AGV導航技術(shù)介紹 視覺(jué)導航是重點(diǎn)發(fā)展方向

AGV（Automated Guided Vehicle，自動(dòng)導向車(chē)），因具有良好的柔性和較高的可靠性，能夠減少工廠(chǎng)和倉庫對勞動(dòng)力的需求，且安裝容易、維護方便，近年來(lái)得到越來(lái)越廣泛的應用。

特別是隨著(zhù)《中國制造2025》戰略的全面推進(jìn)，以及電子商務(wù)的迅猛發(fā)展，企業(yè)對、靈活、節能的自動(dòng)化物流系統的需求越來(lái)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(dòng)AGV導航技術(shù)的創(chuàng )新，以適應不斷變化發(fā)展的市場(chǎng)需要。

AGV導航關(guān)鍵技術(shù)
AGV根據路徑偏移量來(lái)控制速度和轉向角，從而保證AGV行駛到目標點(diǎn)的位置及航向的過(guò)程，叫做“導航”。AGV導航主要涉及三大技術(shù)要點(diǎn)：

1.定位
定位是確定移動(dòng)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導航的基本環(huán)節。目前AGV定位方法分為:
（1）衛星定位。它是一種以空間衛星為基礎的高精度導航與定位系統。GPS定位系統用于A(yíng)GV定位時(shí)存在近距離定位精度低等問(wèn)題。
（2）慣性定位。通過(guò)對固聯(lián)在載體上的三軸加速度計、三軸陀螺儀進(jìn)行積分，獲得載體實(shí)時(shí)、連續的位置、速度、姿態(tài)等信息。但慣性誤差經(jīng)過(guò)積分之后都會(huì )產(chǎn)生無(wú)限的累積，因此純慣性導航不適合長(cháng)時(shí)間的定位。
（3）電子地圖匹配定位。利用圖像處理技術(shù)，將實(shí)時(shí)獲取的環(huán)境圖像與基準圖進(jìn)行匹配，從而確定載體當前的位置，匹配的特征可以為設定的路標、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長(cháng)時(shí)間的定位誤差進(jìn)行校準。
以上定位方式中，慣性定位為相對定位方式，可以獲得連續的位置、姿態(tài)信息，但存在累積誤差；衛星定位、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，通常采用將兩者結合的組合定位方法。
2.環(huán)境感知與建模
為了實(shí)現AGV自主導航，需要根據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(guò)環(huán)境感知確定前進(jìn)方向中的可達區域和不可達區域，確定在環(huán)境中的相對位置，以及對動(dòng)態(tài)障礙物運動(dòng)進(jìn)行預判，從而為局部路徑規劃提供依據。
目前，多傳感器信息融合技術(shù)已經(jīng)被應用于A(yíng)GV導航系統中，其所起的作用關(guān)系著(zhù)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(jìn)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A(yíng)GV更為直觀(guān)地判斷出周?chē)沫h(huán)境。

3.路徑規劃
路徑規劃是導航的一個(gè)重要環(huán)節。AGV根據環(huán)境的變化，對環(huán)境信息進(jìn)行收集和分析，按照某一性能進(jìn)行搜索，進(jìn)而找出從起點(diǎn)到目標點(diǎn)的*無(wú)碰撞路徑或次優(yōu)無(wú)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的誤差，使外界對機器人的影響降到??；利用已知信息來(lái)引導AGV動(dòng)作，從而得到相對更優(yōu)的行為策略。
根據AGV掌握環(huán)境信息的程度不同，可分為兩種類(lèi)型：一個(gè)是基于環(huán)境信息已知的全局路徑規劃，另一個(gè)是基于傳感器信息的局部路徑規劃，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(guò)傳感器獲取。

主流導航方式及其特點(diǎn)
AGV從出現至今，已經(jīng)衍生出了多種導航方式，每種導航方式均有自己的*之處和用武之地。目前AGV主流的導航方式有以下幾種：
1.磁條導航
磁條導航是一項非常成熟的技術(shù)，主要是通過(guò)在路面上鋪設磁條，通過(guò)磁導航傳感器不間斷地感應磁條產(chǎn)生的磁信號實(shí)現導航，通過(guò)讀取預先埋設的RFID卡來(lái)完成任務(wù)。磁條導航現場(chǎng)施工簡(jiǎn)單，成本低，對于聲光無(wú)干擾性，AGV運行線(xiàn)路明顯，線(xiàn)路二次變更容易、變更周期短，對施工人員技術(shù)要求低。但此導航方式靈活性差，AGV只能沿磁條行走，更改路徑需重新鋪設磁條，且磁條容易損壞，后期維護成本較高。
2.電磁導航
電磁導航是較為傳統的導航方式之一，目前仍被許多系統采用。它是在A(yíng)GV的行駛路徑上埋設金屬線(xiàn)，并在金屬線(xiàn)加載導引頻率，通過(guò)對導引頻率的識別來(lái)實(shí)現AGV的導引。其主要優(yōu)點(diǎn)是引線(xiàn)隱蔽，不易污染和破損，導航原理簡(jiǎn)單而可靠，便于控制和通訊，對聲光無(wú)干擾，制造成本較低。缺點(diǎn)是路徑難以更改擴展，對復雜路徑的局限性較大。
3.光學(xué)導航
光學(xué)導航是在A(yíng)GV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過(guò)對攝像機采入的色帶圖像信號進(jìn)行簡(jiǎn)單處理而實(shí)現自動(dòng)導引。該導航方式分為色帶跟蹤導航、二維碼識別等功能。光學(xué)導航技術(shù)成熟，應用也較為廣泛。目前，亞馬遜應用的KIVA機器人就是利用光學(xué)導航實(shí)現的。該導航方式靈活性比較好，地面路線(xiàn)設置簡(jiǎn)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(guò)高，導引可靠性較差，精度較低。

4.激光導航
激光導航是在A(yíng)GV行駛路徑的周?chē)惭b位置的激光反射板，AGV通過(guò)激光掃描器發(fā)射激光束，同時(shí)采集由反射板反射的激光束，來(lái)確定其當前的位置和航向，并通過(guò)連續的三角幾何運算來(lái)實(shí)現AGV的導引。
此項技術(shù)大的優(yōu)點(diǎn)是，AGV定位，地面無(wú)需其他定位設施，行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現場(chǎng)環(huán)境。缺點(diǎn)是制造成本高，對環(huán)境要求比較苛刻（外界光線(xiàn)、地面要求、能見(jiàn)度要求等），不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）應用。
5.視覺(jué)導航
視覺(jué)導航是在A(yíng)GV上安裝CCD攝像機，AGV在行駛過(guò)程中通過(guò)視覺(jué)傳感器采集圖像信息，并通過(guò)對圖像信息的處理確定AGV的當前位置。
視覺(jué)導航方式具有路線(xiàn)設置靈活、適用范圍廣、成本低等優(yōu)點(diǎn)。而且，利用車(chē)載視覺(jué)系統快速準確地實(shí)現路標識別這一技術(shù)瓶頸已經(jīng)得到突破，因此，視覺(jué)導航技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，前景看好。
6.慣性導航
慣性導航是在A(yíng)GV上安裝陀螺儀，在行駛區域的地面上安裝定位塊，AGV可通過(guò)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(lái)確定自身的位置和航向，從而實(shí)現導引。
此項技術(shù)在jun方較早運用，其主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)*，定位，地面處理工作量小，路徑靈活性強。其缺點(diǎn)是制造成本較高，導引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續信號處理密切相關(guān)。
7.輪廓導航
輪廓導航是目前AGV為*導航技術(shù)。該技術(shù)利用二維激光掃描儀對現場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行測量、學(xué)習，并繪制導航環(huán)境，然后進(jìn)行測量學(xué)習，修正地圖進(jìn)而實(shí)現自動(dòng)導航功能。輪廓導航利用自然環(huán)境（墻壁、柱子以及其它固定物體）進(jìn)行自由測距導航，根據環(huán)境測量結果更新位置。該導航技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)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(jué)導航仍是重要發(fā)展方向
視覺(jué)導航由于具有探測范圍廣、目標信息完整等優(yōu)點(diǎn)，被多位專(zhuān)家認為是今后AGV導航技術(shù)的重要發(fā)展方向。目前來(lái)看，視覺(jué)導航技術(shù)已取得了很多研究成果，但由于現有計算設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(méi)有得到很好的解決。隨著(zhù)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(jué)導航技術(shù)將成為具有廣闊前景的AGV導航技術(shù)。