AGV導(dǎo)航技術(shù)介紹 視覺導(dǎo)航是重點發(fā)展方向

AGV（Automated Guided Vehicle，自動導(dǎo)向車），因具有良好的柔性和較高的可靠性，能夠減少工廠和倉庫對勞動力的需求，且安裝容易、維護方便，近年來得到越來越廣泛的應(yīng)用。

特別是隨著《中國制造2025》戰(zhàn)略的全面推進，以及電子商務(wù)的迅猛發(fā)展，企業(yè)對、靈活、節(jié)能的自動化物流系統(tǒng)的需求越來越強烈，對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)展的市場需要。

AGV導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)
AGV根據(jù)路徑偏移量來控制速度和轉(zhuǎn)向角，從而保證AGV行駛到目標點的位置及航向的過程，叫做“導(dǎo)航”。AGV導(dǎo)航主要涉及三大技術(shù)要點：

1.定位
定位是確定移動機器人在運行環(huán)境中相對于全局坐標的位置及航向，是AGV導(dǎo)航的基本環(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AGV定位時存在近距離定位精度低等問題。
（2）慣性定位。通過對固聯(lián)在載體上的三軸加速度計、三軸陀螺儀進行積分，獲得載體實時、連續(xù)的位置、速度、姿態(tài)等信息。但慣性誤差經(jīng)過積分之后都會產(chǎn)生無限的累積，因此純慣性導(dǎo)航不適合長時間的定位。
（3）電子地圖匹配定位。利用圖像處理技術(shù)，將實時獲取的環(huán)境圖像與基準圖進行匹配，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、特定的景象或是道路曲率。電子地圖匹配特別適用于對機器人系統(tǒng)長時間的定位誤差進行校準。
以上定位方式中，慣性定位為相對定位方式，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定位，可以獲得的位置信息，但難以獲得連續(xù)姿態(tài)信息。相對定位與定位方式存在較強的互補性，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
為了實現(xiàn)AGV自主導(dǎo)航，需要根據(jù)多種傳感器識別多種環(huán)境信息：如道路邊界、地形特征、障礙、*等。AGV通過環(huán)境感知確定前進方向中的可達區(qū)域和不可達區(qū)域，確定在環(huán)境中的相對位置，以及對動態(tài)障礙物運動進行預(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AGV導(dǎo)航系統(tǒng)中，其所起的作用關(guān)系著機器人的智能化水平。這種技術(shù)的核心在于可以有效地對多傳感器收集到的信息進行處理和融合，提高AGV自身對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AGV更為直觀地判斷出周圍的環(huán)境。

3.路徑規(guī)劃
路徑規(guī)劃是導(dǎo)航的一個重要環(huán)節(jié)。AGV根據(jù)環(huán)境的變化，對環(huán)境信息進行收集和分析，按照某一性能進行搜索，進而找出從起點到目標點的*無碰撞路徑或次優(yōu)無碰撞路徑；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，使外界對機器人的影響降到?。焕靡阎畔硪龑?dǎo)AGV動作，從而得到相對更優(yōu)的行為策略。
根據(jù)AGV掌握環(huán)境信息的程度不同，可分為兩種類型：一個是基于環(huán)境信息已知的全局路徑規(guī)劃，另一個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傳感器獲取。

主流導(dǎo)航方式及其特點
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*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)航是一項非常成熟的技術(shù)，主要是通過在路面上鋪設(shè)磁條，通過磁導(dǎo)航傳感器不間斷地感應(yīng)磁條產(chǎn)生的磁信號實現(xiàn)導(dǎo)航，通過讀取預(yù)先埋設(shè)的RFID卡來完成任務(wù)。磁條導(dǎo)航現(xiàn)場施工簡單，成本低，對于聲光無干擾性，AGV運行線路明顯，線路二次變更容易、變更周期短，對施工人員技術(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AGV的行駛路徑上埋設(shè)金屬線，并在金屬線加載導(dǎo)引頻率，通過對導(dǎo)引頻率的識別來實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。其主要優(yōu)點是引線隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)航原理簡單而可靠，便于控制和通訊，對聲光無干擾，制造成本較低。缺點是路徑難以更改擴展，對復(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AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對攝像機采入的色帶圖像信號進行簡單處理而實現(xiàn)自動導(dǎo)引。該導(dǎo)航方式分為色帶跟蹤導(dǎo)航、二維碼識別等功能。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機器人就是利用光學(xué)導(dǎo)航實現(xiàn)的。該導(dǎo)航方式靈活性比較好，地面路線設(shè)置簡單易行，但對色帶的污染和機械磨損十分敏感，對環(huán)境要求過高，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AGV行駛路徑的周圍安裝位置的激光反射板，AGV通過激光掃描器發(fā)射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當(dāng)前的位置和航向，并通過連續(xù)的三角幾何運算來實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。
此項技術(shù)大的優(yōu)點是，AGV定位，地面無需其他定位設(shè)施，行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現(xiàn)場環(huán)境。缺點是制造成本高，對環(huán)境要求比較苛刻（外界光線、地面要求、能見度要求等），不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）應(yīng)用。
5.視覺導(dǎo)航
視覺導(dǎo)航是在AGV上安裝CCD攝像機，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(dāng)前位置。
視覺導(dǎo)航方式具有路線設(shè)置靈活、適用范圍廣、成本低等優(yōu)點。而且，利用車載視覺系統(tǒng)快速準確地實現(xiàn)路標識別這一技術(shù)瓶頸已經(jīng)得到突破，因此，視覺導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)進入實用階段，前景看好。
6.慣性導(dǎo)航
慣性導(dǎo)航是在AGV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航向，從而實現(xiàn)導(dǎo)引。
此項技術(shù)在jun方較早運用，其主要優(yōu)點是技術(shù)*，定位，地面處理工作量小，路徑靈活性強。其缺點是制造成本較高，導(dǎo)引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續(xù)信號處理密切相關(guān)。
7.輪廓導(dǎo)航
輪廓導(dǎo)航是目前AGV為*導(dǎo)航技術(shù)。該技術(shù)利用二維激光掃描儀對現(xiàn)場環(huán)境進行測量、學(xué)習(xí)，并繪制導(dǎo)航環(huán)境，然后進行測量學(xué)習(xí)，修正地圖進而實現(xiàn)自動導(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）進行自由測距導(dǎo)航，根據(jù)環(huán)境測量結(jié)果更新位置。該導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)點是，不需要反射器或其它人工地標，能夠降低安裝成本，減少維護工作。

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