常見的agv的導(dǎo)航技術(shù)主要有哪些，agv的導(dǎo)航方式有哪幾種?
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簡介（文/e-works楊沛）AGV是移動(dòng)機(jī)器人的重要領(lǐng)域，具有并行作業(yè)、自動(dòng)化、智能化、柔性化等優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)用于自動(dòng)倉庫系統(tǒng)、智能工廠、智能生產(chǎn)等字段。
1953年，美國Baslett Electronics公司成功開發(fā)出世界上第一輛自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV），它由帶有小車的牽引拖車改造而成，應(yīng)用于空中走道沿線的雜貨倉庫。該電線運(yùn)輸貨物并具有基于真空管技術(shù)的控制器。此后，隨著計(jì)算機(jī)、微處理器、控制系統(tǒng)和視覺識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，AGV導(dǎo)航方式不斷創(chuàng)新和發(fā)展。
資料來源：Promat
AGV是Automated Guided Vehicle的縮寫，意為自動(dòng)導(dǎo)引車。我國國家標(biāo)準(zhǔn)《物流術(shù)語》將AGV定義為車體上裝有能沿設(shè)定路線行駛的自動(dòng)引導(dǎo)裝置、編程和停車選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種物料運(yùn)輸功能的運(yùn)輸車輛，定義為車輛。 AGV是移動(dòng)機(jī)器人的重要領(lǐng)域，具有并行工作、自動(dòng)化、智能化、柔性化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)、智能工廠、智能生產(chǎn)等領(lǐng)域。
01 AGV及其導(dǎo)航方式的演變與演變回顧AGV及其導(dǎo)航方式的發(fā)展歷史，大致可分為三個(gè)發(fā)展階段。近30年來，它在歐洲也得到了迅速發(fā)展。自1954年英國采用第一個(gè)地下電纜電磁感應(yīng)技術(shù)以來，早期的AGV主要采用電磁感應(yīng)技術(shù)。即AGV沿著地面上的信號(hào)行駛，AGV上的傳感器根據(jù)信號(hào)選擇具體位置。信號(hào)強(qiáng)度和頻率的電磁信號(hào)引導(dǎo)AGV。目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及AGV系統(tǒng)應(yīng)用于管理和控制，AGV的應(yīng)用已經(jīng)從僅限于倉庫主要用于貨物的移動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)閭}庫自動(dòng)化和工廠作業(yè)，現(xiàn)在用于物聯(lián)網(wǎng)例如。它們作為生產(chǎn)組件集成到生產(chǎn)系統(tǒng)中，并用于柔性生產(chǎn)線和汽車裝配線。第二階段：無線導(dǎo)引技術(shù)的應(yīng)用20世紀(jì)80年代，一股歐洲AGV的浪潮來到美國。許多美國企業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)、合資等方式，將歐洲先進(jìn)的AGV技術(shù)轉(zhuǎn)移到美國。隨著計(jì)算機(jī)微處理器的發(fā)展和控制技術(shù)的興起，計(jì)算機(jī)通信和識(shí)別技術(shù)進(jìn)入AGV的研究領(lǐng)域，AGV正向智能化方向發(fā)展（無線電導(dǎo)引技術(shù)（激光導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航等）） AGV該系統(tǒng)顯著提高了AGV的靈活性和準(zhǔn)確性。 20 世紀(jì)80 年代末和90 年代初，AGV 引導(dǎo)技術(shù)爆發(fā)。典型例子有瑞典NDC的激光導(dǎo)航AGV、荷蘭的磁網(wǎng)制導(dǎo)AGV、英杰明公司集激光導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、激光測角、測距于一體的復(fù)合導(dǎo)航AGV等。第三階段：百花齊放，多種導(dǎo)航引導(dǎo)方式并存
AGV導(dǎo)航方式市場份額統(tǒng)計(jì)（來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）
目前，AGV導(dǎo)航方式的發(fā)展正處于第三階段，即多種導(dǎo)航引導(dǎo)方式并存的“開花階段”。另一方面，傳統(tǒng)導(dǎo)引方式仍然廣泛使用，根據(jù)千山產(chǎn)業(yè)研究院2018年整理的數(shù)據(jù)，磁導(dǎo)引、磁帶導(dǎo)引和帶導(dǎo)引仍然占據(jù)AGV導(dǎo)航方式市場份額的74.5%。 %。同時(shí)，二維碼導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航等也已應(yīng)用到AGV系統(tǒng)中，并且AGV導(dǎo)航技術(shù)不斷創(chuàng)新，視覺導(dǎo)航、自然導(dǎo)航、熒光導(dǎo)航等都是優(yōu)秀的應(yīng)用。外表。而且，隨著市場需求的不斷變化，未來一定會(huì)出現(xiàn)更多的導(dǎo)航方式。 AGV技術(shù)發(fā)展史也可以說是AGV導(dǎo)航引導(dǎo)方式的演變史。隨著技術(shù)的變化和應(yīng)用，AGV的導(dǎo)航方式也從最初的固定路徑引導(dǎo)（電磁感應(yīng)）發(fā)展到半固定路徑引導(dǎo)（磁引導(dǎo)和光帶引導(dǎo)）再到自由路徑引導(dǎo)（如激光導(dǎo)航）�；凇盁羲毙畔⒌腉PS導(dǎo)航、基于地標(biāo)信息的慣性導(dǎo)航和標(biāo)簽導(dǎo)航、基于環(huán)境信息的環(huán)境導(dǎo)航或自然導(dǎo)航等）。隨著導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，AGV對(duì)特定標(biāo)記的依賴越來越少，逐漸變得更加適應(yīng)環(huán)境。
02 九種主流導(dǎo)航方式特點(diǎn)分析AGV導(dǎo)航是指確定AGV運(yùn)動(dòng)方向和路線的方法。目前常用的AGV導(dǎo)航引導(dǎo)方式主要有磁感應(yīng)、電磁感應(yīng)、光帶引導(dǎo)、慣性導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、二維碼導(dǎo)航、直接坐標(biāo)導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航等，包括9種導(dǎo)航方式。 磁感應(yīng)磁感應(yīng)分為膠帶引導(dǎo)、磁點(diǎn)（磁釘）等引導(dǎo)方式。在AGV的行駛路線上粘貼膠帶或磁點(diǎn)（磁釘），通過磁感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行引導(dǎo)。目前，磁帶和磁點(diǎn)（磁釘）引導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)比較成熟并得到廣泛應(yīng)用。
磁感應(yīng)示意圖
優(yōu)點(diǎn)是可以方便地改變和擴(kuò)展路線，易于安裝膠帶和磁點(diǎn)。缺點(diǎn)是容易受到AGV行走路徑周圍金屬物體的干擾。另外，由于磁帶裸露在外，容易產(chǎn)生機(jī)械損傷和污垢，導(dǎo)航的穩(wěn)定性受環(huán)境影響較大，所以近年來在此類領(lǐng)域使用磁點(diǎn)（磁釘）方式的情況越來越多。 AGV。馬蘇。 電磁感應(yīng)的基本原理是在AGV的行進(jìn)路徑中嵌入一根金屬線，并通過低頻、低壓電流，使其周圍產(chǎn)生磁場，行進(jìn)的強(qiáng)度為由AGV的感應(yīng)線圈識(shí)別。磁場和跟蹤實(shí)現(xiàn)AGV引導(dǎo)。
電磁感應(yīng)結(jié)構(gòu)圖
其優(yōu)點(diǎn)是引線隱蔽不易弄臟和損壞，指導(dǎo)原理簡單可靠，易于控制和通訊，無聲光干擾，制造成本高，缺點(diǎn)是靈活性較差。重新布線、繁瑣的調(diào)整和改變，感應(yīng)線圈對(duì)周圍環(huán)境有負(fù)面影響，鐵磁材料更敏感。在國外，基于非接觸式電力傳輸技術(shù)的電磁感應(yīng)AGV在一些路線相對(duì)簡單、需要24小時(shí)連續(xù)作業(yè)的工況（如發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)線）中的應(yīng)用比較普遍。 光學(xué)引導(dǎo)這是引導(dǎo)方式的基本原理，在AGV的行駛路線上涂上或粘貼一條色帶，通過光學(xué)傳感器捕捉到的色帶圖像信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)。而且，用CCD攝像機(jī)或圖像處理系統(tǒng)替代普通光學(xué)傳感器，可以有效提高制導(dǎo)系統(tǒng)的可靠性。目前，光導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)成熟并得到廣泛應(yīng)用。
光導(dǎo)原理
光學(xué)引導(dǎo)類似于磁帶引導(dǎo)。主要優(yōu)點(diǎn)是極大的靈活性，并且設(shè)置地面路線非常容易。缺點(diǎn)包括色帶易受污垢和磨損、環(huán)境要求高以及引導(dǎo)可靠性有限。由于地面情況，停車精度相對(duì)較低。 激光導(dǎo)航早期的激光導(dǎo)航需要反射鏡的輔助，稱為反射鏡激光導(dǎo)航方式。反射鏡反射的光線經(jīng)過聚焦，利用激光確定當(dāng)前位置和方向，通過連續(xù)的三角幾何運(yùn)算實(shí)現(xiàn)AGV導(dǎo)航�；谕瑯拥膶�(dǎo)航原理，通過用紅外或超聲波發(fā)射器代替激光掃描儀，可以將反射式激光導(dǎo)航改為紅外或超聲波導(dǎo)航。
反射面激光導(dǎo)航圖
激光導(dǎo)航的主要優(yōu)點(diǎn)是定位精確、能夠適應(yīng)復(fù)雜的路線條件和工作環(huán)境、能夠快速改變行駛路徑和改變運(yùn)行參數(shù)，但主要缺點(diǎn)是激光定位設(shè)備的成本昂貴。環(huán)境要求（外部光線、地面要求、能見度要求等）較高，不適合戶外應(yīng)用，特別是對(duì)雨、雪、霧敏感的場合。目前，基于SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，同時(shí)定位與建圖）技術(shù)的抗反射激光導(dǎo)航，已經(jīng)突破了諸多限制，使得AGV能夠在復(fù)雜環(huán)境下精準(zhǔn)定位、快速部署，正在吸引眾多關(guān)注。 AGV廠商的發(fā)展方向。 慣性導(dǎo)航慣性導(dǎo)航是指AGV配備陀螺儀，在行駛區(qū)域的地面?*滄岸ㄎ豢�，AGV計(jì)算陀螺儀的偏差信號(hào)（角速度），并采集地面定位塊信號(hào)。就是確定自己的立場和位置。 AGV的自動(dòng)引導(dǎo)是通過沿方向引導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)的。
慣性導(dǎo)航示意圖
慣性導(dǎo)航作為AGV領(lǐng)域的一種新型導(dǎo)航方式，很早就應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)、定位精確、地勤工作量小、航線靈活性強(qiáng)。缺點(diǎn)是制造成本較高，導(dǎo)航精度和可靠性與陀螺儀制造精度和后續(xù)信號(hào)處理密切相關(guān)。 視覺導(dǎo)航AGV領(lǐng)域的視覺導(dǎo)航是指AGV配備CCD攝像頭和傳感器，采用采集可見光信號(hào)的攝像頭，AGV通過視覺采集圖像信息，創(chuàng)建基于偽視覺的導(dǎo)航系統(tǒng)。行駛時(shí)，傳感器通過圖像信息的處理（識(shí)別特定道路標(biāo)志）來確定AGV的當(dāng)前位置。
美國SEEGIRD視覺導(dǎo)航AGV（圖片來自SEEGIRD官網(wǎng)）
視覺導(dǎo)航方法無需手動(dòng)設(shè)置物理路線。具有路由靈活、覆蓋范圍廣、成本低、無需固定參照物等優(yōu)點(diǎn)。理論上來說，它提供了最大的導(dǎo)航靈活性，也是未來發(fā)展的方向。然而，利用車載視覺系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)路標(biāo)識(shí)別的技術(shù)瓶頸尚未得到解決，因?yàn)榛跓o固定參考的視覺導(dǎo)航的AGV定位精度往往不高。 二維碼導(dǎo)航二維碼導(dǎo)航實(shí)際上屬于視覺識(shí)別導(dǎo)航，與磁釘導(dǎo)航類似，只是坐標(biāo)標(biāo)記不同，前者是磁釘，后者是二維碼。其原理是AGV通過攝像頭讀取地面上的二維碼，通過分析二維碼信息獲取當(dāng)前位置信息。二維碼導(dǎo)航常與慣性導(dǎo)航相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。
嘉騰二維碼導(dǎo)航AGV（圖片來自嘉騰機(jī)器人官網(wǎng)）
二維碼導(dǎo)航比磁導(dǎo)航定位更準(zhǔn)確，更容易安裝和改道，更容易控制，無聲光干擾。缺點(diǎn)是需要定期維護(hù)路徑，需要在項(xiàng)目現(xiàn)場安裝大量二維碼，且二維碼易于粘貼，更適合全自動(dòng)化和無人值守的環(huán)境。 直接坐標(biāo)導(dǎo)航直接坐標(biāo)導(dǎo)航是利用定位塊將AGV行駛區(qū)域劃分為若干小坐標(biāo)區(qū)域，并通過對(duì)小坐標(biāo)區(qū)域進(jìn)行計(jì)數(shù)來進(jìn)行引導(dǎo)。一般有兩種方法：光電式（將很小的坐標(biāo)區(qū)域分成兩種顏色，用光電裝置進(jìn)行計(jì)數(shù)）和電磁式（將微小的坐標(biāo)區(qū)域分成金屬塊或磁性塊，用電磁感應(yīng)裝置進(jìn)行計(jì)數(shù)） ).有兩種方法，其優(yōu)點(diǎn)是能夠改變路徑，制導(dǎo)可靠性高，對(duì)環(huán)境無特殊要求，缺點(diǎn)是地面測量設(shè)備復(fù)雜，工作量大，制導(dǎo)精度不高 GPS導(dǎo)航GPS（Global Positioning System）導(dǎo)航是利用衛(wèi)星連接非固定道路系統(tǒng)，對(duì)其中的受控對(duì)象進(jìn)行跟蹤和引導(dǎo)，其精度取決于空中衛(wèi)星的固定精度和數(shù)量，以及周圍的環(huán)境。環(huán)境、被控對(duì)象等因素的影響。
dGPS導(dǎo)航原理
由于GPS定位系統(tǒng)用于AGV定位時(shí)存在短程定位精度低等問題，因此也衍生出了iGPS（室內(nèi)GPS）和dGPS（室外差分GPS）導(dǎo)航系統(tǒng)，其精度低于AGV定位。遠(yuǎn)高于。它是民用的。全球定位系統(tǒng)。目前AGV中使用的GPS導(dǎo)航技術(shù)仍在開發(fā)和完善中。
03 AGV導(dǎo)航方式創(chuàng)新不斷，目前AGV使用的導(dǎo)航引導(dǎo)方式有多種，各有優(yōu)缺點(diǎn)，適合不同的應(yīng)用場景。然而，面對(duì)激烈的市場競爭以及電商、制造等行業(yè)對(duì)智慧物流日益增長的市場需求，AGV導(dǎo)航方式的探索和創(chuàng)新目前并沒有停止。典型的例子包括自然導(dǎo)航、熒光導(dǎo)航等。 自然導(dǎo)航自然導(dǎo)航是基于SLAM技術(shù)和現(xiàn)有環(huán)境的導(dǎo)航方法，無需進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)整或地面標(biāo)記。 AGV的靈活性高，無需安裝標(biāo)記或反光板，降低車間改造成本，縮短安裝調(diào)試時(shí)間，提高車間靈活性和設(shè)備便攜性，滿足市場對(duì)靈活性、安裝啟動(dòng)時(shí)間短的需求。正常運(yùn)行時(shí)間需求。
億豐自然導(dǎo)航AGV應(yīng)用于上汽大眾高壓電池車間（億豐機(jī)器人官網(wǎng)圖片）
實(shí)現(xiàn)自然導(dǎo)航的過程首先是配備有環(huán)境感知傳感器的AGV在未知環(huán)境中從某個(gè)位置出發(fā)，然后在移動(dòng)過程中根據(jù)內(nèi)部和外部傳感器獲得的感知信息進(jìn)行自身定位，逐步建立連續(xù)的環(huán)境地圖，或者SLAM過程。然后，基于這張地圖，可以實(shí)現(xiàn)AGV的精確定位和路徑規(guī)劃，完成導(dǎo)航任務(wù)。 SLAM技術(shù)是自然導(dǎo)航的核心技術(shù)。成功實(shí)現(xiàn)SLAM是AGV實(shí)現(xiàn)自然導(dǎo)航的前提。 SLAM過程中地圖構(gòu)建的精度對(duì)后續(xù)定位導(dǎo)航的精度有重大影響。自然導(dǎo)航的SLAM技術(shù)有兩種：激光SLAM和視覺SLAM，原理基本相同。激光SLAM使用2D或3D激光雷達(dá)掃描周圍環(huán)境并通過軟件構(gòu)建實(shí)時(shí)地圖，而視覺SLAM則使用相機(jī)捕獲的圖像來構(gòu)建地圖。自然導(dǎo)航是AGV行業(yè)最先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)之一，也是近年來為滿足智能制造、柔性生產(chǎn)的需求而出現(xiàn)的一種導(dǎo)航方式。目前，國內(nèi)新松機(jī)器人、嘉騰機(jī)器人、億豐機(jī)器人、嘉順智能等廠商均推出了自然導(dǎo)航AGV產(chǎn)品，并逐漸應(yīng)用于工廠車間物?*嵩說瘸【啊?熒光導(dǎo)航從某種意義上來說，熒光導(dǎo)航可以說是磁導(dǎo)引和色帶導(dǎo)引的升級(jí)版。熒光導(dǎo)航的工作原理是熒光導(dǎo)航傳感器發(fā)射調(diào)制的紫外光。當(dāng)熒光帶上的熒光材料受到紫外光激發(fā)時(shí)，可見光光譜范圍（約420 nm）熒光導(dǎo)航傳感器通過接收此光來測量并確定熒光帶與AGV的相對(duì)位置并檢測AGV小車. 允許您沿著設(shè)定的路線行駛。
圖：熒光導(dǎo)航的工作原理（圖片取自德國SICK公眾號(hào)）
熒光導(dǎo)航結(jié)合了磁感應(yīng)的抗污染性和帶狀導(dǎo)引的抗干擾能力，提供更高的精度和集成度，可以優(yōu)化車輛控制。缺點(diǎn)是熒光導(dǎo)航傳感器的成本略高于目前主流的磁感應(yīng)方式，但相比磁條路線，熒光帶可以降低90%的路線成本，因此導(dǎo)航成本也可以降低90%。方案總體成本在一定程度上降低。該導(dǎo)航技術(shù)自發(fā)布以來就備受關(guān)注，是AGV導(dǎo)航技術(shù)創(chuàng)新的方向之一。此外，語音導(dǎo)航、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航、路線規(guī)劃等智能AGV導(dǎo)航控制技術(shù)也在開發(fā)中，并將隨著機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)步。
04 更智能、更靈活的AGV導(dǎo)航方式發(fā)展前景組合導(dǎo)航正成為主流組合導(dǎo)航是指應(yīng)用兩種或兩種以上的導(dǎo)航引導(dǎo)方式來實(shí)現(xiàn)AGV作業(yè)，其目的是適應(yīng)各種使用場景，并在未來，導(dǎo)航也是AGV主要發(fā)展方向之一。例如，利用慣性導(dǎo)航控制和二維碼標(biāo)簽輔助校正的慣性二維碼組合導(dǎo)航可以提高導(dǎo)航精度和作業(yè)效率，并且通過利用慣性導(dǎo)航和視覺導(dǎo)航的組合導(dǎo)航方法，慣性除了可以補(bǔ)償導(dǎo)航誤差漂移，隨著時(shí)間的推移，它還可以彌補(bǔ)視覺導(dǎo)航處理等實(shí)時(shí)性能缺陷。視覺導(dǎo)航仍然是一個(gè)重要的發(fā)展方向。目前受限于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)設(shè)備的計(jì)算速度和存儲(chǔ)容量，尤其是圖像處理速度較慢，該問題始終難以解決。雖然視覺導(dǎo)航不太實(shí)用，但相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和高速圖像處理關(guān)鍵技術(shù)的突破，視覺導(dǎo)航將成為具有廣泛前景的AGV導(dǎo)航技術(shù)之一。無標(biāo)記自然導(dǎo)航將被進(jìn)一步采用，未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、云計(jì)算、人工智能和智能移動(dòng)機(jī)器人融合將越來越普及，給AGV行業(yè)和行業(yè)帶來革命性的變化。帶來。 AGV需要更加智能、更加靈活，越來越多的AGV將采用無標(biāo)自然導(dǎo)航技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜、開放、動(dòng)態(tài)的環(huán)境。更多導(dǎo)航方式將出現(xiàn)導(dǎo)航導(dǎo)引技術(shù)一直是AGV發(fā)展最重要的部分，并且隨著市場需求的不斷變化，未來將會(huì)出現(xiàn)更多的導(dǎo)航技術(shù)和方式。例如，以個(gè)人移動(dòng)設(shè)備為中心的室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展正在取得進(jìn)展，各種基于Wi-Fi和藍(lán)牙的解決方案已經(jīng)成熟并投入實(shí)際應(yīng)用，它們的結(jié)合可能會(huì)為AGV開辟新的可能性。室內(nèi)導(dǎo)航想法。
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