DOI:10.19551/jki.issn1672-9129.2021.01.065
自动导引车AGV 的种类及导航方案分析
廖雯涓(广州市西克传感器有限公司㊀广东㊀510623)
摘要：自动导引车近几年的应用日渐广泛，无论是在高度自动化的汽车行业还是原来主要依靠人力的物流行业都能见到AGV 的身影㊂本文主要针对AGV 的车型种类，导航方式以及安全方案进行简单地分析与介绍㊂关键词：导引车;AGV ；导航方案
汽车导航仪中图分类号:TP23;TP212.13㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1672-9129(2021)01-0066-02㊀㊀1㊀自动导引车的背景介绍
自动导引运输车 AGV (Automated Guided Vehicle)
早在20世纪50年代第一台AGV 就已经诞生，由一辆牵引式拖拉机改造而成，并且带有车兜，可沿着仓库空中固定的运输线完成搬运的工作㊂后来因其是可充电的且无人驾驶的小车，并且可根据编程以及定位情况对路线进行改变以及扩展，被美国物料研究所定义为AGV㊂
20世纪70年代,AGV 的导引技术是靠感应埋在地下的
导线产生的电磁频率，其通过打开或关闭导线中的频率，可引导AGV 沿着预设的路径行驶㊂
随着科技的发展，在20世纪80年代末，无线试导引技术被引入到AGV 系统中，通过激光和惯性导航大大提高了AGV 系统的灵活性和准确性，这使AGV 具有了更多样化的导引方式㊂
从20世纪80年代末到现今,AGV 已成为生产物流系统中最大的专业分支之一，随着产业的发展，将会成为物流㊁智能生产中不可或缺的重要组成部分㊂
1.1AGV㊂自动导引车的技术为全自动AGV 技术，优
点在于几乎不需要人工干预，可独立完成某项搬运装卸工作，并且因实际的搬运任务有所不同，因此车型的种类也有着诸多不同的类型㊂另外导航的方式，路径规划复杂多变，可应用在几乎所有的搬运场合
㊂
1.2RGV㊂RGV 为有轨制导车辆(Rail Guided Vehicle)
的英文缩写，与AGV 相比,RGV 其中的一大特点为导航方式的不同,RGV 主要应用在立体自动化仓库，可沿着预先铺设好的轨道移动㊂其优点在于可灵活穿梭于各种类高密度的立体仓库中，在灵活进行各种
操作的同时，大大提高了仓库的整体存储量㊂
1.3AGC㊂AGC 为简易型的AGV 技术，其全称为Auto-
mated Guided Cart，这类的车型与AGV 相比更注重在路径以及流程的规划上，因AGC 通常只用来进行搬运的操作而不会刻意强调小车自身的自动装卸功能，在导航方面多会采用门槛较低的磁带导航方式㊂此外，一般的AGC 生产企业为了能更好的控制成本，更加倾向于选用简单的功能器件
㊂
1.4协作机器人㊂协作机器人原为可与人类在同一空
间近距离互动工作的机器人，因大部分工业类机器人的设定都是在固定有限的区域内进行作业，不需要考虑与人类进行近距离互动，而对于写作机器人来说，在协作的同时确保与人类的配合以及保护人员安全也是协作机器人需要考虑的机能㊂现如今在AGV 导引车上搭载协作机器人也是一个较新的领域，其优点在于通过AGV 的移动，协作机器人可移动到不同的工作地点进行操作，而上方搭载的协作机器人在自动进行工作的同时也能更好地配合人类协同作业㊂
2㊀自动导引车的车型介绍
不同的自动导引车具有不同的功能，如搬运物料，服务上菜 按照功能划分，目前大部分AGV 可分为以下7类：潜伏式，背负式，叉车式，牵引式，重载式，服务类，特种类㊂
2.1潜伏式AGV㊂潜伏式AGV 通常可自由穿梭在厂区的料架下方，并通过车身上的顶杆将料架勾起，并通过AGV 的移动可将料架搬运到指定位置㊂其车身高度普遍较低，因为需要在有限的高度，空间及缝隙中自由穿梭㊂另外潜伏式AGV 在空载时通过选择最近的路径返回，可有效地提升周转效率㊂
2.2背负式AGV㊂背负式AGV 与潜伏式AGV 的区别在于，需要搬运的料架㊁托盘㊁料箱等货物可直接放
置在车体上进行搬运㊂因此这类的车型也需要更加注意在行驶过程中对障碍物的探测，紧急制动以及防滑缓冲等㊂
2.3重载式AGV㊂重载AGV 与背负式AGV 十分类似，但因其搬运的物品重量通常超过10吨，这也代表着AGV 的技术达到国际标准㊂这类的AGV 多应用与仓储㊁港口㊁制造㊁机场等场所㊂随着自动化物流水平提高，重载AGV 在有效地降低人员劳动强度的同时，可提高搬运效率缩短物流周期㊂
2.4牵引式AGV㊂牵引式AGV 与潜伏式AGV 有着异曲同工之妙，其共同点在于车体本身无需承载货物的重量，而是通过引导牵引的方式将实现搬运物品的操作㊂牵引式AGV 利用车体尾端牵引棒的自动升降，可挂接或脱离料车，在通道中进行往返搬运的运动，用途广泛㊂
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2.5叉车式AGV㊂叉车式AGV与先前的4类车型有着较大的不同点，前4类AGV更倾向于AGC可实现将货物进行点对点搬运的较为简易的操作㊂而叉车式AGV除了对物品进行搬运，还需对物品进行定位㊂叉车式AGV可运用于各种复杂路径中，货叉的举升高度可灵活且精确的定位，并实现对托盘的抓取㊂
2.6服务类AGV㊂先前提到的5类AGV主要应用在工业生产环境，而服务类AGV则更贴近日常㊂这类的A
GV多以服务人类或配合人员进行简单服务为主㊂例如上菜机器人，通过上方的视觉导航可识别天花板的地标，从而定位目标位置，当到达固定位置后由服务人员配合上菜，优点在繁忙时段可提高上菜效率㊂另外，服务类机器人在酒店中的应用也十分广泛，它可自动上下电梯并到达指定房间完成配送任务，大大提升了配送效率㊂
3㊀自动导引车的导航方案
关于自动导引车的导航方式无疑使AGV最核心的技术之一，通过采集AGV自身的数据和周围的环境可对车体自身定位以及进行路径规划㊂根据不同的应用,AGV的导航种类也十分不同㊂现今主要的导航方式可大致分为两种，一种为有轨导航，另一种为无轨导航㊂
第一种有轨导航也可称为路径规划导航，这类的导航方式以磁条导航，荧光导航居多，车体可沿着在地面上预先铺设好的道路行驶，优点在于对导航算法的开发难度较低，缺点主要体现在需要预先铺设磁条，并且在后期需要持续的对路径进行维护㊂
第二种无轨导航的种类较为丰富，基于不同的原理如轮廓导航㊁反光板导航㊁二维码导航㊁视觉导航㊁等等㊂这类导航方式在软件开发难度较大，但是灵活性更高，在实际应用场景中，无需对厂区进行路径规划，车体即可自由行驶，同时如行驶中遇到障碍物遮挡，亦可重新规划较近的路径完成搬运任务㊂
3.1路径规划导航㊂路径规划导航的种类有很多，电磁导航㊁带导航㊁惯性导航㊁磁导航 在诸多导航方式中，目前使用较多的为磁导航，因其操作难度相对较低，所以在中低端市场应用较广㊂
潜伏式的AGC和进行简单搬运工作的AGV使用路径规划的导航方式较多，因其行驶路径较为固定，使用这种导航方式可节省导航算法的开发成本㊂但是在后期对路径的维护上则需多加注意，以磁导航举例，因磁条本身的承重能力有限，当有重物碾压时容易发生磨损㊁断裂等情况，因此需要适时进行维护㊂
而目前的另一种路径规划导航方式荧光导航则可在一定程度上降低后期对路径的维护成本㊂因荧光导航的带一般为较薄耐磨的材料，且因荧光涂料需要在紫光灯的照射下才有效㊂另外，磁导航的磁带因有厚度一般需要开槽进行镶嵌，而带较薄可直接铺设在厂房内，更便于铺设和维护㊂3.2视觉导航㊂视觉导航属于无轨导航的一种，也是目前发展速度较快且较为成熟的一种导航方式㊂在AGV移动的过程中，通过安装在车体底部或者顶部的相机可快速读取标记，如：二维码㊂再确认车体当前位置的同时也可对下一次需要移动的位置做出判断㊂视觉导航无需人为铺设物理路径，因此更符合柔性化导航㊂
其中二维码导航在视觉导航中则是运用相当广泛的其中一种导航方式，在无人仓库中将物品进行搬运及分类便是使用二维码导航方式，结合定位于导航一体㊂
3.3激光导航㊂激光导航方式是目前工控类AGV使用最广泛的导航方式，因其能自主定位导航，智能信息交互，并且能实时更新当前地图，当遇到障碍物是能自主避障㊂在本章节中主要介绍基于轮廓参考的
SLAM(Simultaneous Locali-zation and Mapping)同步定位与地图构建导航方式，以及基于反光板的激光高精度定位导航方式㊂
(1)激光轮廓导航㊂基于环境轮廓的激光导航是目前业界主流的导航方案之一，通过扫描车体周围的环境轮廓，机器人可实时定位以及建立地图，从而完成自动导航的功能㊂其导航方式主要分为以下三步㊂
第一步，自主建图㊂当AGV在厂区内行驶时，通过外部传感器(如：激光扫描仪)与内部传感器(如：编码器)获取的数据可进行电子地图的构建㊂
第二步，路径规划㊂在电子地图中可设定起点以及终点,AGV根据既定的目标地点自主规划路径㊂
最后一步为自主导航以及避障㊂AGV在行驶的过程中实时与存储的电子地图数据进行对比，从而计算出AGV的实时位置以及姿态，从而实现自主导航，同时通过外部传感器，在行驶路径上当遇到障碍物时，可实时避障㊂(2)基于反光板的激光导航㊂基于反光板的激光导航方式，通过在厂区内的墙面或料架上布设反光板，可准确定位AGV的绝对坐标以及角度㊂
红线为激光扫描仪的激光束,AGV在行驶的过程中，可通过扫描布设在墙面的反光板可获取到当前AGV与发光板的距离㊁角度以及反射率的数据，从而进行精确的定位㊂配合预设的电子地图,AGV在行驶过程中可实时对自身进行定位，实现自主导航㊂
4㊀自动导引车的相关认证
自动导引车近几年在国内的发展速度较快，并且AGV 的出口项目数量也在逐步提升，而当涉及到出口时AGV都需要根据当地的规定完成相关的认证，如欧盟的CE认证，再比如国内目前针对AGV及机器人的CR认证㊂这些认证主要对AGV的安全防护上提出了部分要求，因为当自动导引车在行驶过程中会遇到与人员交互的场景，而这类认证主要也是为了保证人员安全㊂
目前关于AGV的行业标准有很多，如国内目前的自动导引车(AGV)设计通则,EN1525-AGV行业安全标准(C-类指令)等等
在这些标准中详细的描述了自动导引车在速度控制㊁控制系统㊁急停控制㊁人员检测等多方面需要满足的安全等级㊂5㊀总结
本文旨在向读者全面介绍AGV的情况，在具体应用场景中，还需根据实际情况做相应的调整㊂现今AGV行业蓬勃发展，随着AGV的自动化程度提高，未来AGV与机器人技术进行结合，可有效提高整体生产效率以及工业自动化，助力中国制造2025及工业4.0㊂
参考文献:
[1]自动导航车(AGV)发展综述knski/ KXReader/Detail?TIMESTAMP= 63715987078408000
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作者简介：廖雯涓，广州市西克传感器有限公司㊂
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