于军事领域，技术先进，定位准确，灵活多变，组合及系统兼容方便，适用领域广，已有很多生产厂家采用该项技术。但该导引方式小车的开发费用高，并且导引的准确性及可行性直接与陀螺仪的参数相关，因此对于低成本 AGV 而言无法运用该项技术。

（7）图像识别导引方式

图像识别导引方式是实现智能导引的最佳方式，也是一项具有发展潜力的实

用技术。图像识别运用到 AGV 导引上主要有两种方法，一是完全利用 AGV 上安

装的 CCD 摄像头对环境进行侦测，获取周围环境的图像信息，通过这些图像信息与事先存储在数据库中的路径信息进行比对，以获取 AGV 的位置，进而修正路径导引 AGV 行进。二是在地面上绘制行走路径线，或称为导向标志线，CCD 摄像头通过对地面摄像获取标志线信息，从而判定 AGV 的行走偏差，通过该偏差实现路径跟踪及导引。第一种方法是最为符合智能化要求的，但由于实现复杂且技术困难，目前仍在被各大公司研究中。第二种方法需要对所采集图像信号进行处理后才能用于AGV导引，但图像处理技术已经得到广泛应用及研究，因此该种方法拥有很大的市场及潜力。目前二维码导航即属于第二种方法的应用。

（8）GPS 导引方式

GPS（全球定位系统）导引类似于无人驾驶技术，是利用卫星对 AGV 进行方

位控制以及实时导航的技术。目前，此项技术还在不断的发展和完善，并且一般

用于室外远距离的 AGV 导航，其准确性受制于卫星本身精密度、卫星搜索数目、

被控小车运行环境等。该项技术是 AGV 导引技术中的新技术，但由于可实现性不强，且很难用于室内导航，因此很难得到广泛使用。但其本身存在较强的研究价值，现今也有很多公司对该项技术进行研究和试验，并希望在不久的将来能够推出基于 GPS 导引的产品。

有线式导引方式的环境要求主要表现在对地面平整度上，其中光学导引方式要求最高，若地面过于凹凸起伏，发射光可能经过反射后无法被接收器所接收到。磁带导引方式属于有线式导引，对地面平整度也有一定要求，主要为起伏度小，便于磁条的附着。无线式导引方式的环境要求主要表现在空间障碍程度上，如激光导引方式就需要安装激光反射板，这需要高空环境中无障碍，保证激光的顺利发射与反射接收。并且无线式导引方式对环境空间面积的要求也较高，总体而言适应性低于有线式导引方式。