AGV 小车引导方式的发展趋势分析*

徐一波

（江西师范高等专科学校，江西 鹰潭 335000）

1 研究背景

随着人类社会的不断发展，运输业、通信业、仓储业等各种行业组合成了物流业，物流连接着生产、消费、供给和需求，它的速度与精确度能够较好地反映整个社会的经济水平高低。其中，仓储业是物流业的组成部分之一，是供应与需求的中间环节，能够缓冲与平衡供给和需求之间的矛盾，通常包含了收货作业、存货作业、发货作业、取货作业等环节。

对仓储系统而言，AGV 小车的作用至关重要。AGV 小车全称Automated Guided Vehicle，亦称之为无人叉车或者无人搬运机器人，指的是装备了光学或者电磁等自动引导装置，可以按照规定的路径行驶，并且拥有安全保护和各种移载货物功能的运输小车。传统的搬运有着诸多缺陷，例如：工人、设备数量较多，导致劳动力成本较大；工作效率较低、数据化程度较低、工作错误率较高；使用传统的叉车危险性相对较大；招工难、用工也难等。相比之下，AGV小车的优势颇为突出。它不仅自动化水平较高，而且还能够通过控制计算机判定设备电量，当设备电量低于警戒线时，它将主动行驶到事先设定好的位置自动充电。而且，它的外形较为美观，使用也很方便，占用的空间较小，便于在不同的车间来回行驶。它能够实现货物从起点到终点的自动化运输，并且在这一过程中，还能够自动避开路径上的各种障碍物，多级警示，遇到险情可以紧急刹车。而且，它的行驶轨迹还能够依照不同的仓储货位需求及生产过程来改变。相比于输送带以及直线输送的刚性输送设备，AGV小车转变输送路径的成本会低很多。其次，AGV 小车不仅可以自动搬运，还拥有自动装卸的功能。它的这些能力在确保产品质量的同时，降低了企业在生产过程中面临的劳动力成本和时间成本。和诸多智能化机器人一样，AGV 小车也使用蓄电池供能，有着绿色环保、清洁无污染的优点。目前来说，AGV 搬运小车在制造业中应用颇为广泛，在工业机器人应用中的占比达到了大约40%，大量的自动化生产线都要用到AGV 搬运小车完成上料、下料和搬运等作业。近几年，协作机器人的崛起让AGV 搬运小车在市场中的占比稳步增长。

2 AGV小车引导方式

AGV 小车已经发展了许多年，种类繁多、功能多样，它由车体系统、驱动装置、动力系统、转向装置、车载控制系统、精确停车装置、行走系统、运动控制器、移载系统、安全与辅助系统等组成。AGV 小车的核心是车载控制系统，通常包括计算机控制系统、通信系统、导航系统、电机驱动器和操作面板等。其中，导航系统的作用就是确保其按照规划的路径行驶，且能够保证精度。它的运行有多种引导方式，可以按照引导方式来对其进行分类，大体可以分成：电磁感应引导、磁钉引导、磁带引导、色带引导、二维码引导、视觉引导、激光引导、GPS 引导、铁磁陀螺惯性引导、复合引导等[1-2]。

1）电磁感应引导。这种引导方式出现的时间比较早，而且直到现在依旧经久不衰。它通常是在AGV 小车预设的行驶路线对应的地下铺设金属导线，并对导线通入高频交流电，从而在其周边产生电磁场。同时，在AGV 小车上左右两边各加装一个电磁感应器，根据这两个电磁感应器接收到的电磁信号强度之差来判断AGV 小车行驶过程中偏离预设路线的程度大小。而且，它的自动控制系统也是按照偏离程度来操控其转向的。该引导方法适用于大部分商业用的自动导向搬运车系统，特别是一些体积较大的AGV 小车。这种引导方式的优势在于金属导线铺设于地下，较为隐蔽，不容易受到外界的污染或者出现损坏的现象，而且引导的工作原理也简单明了、可靠性高，方便工作人员进行控制及通信，即便是强光强声的环境也无法干扰其正常运行，生产的成本也颇为低廉。但不利之处在于AGV 小车运行之前，铺设金属导线的前置工作颇为烦琐，在铺设工作完成之后，想要再次更改路径或者延长路径都很麻烦。此外，周围有磁性大的物质（如铁磁材料）时，容易干扰电磁感应引导的过程，这一缺陷使得该导引方式难以适用于许多复杂的路径中。

2）磁钉引导。这种引导方式是使用坐标系并通过定位块来把AGV 小车行驶过程中途径的区域划分为不同的小块区域，然后再对各小块区域进行计数来达到引导AGV 小车行驶的目的。这种引导方式通常可以分为电磁式（用磁块或者金属块划分各个小块区域，并使用电磁感应元器件进行计数）与光电式（用两种不同的颜色划分各个小块区域，并使用光电元器件进行计数）。磁钉引导式拥有良好的美观性与隐蔽性，制作成本低廉，技术成熟，可靠性高。而且，磁钉的耐磨性能、耐酸碱性、抗干扰性都比较好，适用于室内、室外等多种场所。

3）磁带引导。这种引导方式和电磁感应引导颇为相似，它是通过在AGV 小车的行驶路径上粘贴磁带，并使用磁感应信号来进行AGV 小车的引导。磁带引导的精度很高，重复性也很好，光线对磁性的影响微乎其微，而且铺设磁带的成本非常低廉。相对于在地下铺设金属导线的电磁感应引导式，这种引导方式较为灵巧，在AGV 小车投入运行后仍然可以很容易地更改或者延伸行驶路径。然而，磁带容易出现磨损，影响导引过程。而且周边环境中存在磁性物质的话，也很容易影响导引的准确性。此外，AGV 小车开始工作后，只能沿着磁带的方向行驶，在磁带改变前，小车的行驶路径不能改变[3]。

4）色带引导。这种引导方式是在AGV 小车行驶路径上贴上色带或者涂上油漆，通过处理摄像机得到色带图像信号来达到引导AGV 小车行驶的目的。这种方式的优势在于颇为灵巧，不论是贴色带还是涂油漆，都比较方便快捷，而且成本较低。但不足之处也在于此，贴的色带和涂的油漆都难以长期保持原状，被破坏或被污染后的色带（油漆）无法保证引导过程的准确性，容易出现偏差。

5）二维码引导。这种引导方式是把多张二维码进行离散化摆放，使用AGV 小车的车载摄像头来扫描二维码并得出实时位置坐标。这种定位方式是非常准确的，而且张贴二维码也比较简单快捷，不论是AGV 小车运行前的铺设路径还是运行后的改变及延伸路径都比较简单，进行控制与通信也比较容易，而且噪声和强光的工作环境不会对AGV 小车的引导产生影响。但是不足之处在于要定期对AGV 小车的行驶路径进行维护，而且复杂的环境下也要时常更换张贴的二维码。

6）视觉引导。这种引导方式是通过在AGV 小车上安装摄像头与传感器，根据行驶过程中摄像头拍摄得到的地面纹理得出图像，然后对比图像数据库中的纹理图像来判断当下的位置，从而达到定位的目的。该方式不需要事先设置行驶路径，可以说在引导方面极为便捷，柔性程度极高。并且，计算机应用技术的不断发展也会让图像采集、图像处理与图像存储等技术愈发先进。未来的某一天，视觉引导或许会成为应用最广的引导方式[4]。

7）激光引导。这种引导方式是通过在AGV 小车上安装能自动旋转的激光扫描器（一种光学距离传感器），并在AGV 小车的行驶路径附近安装相应的激光反射板。AGV 小车在运行时用激光扫描器发射出激光束，并对周遭激光反射板反射回来的激光束进行接收，从而判断出当下的位置与移动方向，并对比数字地图，达到引导的目的[5]。

8）GPS 引导。这种引导方式是使用卫星来进行跟踪与制导，一般应用于室外场所的引导行为，引导的可靠性由空中卫星的数量和精度以及AGV 小车周遭环境的复杂程度所决定。该技术目前尚不成熟，还需要假以时日进行完善。

9）铁磁陀螺惯性引导。这种引导方式是通过在AGV 小车上安装一个陀螺仪，得到AGV 小车行驶过程中的x、y、z三轴的角速度与加速度，并由此计算出AGV 的位置与姿态。在AGV 小车的行驶路径上装好定位块之后，AGV 小车就能够根据铁磁陀螺仪计算出的位姿信息与采集到的定位块信号得出当下的位置与方向，以达到引导的目的。

10）复合引导。顾名思义，这种引导方式通过同时使用至少两种引导方式来达到引导目的，让它能够更好地适用于不同的环境。例如，二维码引导式+铁磁陀螺惯性引导式、激光引导式+磁钉引导式的复合引导等等，复合引导能更好地提高AGV 小车引导的柔性程度，随着技术的不断更新，它的使用频率也将逐步提升。

3 发展趋势

AGV 小车在导航过程中，会遇到各种各样的问题。若小车行驶时遇到驻留货位、货物托盘的识别问题和某些特定区域识别等问题，可采用穿透性强、抗干扰性能好、读卡速度快、读卡距离适中的RFID自动识别技术，从而轻松地穿越物体、快速精确地进行标签读取且不受环境因素影响并能够做到准确停车。对AGV 小车导引来说，RFID 自动识别技术能够提供更高效的路径规划，进行合理的交通管制，防止死锁与堵塞等现象的发生[6]。为确保AGV 小车运行过程的准确性，可以考虑对其轨迹跟踪使用模糊预测控制，对其位置姿态进行估计、预测、反馈校正及滚动优化，达到一预测、二校正、三控制的效果[7]。同时，可以根据已采用算法暴露出的缺点，来不断地改进、优化算法。例如：AGV 小车在纠正偏差的时候，有纠正时间较长、小车车身的摆动幅度较大且容易掉线等问题。对此，可以考虑使用自适应模糊PD 算法对AGV 小车左右轮的速度进行适时调整，来改善这三个问题[8]。而且，大力发展复合引导方式，是AGV小车导引未来的发展方向。例如：可以依托二维码引导，并结合视觉引导与惯性引导这两种引导方式，提出了基于二维码和惯性传感器的复合引导法，充分发挥出不同引导方式各自的优点，从而达到提升AGV小车运行精度的目的[9]。

AGV 小车还有许多缺陷亟待解决，如充电自动化、制造标准化、部件模块化、控制远程化等[10]。当前，AGV 搬运小车基本都拥有了完整的故障检测体系，但它依旧离不开操作人员的手动排除故障。随着相关技术的不断革新，未来的某一天，或许它能够拥有自动检测故障、自动排除故障的能力。目前，AGV搬运小车已经初步实现了智能化、自动化搬运来取代人力搬运，缩减了企业对人力的需求，同时也降低了一线工人的工作强度，与各类智能机器人一道，有效缓解了相关企业用工难、用工贵的难题，也为当今社会人口老龄化日益严峻、青壮年劳动力不足问题的解决提供了有效方案。AGV 小车是可移动的智能机器人，是工业迈向自动化生产、物流的重要设备。毋庸置疑，当各项技术缺陷被逐步完善之后，它将在工业生产中发挥出无可替代的作用。