浅谈激光导引AGV系统原理与应用

摘 要：自动导引小车（AGV）是一种具有光学或电磁特性的自动导引装置，具有停车选择、安全保护等功能，也是现代物流系统中的重要组成部分。AGV的动力源为电池，激光导引是其主要导引方式，可以实现非接触导引并根据实际需求更换移载机构，以完成不同的操作任务。文章对激光导引AGV系统的原理与应用进行了分析和研究。

关键词：激光导引；AGV系统；原理与应用

引言

自动导引小车（AGV）是一种具有光学或电磁特性的自动导引装置，具有停车选择、小车编程、安全保护等功能，也是现代物流系统中的重要组成部分。AGV在工业应用中的动力源为可充电蓄电池，一般通过电脑控制其运行路线和行为，或者设置电磁轨道规范其运行路线，AGV根据电磁轨道提供的信息进行相应动作。和其他移动机器人相比，AGV具有工作效率高、可控性强等优势。和物流运输中的其他设备相比，AGV不需要在活动范围内设置支架等固定装置，并且不受空间、场地的限制。AGV在自动化物流运输系统中的应用，由于其具备自动化、可控性高等特征，能够实现灵活、高效的无人生产模式[1]。AGV的动力源为电池，导引方式有电磁导引、直接坐标导引、激光导引和图像识别导引等，激光导引是其主要导引方式，可以实现非接触导引并根据实际需求更换移载机构，以完成不同的操作任务。激光导引AGV系统由地面控制系统、车载控制系统和导航系统三部分组成，不同项目对系统的需求存在差异，也让系统变得更加复杂。

1 激光导引AGV系统的工作原理与特点

1.1 激光导引的原理

激光导引是AGV系统中比较常见的导引方式，也是AGV发展过程中十分重要的一项技术[2]。除了卫星定位系统外，激光导引也是唯一不用地面处理的导引方式。激光导引AGV系统主要由AGV激光扫描器和AGV反射板两部分组成[3]。首先在AGV设备中安装可以接受和发射激光的扫描器，然后将AGV反射板安装在导引区的四周，之后精确测量每块发射板的坐标位置，在AGV系统的存储器中存储每块反射板的信息，根据存储数据进行导引计算。激光导引系统中的指定区域应该设置一定数量的反射板，保证在AGV的工作区域内探测出所有反射信息。

AGV进入导引区域后首先应该确定其准确方位，这里就涉及到初始位置计算。初始位置计算时小车必须停止不动，保证激光扫描仪测得的光束大于四条，并且知道各反射板的准确位置。激光导引的连续位置计算一般是根据小车的当前运行速度、转向角和间隔时间等，估算小车下一时刻的位置。激光扫描器按照固定转速旋转的角度为360度，脉冲激光器将激光发射到发射板上后，经发射板反射后被激光扫描仪探测到，将这些信息传输给AGV系统中的计算机系统，计算机对信息进行分析处理，准确计算出AGV的位置和运动方向，然后和车载控制系统中预先设置的参数进行对比校正，达到引导AGV运行的目的。

激光导引AGV设备的工作区域分为通信区和非通信区两种。在通信区内，AGV设备通过其车载通信装置和计算机控制系统了解其准确位置和状态，并且根据工作指令动作。在非通信区内，AGV设备根据设备中预先设定的程序运行，不受计算机系统的控制。

1.2 激光导引AGV系统的特点

（1）具备先进性。激光扫描器的定位精度比较高，一般误差不大于±5mm；在设备运行布局方面，计算机系统的可控性更高，并且可以和小车持续通信；具备无线反馈功能，不受外界干扰，具有强大的内部编程系统支持。（2）适应性强。设备在现有基础上的安装能够和生产同步；设备扩充和停产几乎不影响生产；系统的运行路线更复杂，不依赖地板表面，可以快速改变运行方向；结构简单，反射板是唯一的定位装置。（3）经济实用。不需要在地下埋线，不需要高功率的放大器设备，反射板的体积小、成本低，数量不多并且安装方便。

2 激光导引AGV系统的应用方法

2.1 确定AGV的操作方式与数量

AGV系统在应用过程中首先必须确定操作方式和数量。可以根据系统的具体情况以及用户需求选择操作方式，常用的操作方式有叉车式、牵引式等。如果遇到特殊情况，一个系统可以运用几种不同的操作方式[4]。AGV的数量一般根据系统的运输能力，运用仿真计算的方式确定。

2.2 AGV安全防护的选用

AGV中除了需要安装声光报警系统外，还应该安装一些障碍探测器，便于车辆在运行路径中探测障碍物。常用的探测方式有超声波探测、光电探测和激光扫描探测等。激光扫描探测具有更大的优势，但成本较高，光电探测简单实用，但探测效果不佳，因此工作人员应该根据具体情况合理选用。

2.3 AGV通信方式的选择

激光导引AGV系统中的通信方式一般为无线数字通信，通信频率根据相关规定选择，每台AGV设备和系统轮流循环通信。无线数字设备的通信速度决定了轮流循环通信的速度，但也限制了同一频率下AGV的数量。

2.4 AGV中反射板的设置和路径规划

AGV中反射板的设置，应该根据设备行驶区域的具体情况进行安装，安装数量遵循安全、准确的原则。反射板设置过少不利于安全导引，设置过多也会影响导引的精度[5]。AGV的路径规划属于基础性的工作，通常和系统的总体方案一起确定，在规划过程中应该结合AGV的数量、操作方式等信息，以及运行场所的具体情况，尽量保障AGV的运行路径畅通。

2.5 AGV的车辆调度和任务管理

AGV系统一般根据计算机设置的任务量、小车的位置等进行车辆调度，以此优化车辆分配。AGV的优化计算是连续的，如果某台AGV被选择后没有分配任务，在其运行期间可以选择优化后的AGV完成相应任务。如果AGV执行的任务较多，计算机会将任务命令储存起来，等到有空闲AGV再按顺序分配任务。

3 结束语

激光导引AGV系统是将多种高新技术结合在一起的输送系统，具有智能化、自动化和柔性化的优势，能够实现灵活、高效的无人生产模式。相信随着社会生产自动化水平的不断提高，激光导引AGV系统在物流系统中必将发挥更大的作用。

参考文献

[1]杨文华，王勇，张智勇.激光导引AGV系统结构及其控制[J].起重运输机械，2010（12）.

[2]陈顺平，梅德庆，陈子辰.激光导引AGV的自动引导系统设计[J].工程设计学报，2012（05）.

[3]张香圃.射频IC卡在视觉导引AGV运动控制中的应用[J].新技术新工艺，2011（09）.

[4]刘洋.关于激光导引AGV小车激光定位算法的探讨[J].物流技术与应用，2010（11）.

[5]张香圃，任乃飞，张海军.非接触式IC卡在视觉导引AGV运动控制中的应用[J].机械设计与制造，2011（11）.

作者简介：刘敏伟， 本科 （工程硕士在读）， 控制工程专业，研究方向：自动控制。endprint