车间智能物料运载车的发展综述

张柏 张兴国 郭旭 唐玉芝

摘 要：作为移动机器人一员的智能物料运载车能实现自主导航功能，不但可以减轻工人的劳动强度，还可以提高工作效率，增强安全性，并进一步提升产品的市场竞争力等。本文主要综述了运载车的结构设计、路径规划、自主导航方法和选择最佳路径的方法，为智能物料运载车的车间应用提供了参考。

关键词：运载车；移动机器人；导航；智能化；综述；

中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）9（b）-0000-00

前言

随着现代科技的飞速发展，采用智能机械减轻人类体力劳动的应用越来越多。智能物料运载车不但可以减轻工人的劳动强度，还可以提高效率，增强安全性，提升产品的竞争力等，在各行业得到广泛应用。

1智能运载车的结构及其发展

美国Basrrett电子公司于1953年开发成功世界上第一台自主导航车，由一辆牵引式拖拉机改造而成的，可以在一间杂货仓库中沿着布置在空中的导航线运输货物。运载车的结构随着技术进步不断地改变创新，性能也得到了质的飞跃，人性化、重型化、微型化、智能化已成为未来的发展趋势。运载车一般由车主体、动力装置、控制装置三部分组成。

1.1智能运载车的结构

智能运载车的结构课分为底盘、动力装置和控制装置三部分。一般的运载车配有四个轮子，车底盘采用具有一定的强度的钢材，通过控制机构实施前进、后退、转向、停车等，可以采用后轮驱动前轮转向的方式、差动驱动方式或四个轮子全驱动方式。

1.2智能运载车的动力源

智能移动机器人的动力源大致分为四种：电气式、液压式、气压式和机械式。还可以分为内部储存、外部供给、内部产生等方式。车间用运载车一般用蓄电池及其充电控制装置，电池大多使用有铅酸蓄电池、镍锌蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池等电池，还要准备安全的充电设备，和必备的安全装置。

1.3智能运载车的安全装置

智能运载车在运行过程中存在着很多危险因素，其安全装置很重要，不但对运载车在运行过程中的安全做保障，而且对现场的人员和工厂里的设备有着很大的保障。软件上，当智能运载车遇到危险情况下，比如触碰墙壁、人员等，车子即刻通过防触碰传感器感知，而后做出停车或倒退的动作。硬件上，在现场用显眼的警示牌张贴在智能车经常出没的路线上，在智能车的上端配置安全灯，旁边佩戴声音装置。当遇到危险路况闪烁并报警，提示周围人员注意。

2智能运载车的行走策略

2.1智能运载车的路径规划和自主导航方法

2.1.1智能运载车的路径规划

基于模板匹配路径的规划技术，是将机器人当前的状态和环境与过去进行比较，找到相近的状态并进行修改，从而得到一个新的路径。这种方法在环境确定的情况下，有着较好的应用效果，原理简单、匹配成功效果好。但缺点是依赖于机器人过去的经验，同时一旦外界环境发生改变，要及时改变模板。

基于人工势场路径规划技术的思想是将机器人在环境中运动视为一种在虚拟人工受力场中的运动，障碍物对机器人产生斥力，而目标对机器人产生引力，这样引力与斥力的控制下就会产生对机器人的控制力，从而避开障碍物到达目标位置。早期的路径规划环境是静态的，保持不变的静态人工势场，就是障碍物和目标都是静态不变的，机器人只要根据目标和障碍物的位置，具体规划出具体的路径，而后达到目标终点。然而现实生活中，目标终点往往是动态的，周围的环境也是动态的，也就是说障碍物和目标终点都是移动的，为了解决这样的动态环境下的路径规划问题，人们提出一种相对动态人工势场的方法，把时间看成规划模型的一维参考量，而移动的障碍物在扩展模型中仍然被看做是静态的，这样动态的障碍物在扩展的模型中仍然被看成是静态的，这样的动态路径规划仍可运用静态路径规划方法加以实现。

基于地图构建路径规划技术是根据机器人自身传感器接收道德信号，搜寻道德存在障碍物等信息，将机器人所处周围环境划分成不同的网格空间，计算机根据网格空间的障碍物的占有情况，再依据一定的规划确定最优的路径。其中地图的构建又分为可视线法、切线图法、Voronoi图法、概率图展开法等。目前，地图构建技术已成为移动机器人路径规划研究的热点之一。

人工智能路径规划技术就是将现代人工智能技术运用在移动型机器人的路径规划过程中，如人工神经网络、进化计算、模糊逻辑与信息融合等。其中遗传算法是最早应用在组合优化问题的智能优化算法，该算法和派生算法在机器人应用领域中应用广泛。不足之处在于遗传算法和蚁群算法的路径规划技术主要针对路径规划中的部分问题。

2.1.2移动机器人的自主导航方法

自主导航方式就是指让机器人、运载车运行的方向和路径按照我们所想要的方向和路径进行。如激光导航、坐标导航、视觉导航、路径导航规划等。

光学导航就是在地面上连续铺设一条用发光材料制成的带子，或者用发光材料涂抹在规定的运行路径上。而后在机器人运载车底盘上安装检测反射光的传感器，用左右偏差来测定校正控制电机驱动和方向。若把发光材料带子换成金属磁带，安装磁性传感器，根据检测的磁场来确定就是磁导航。

电磁感应导航方式与磁性导航相似，它也是在地面上预先设定规划行驶路线，在相应的路线下埋下电线，当高频电流流过导线，周围相应的产生电磁场，在机器人运载车上左右对称安装若干个电磁传感器，他们所接收的电磁信号的强度差异可以矫正行驶路线的偏离度。根据这样的信号就可以控制机器人运载车的方向。

激光导航方式是在机器人运载车上安装可以旋转的激光扫描器，同时保证在需要经过的路径途中的墙壁或者支柱上安装高光性反射板，然后根据接收四面八方的定为标志放射回来的信号，计算此时处在的位置和运动方向。通过内置的数字地图来进行方位的矫正，从而实现自动运行。同样若激光信号改成红外发射器或者超声波发射器即可变成红外导航或者超声波导航方式。

视觉导航方式就是在机器人运载车中设置有行驶周围路径的图像数据，在行驶过程中，通过车载摄像机和传感器获取周围的图像信息并和数据库进行比较，从而确定相应的位置，作出下一步决策。

2.2选择最佳路径的方法

智能物料运载车使用空间是在相对静态的车间里，所以可以选择用模板匹配的方法进行路径匹配。这个模板库中要尽可能地包含已经产生的路径信息和环境信息，同时这些模板均可以通过特定的索引而获取到。当机器人在规划路径时候，根据所处的环境信息和路径信息进行信息匹配，寻找到一条最优的模板，然后进行相应的修正，并作为最后的结果。一旦车间结构或者位置发生改变，只需要改变模板库路径，即可实现智能运载车准确的到达目标位置。同时还要考虑避障问题，大概分为两类：基于路径规划法和基于传感器反映避障法。基于路径规划法避障是假设周围的环境是静态不动的，传感器反映式避障法则无需事先规划，可将两种避障方法同时使用时候提高可靠性。

3结语

车间智能车物料运载车可以有效减轻工人的劳动强度，增强车间之间的有效衔接，定会成为未来科技发展的主流。

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