1.1、AGV的歷史與發(fā)展

AGV的起源

自動(dòng)導(dǎo)引車輛（AGV），作為現(xiàn)代物流和自動(dòng)化領(lǐng)域的重要組成部分，其起源和發(fā)展歷程值得詳細(xì)探討。

AGV的最早出現(xiàn)可以追溯到20世紀(jì)50年代。1953年，巴雷特電子公司（Barrett Electronics）在美國(guó)伊利諾伊州諾斯布魯克開發(fā)了世界上第一輛商用AGV。這一創(chuàng)新是在第二次世界大戰(zhàn)后，隨著工業(yè)自動(dòng)化的興起和技術(shù)的進(jìn)步而產(chǎn)生的。當(dāng)時(shí)，工業(yè)界正尋求提高效率和減少人工勞動(dòng)的方法，AGV應(yīng)運(yùn)而生，成為解決這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵工具之一。

最初的AGV是為了在工廠或倉(cāng)庫(kù)中搬運(yùn)重物而設(shè)計(jì)的。這些早期的AGV通常是線控的，即通過地面上的電線來(lái)引導(dǎo)路徑。它們的基本功能包括自動(dòng)搬運(yùn)物料，從一個(gè)指定的起點(diǎn)到達(dá)一個(gè)預(yù)定的終點(diǎn)。這種自動(dòng)化程度雖然有限，但在當(dāng)時(shí)已經(jīng)大大提高了物料搬運(yùn)的效率和安全性。

導(dǎo)向技術(shù)的進(jìn)步

20世紀(jì)70年代，AGV導(dǎo)向技術(shù)開始變得更加智能化，不再僅僅依靠感應(yīng)地面的電磁頻率進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。例如，瑞典卡爾馬的沃爾沃開始在1973年開發(fā)非同步裝配設(shè)備，作為傳統(tǒng)輸送機(jī)裝配線的替代品。該公司開發(fā)了280臺(tái)由計(jì)算機(jī)控制的AGV，標(biāo)志著AGV開始邁向高智能化的重要一步。

無(wú)線式導(dǎo)引技術(shù)的出現(xiàn)

80年代后期，無(wú)線式導(dǎo)引技術(shù)引入到AGV系統(tǒng)中，例如利用激光和慣性進(jìn)行導(dǎo)引，這大大提高了AGV系統(tǒng)的靈活性，準(zhǔn)確性，不再受地面的限制，當(dāng)需要更改路徑時(shí)，也不必打斷生產(chǎn)。

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的AGV

進(jìn)入90年代，全世界的AGV生產(chǎn)廠家已經(jīng)超過100家，型號(hào)也達(dá)到上百種。此時(shí)的AGV決策處理能力越來(lái)越強(qiáng)，可以執(zhí)行人在管理材料處理過程中的決策和控制功能，AGV已經(jīng)進(jìn)入到高智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化，信息化的新時(shí)代。

由于微處理器技術(shù)的發(fā)展，我們現(xiàn)在看到的AGV系統(tǒng)已經(jīng)能夠進(jìn)行更復(fù)雜的任務(wù)，比如進(jìn)行精細(xì)的定位計(jì)算，和現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行智能交互等。AGV可以在許多工廠和倉(cāng)庫(kù)中獨(dú)立運(yùn)行，也可以作為一種更大系統(tǒng)的一部分運(yùn)作，提供了廣泛的運(yùn)用領(lǐng)域。

隨著技術(shù)的發(fā)展，AGV的功能和使用場(chǎng)景也逐漸擴(kuò)展。從最初的線控引導(dǎo)，發(fā)展到后來(lái)的磁帶、激光導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航等多種導(dǎo)航技術(shù)。AGV的應(yīng)用領(lǐng)域也從單一的工業(yè)生產(chǎn)線擴(kuò)展到醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)管理等多個(gè)領(lǐng)域。例如，在醫(yī)院中，AGV可以用來(lái)運(yùn)送藥品、樣本或餐食；在機(jī)場(chǎng)，AGV則可用于行李處理等。

AGV的發(fā)展反映了工業(yè)自動(dòng)化和智能化的整體趨勢(shì)。從最初的簡(jiǎn)單功能到現(xiàn)在的高度智能化和多樣化應(yīng)用，AGV已經(jīng)成為現(xiàn)代物流和生產(chǎn)系統(tǒng)中不可或缺的一部分。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們可以預(yù)見AGV在未來(lái)將發(fā)揮更加重要的作用。

1.2、AGV的類型與應(yīng)用

AGV的類型

自動(dòng)引導(dǎo)車輛（AGV）技術(shù)的發(fā)展是工業(yè)自動(dòng)化和物流管理領(lǐng)域的一個(gè)重要篇章。從最初的簡(jiǎn)單線跟蹤系統(tǒng)到今天的多種高級(jí)導(dǎo)航技術(shù)，AGV的演進(jìn)不僅體現(xiàn)了技術(shù)的進(jìn)步，也反映了工業(yè)需求的變化和市場(chǎng)的發(fā)展。

AGV的歷史始于20世紀(jì)50年代，最初的AGV系統(tǒng)主要基于線控導(dǎo)航。這種系統(tǒng)通過在地面上安裝磁帶或電纜來(lái)創(chuàng)建路徑，AGV沿著這些預(yù)設(shè)路徑運(yùn)行。這種技術(shù)雖然簡(jiǎn)單，但在當(dāng)時(shí)已經(jīng)能夠有效提高物料搬運(yùn)的效率和準(zhǔn)確性。最初的AGV主要應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，如汽車制造廠和重工業(yè)場(chǎng)所，用于搬運(yùn)重物和提高生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平。

隨著時(shí)間的推移，AGV技術(shù)經(jīng)歷了顯著的演進(jìn)，主要體現(xiàn)在導(dǎo)航技術(shù)和功能的多樣化上。按照AGV或其他自動(dòng)導(dǎo)引小車搬運(yùn)貨物和運(yùn)行方式的不同，主要分為叉車式、牽引式、頂升式這三種類型 。按照AGV是否鋪設(shè)外部設(shè)備，可以將導(dǎo)航技術(shù)分為固定路徑導(dǎo)航、自由路徑導(dǎo)航和組合導(dǎo)航三種方式。

導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展

一、固定路徑導(dǎo)航

固定路徑導(dǎo)航主要分為電磁導(dǎo)航或色帶導(dǎo)航方式，以埋設(shè)磁條、磁電、電磁線或色帶為基礎(chǔ)的導(dǎo)航技術(shù)目前應(yīng)用較廣。對(duì)于埋設(shè)的導(dǎo)引方式，其鋪設(shè)和施工的成本高，改造和維護(hù)困難，定位精度較低。主要有如下幾種方式：

（1）電磁導(dǎo)航

一種傳統(tǒng)的導(dǎo)引?式，通過在AGV的?駛路徑上埋設(shè)?屬線，并在?屬線上加載低頻、低壓電流，產(chǎn)?磁場(chǎng)，再通過車載電磁傳感器對(duì)導(dǎo)引磁場(chǎng)強(qiáng)弱的識(shí)別和跟蹤實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，讀取預(yù)先埋設(shè)的RFID卡來(lái)完整指定任務(wù)。

電磁導(dǎo)引的主要優(yōu)點(diǎn)為?屬線埋在地下，隱蔽性強(qiáng)，不易受到破壞，導(dǎo)引原理簡(jiǎn)單可靠，對(duì)聲光??擾，制造成本低。缺點(diǎn)是?屬線的鋪設(shè)?煩，且更改和拓展路徑困難，電磁感應(yīng)容易受到?屬等鐵磁物質(zhì)的影響。

電磁導(dǎo)引在路線較為簡(jiǎn)單，在需要24?時(shí)連續(xù)作業(yè)的?產(chǎn)制造（如汽車制造）有?較?泛的應(yīng)?。

（2）磁帶導(dǎo)航

與電磁導(dǎo)引原理較為相近，在AGV的形式路徑上鋪設(shè)磁帶，通過車載電磁傳感器對(duì)磁場(chǎng)信號(hào)的識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引?式。

磁帶導(dǎo)引主要的優(yōu)點(diǎn)為技術(shù)成熟可靠，成本較低，磁帶的鋪設(shè)較為容易，拓展與更改路徑相對(duì)電磁導(dǎo)引較為容易，運(yùn)?線路明顯，對(duì)于聲光??擾。缺點(diǎn)為路徑裸露，容易受到機(jī)械損傷和污染，需要?員定期維護(hù)，容易受到?屬等鐵磁物質(zhì)的影響，AGV?旦執(zhí)?任務(wù)只能沿著固定磁帶運(yùn)動(dòng)，?法更改任務(wù)。

磁條導(dǎo)引適?于地?嵌?型、輕載牽引的狀態(tài)?式，可?于??屬地?、?消磁的室內(nèi)環(huán)境，能夠穩(wěn)定持久作業(yè)。

以電磁導(dǎo)航和磁帶導(dǎo)航為代表的傳統(tǒng)導(dǎo)航方式，因?yàn)檠卣麄€(gè)運(yùn)行路徑預(yù)埋導(dǎo)引線，所以具有地圖建立簡(jiǎn)單、創(chuàng)建導(dǎo)航坐標(biāo)系容易，通過相應(yīng)的傳感器檢測(cè)車體與預(yù)埋的導(dǎo)引線之間的偏差即可實(shí)現(xiàn)定位等優(yōu)點(diǎn)，但定位精度差、路線一旦完成預(yù)埋無(wú)法進(jìn)行更改。

（3）磁釘導(dǎo)航

磁釘導(dǎo)航和磁條導(dǎo)航都需要磁條傳感器來(lái)定位AGV相對(duì)于路徑的左右偏差，主要差異在于鋪設(shè)方式為連續(xù)或離散的區(qū)別。假如需要完全使?磁釘導(dǎo)航，則需要鋪設(shè)?量磁釘。

磁釘導(dǎo)引的優(yōu)點(diǎn)是成本低，技術(shù)成熟；隱蔽性好，較磁帶導(dǎo)航美觀；抗?擾性強(qiáng)，耐磨損，抗酸堿。磁釘導(dǎo)引的缺點(diǎn)是AGV路徑易受鐵磁物質(zhì)影響，更改路徑施?量?，磁釘?shù)氖?會(huì)對(duì)地?產(chǎn)??定影響，磁釘導(dǎo)引在碼頭AGV上應(yīng)?較多。磁釘導(dǎo)航一般以輔助導(dǎo)航的形式出現(xiàn)，用以提?AGV的定位精度。

（4）?維碼導(dǎo)航

二維碼導(dǎo)航坐標(biāo)的標(biāo)志通過地?上的?維碼實(shí)現(xiàn)，?維碼導(dǎo)引與磁釘導(dǎo)引較為相似，只是坐標(biāo)標(biāo)志物不同。?維碼導(dǎo)航是通過AGV應(yīng)用攝像頭掃描地?QR?維碼，通過解析?維碼信息獲取當(dāng)前的位置信息。?維碼導(dǎo)航通常與慣性導(dǎo)航相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

亞馬遜所用KIVA?維碼導(dǎo)航機(jī)器?其類似棋盤的?作模式令?印象深刻，國(guó)內(nèi)的電商，智能倉(cāng)庫(kù)紛紛采??維碼導(dǎo)航機(jī)器?。?維碼導(dǎo)引的移動(dòng)機(jī)器?的單機(jī)成本較低，但是在項(xiàng)?現(xiàn)場(chǎng)需要鋪設(shè)?量?維碼，且?維碼易磨損，維護(hù)成本較?。

（5）?帶導(dǎo)航

在AGV的行駛路徑上設(shè)置光學(xué)標(biāo)志（粘貼?帶或涂漆），通過車載的光學(xué)傳感器采集圖像信號(hào)識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引的?法。光學(xué)導(dǎo)引與磁帶導(dǎo)引較為類似，主要的優(yōu)點(diǎn)是路?鋪設(shè)較為容易，拓展與更改路徑相對(duì)磁帶導(dǎo)引容易，成本低。缺點(diǎn)是?帶較為容易受到污染和破環(huán)，對(duì)環(huán)境的要求?，導(dǎo)引的可靠性受制于地?條件，停?定位精度較低。

?帶導(dǎo)航適合在?作環(huán)境潔凈，地?平整性好，AGV定位精度要求不?的場(chǎng)合。

二、自由路徑導(dǎo)航

固定路徑導(dǎo)航有著成本低、運(yùn)行路線明顯、原理簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn)，但易受外界物質(zhì)的影響，且不易改變路徑，不適用于在復(fù)雜動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景下。

自由路徑導(dǎo)航是指AGV未預(yù)先確定行駛路徑，主要有光學(xué)導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航等，由自由路徑導(dǎo)航代替固定路徑導(dǎo)航已經(jīng)成為了一種大趨勢(shì)。

其中光學(xué)導(dǎo)航根據(jù)設(shè)備方式的不同分為主動(dòng)光學(xué)導(dǎo)航(激光導(dǎo)航）、被動(dòng)光學(xué)導(dǎo)航（視覺導(dǎo)航）。光學(xué)導(dǎo)航的主要優(yōu)點(diǎn)是AGV路徑可以靈活規(guī)劃，定位準(zhǔn)確，施工方便，能適應(yīng)各種實(shí)際環(huán)境。缺點(diǎn)是成本較高，且當(dāng)行駛區(qū)域較大時(shí)，所花費(fèi)的時(shí)間要長(zhǎng)。其自由路徑導(dǎo)航主要有如下方式：

（1）激光導(dǎo)航—-帶反光板

激光導(dǎo)航一般是指基于反射板定位的導(dǎo)航。具體原理是在AGV?駛路徑的周圍安裝位置精確的反射板，激光掃描器會(huì)安裝在AGV車體上。激光掃描器隨 AGV的??, 發(fā)出激光束，發(fā)出的激光束被沿AGV?駛路徑鋪設(shè)的多組反射板直接反射回來(lái)，觸發(fā)控制器記錄旋轉(zhuǎn)激光頭遇到反射板時(shí)的?度?？刂破鞲鶕?jù)這些?度值與實(shí)際的這組反光板的位置相匹配，計(jì)算出AGV的絕對(duì)坐標(biāo)，基于這個(gè)原理就可以實(shí)現(xiàn)?常精確的激光導(dǎo)引。

激光導(dǎo)航的?式使得AGV能夠靈活規(guī)劃路徑，定位準(zhǔn)確，?駛路徑靈活多變，施?較為??便，能夠適應(yīng)各種實(shí)?環(huán)境。

由于激光導(dǎo)航的反光板處于較?的物理位置，不易受到破壞。并且正常?作時(shí)不能遮蔽反光板，否則會(huì)影響其定位情況。由于激光導(dǎo)航由于成本較?，在?前AGV市場(chǎng)上占?率不是很?，但由于其優(yōu)越性，將會(huì)逐漸取代?些傳統(tǒng)的導(dǎo)航導(dǎo)引?式。

（2）自然導(dǎo)航/自主導(dǎo)航

?然導(dǎo)航也是激光導(dǎo)航的?種，也是通過激光傳感器感知周圍環(huán)境，不同的是激光導(dǎo)航（反射板）的定位標(biāo)志為反射板或反光柱，??然導(dǎo)航可以定位標(biāo)志物可以為?作環(huán)境中的墻?等信息，不需要依賴反射板。相?于傳統(tǒng)的激光導(dǎo)航，?然導(dǎo)航的施?成本與周期都較低。

?然導(dǎo)航的缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境輪廓依賴?較?，當(dāng)?駛路徑上的輪廓信息出現(xiàn)較?變化時(shí)就會(huì)出現(xiàn)精度降低的現(xiàn)象。

（3）視覺導(dǎo)航

視覺導(dǎo)航是指在AGV小車上安裝視覺傳感器來(lái)獲取行駛區(qū)域周圍的圖像信息進(jìn)而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的方法，硬件上需要下視攝像頭，補(bǔ)光燈和遮光罩等來(lái)?持該種導(dǎo)航?式的實(shí)現(xiàn)。

AGV在移動(dòng)過程中，其視覺導(dǎo)航系統(tǒng)利用一個(gè)或多個(gè)攝影機(jī)采集周圍環(huán)境的圖像，在捕捉到地面紋理后會(huì)自動(dòng)構(gòu)建地圖，然后將其與自建地圖中的紋理圖像進(jìn)行比較，利用相位相關(guān)法計(jì)算兩幅圖像之間的位移和旋轉(zhuǎn)，然后積分估計(jì)得到AGV的當(dāng)前位置，從而實(shí)現(xiàn)AGV的定位導(dǎo)航。

視覺導(dǎo)航模式環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，但運(yùn)算量隨攝影機(jī)數(shù)量和分辨率提升呈指數(shù)級(jí)上漲，對(duì)處理器運(yùn)算能力和散熱能力要求極高。對(duì)環(huán)境光源有一定的要求，且可靠性較差。

視覺導(dǎo)航AGV?前在市場(chǎng)上的應(yīng)?較少，視覺紋理導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是硬件成本較低，定位精確。缺點(diǎn)是運(yùn)?的地?需要有紋理信息，當(dāng)運(yùn)?場(chǎng)地?積較?，繪制導(dǎo)航地圖的時(shí)間相?激光導(dǎo)航長(zhǎng)。

（4）慣性導(dǎo)航

利用AGV內(nèi)部傳感器獲取位置，主要?光電編碼器，陀螺儀，或者兩者同時(shí)使?。AGV的車輪上裝有光電編碼器，在運(yùn)動(dòng)過程中利?編碼器的脈沖信號(hào)進(jìn)?粗略的航位推算確定位置。利?陀螺儀可以獲取AGV的三軸?速度和加速度，通過積分運(yùn)算獲取位置信息，兩種航位推算可以進(jìn)?融合。慣性導(dǎo)航的成本低，短時(shí)間定位精度較?、隱蔽性好且抗干擾性強(qiáng)，但會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)累計(jì)誤差，直?丟失位置。所以?般情況下，慣性導(dǎo)航會(huì)作為其他導(dǎo)航?式的輔助定位。

開始使用時(shí)需要的初始校準(zhǔn)時(shí)間較長(zhǎng)，并且受加工技術(shù)限制，高精度陀螺儀成本高昂、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。

（5）其他自由路徑導(dǎo)航

a. 室內(nèi)無(wú)線AP定位

室內(nèi)無(wú)線AP定位定位技術(shù)是靠同時(shí)測(cè)定多個(gè)無(wú)線AP發(fā)射的無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算距離來(lái)實(shí)現(xiàn)定位的。實(shí)現(xiàn)室內(nèi)無(wú)線AP定位需要在環(huán)境中預(yù)先安裝大量專用定位AP，并進(jìn)行大量的測(cè)試。由于需要對(duì)每一個(gè)無(wú)線AP進(jìn)行布線和調(diào)試，而且無(wú)線AP信號(hào)極易受環(huán)境中其他設(shè)備干擾，這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)工作量大、成本高，實(shí)際應(yīng)用中可靠性和定位精度較差。

b. LBS基站定位

LBS基站定位技術(shù)是一種利用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)獲取用戶移動(dòng)終端位置信息的方法，以現(xiàn)有的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)定位，不需要布設(shè)定位設(shè)施，方便快捷。但是定位效果取決于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)易受其他設(shè)備干擾。由于運(yùn)營(yíng)商基站布設(shè)密度普遍較低，因此這種方法定位精度差、可靠性差。

c. 地磁場(chǎng)定位

以地磁場(chǎng)構(gòu)建室內(nèi)地圖的方法還處于理論研究階段，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上比較復(fù)雜，且容易受設(shè)備磁場(chǎng)和地質(zhì)活動(dòng)干擾。

d. GPS導(dǎo)航

指在AGV上搭載GPS傳感器來(lái)獲取位置和航向信息實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的方法。GPS導(dǎo)航的導(dǎo)航精度較低，位置誤差在10?左右，實(shí)時(shí)定位速度快，覆蓋范圍廣，操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是易受氣候、電磁波等的影響，且需要在視野開闊、障礙物較少的區(qū)域進(jìn)行。GPS導(dǎo)航主要應(yīng)?在汽車、船舶、?機(jī)等定位，在精度要求較?的室內(nèi)AGV定位上使?較少。

自由路徑導(dǎo)航有著路徑自由、靈活規(guī)劃、定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高，誤差會(huì)隨著時(shí)間累積。

三、組合導(dǎo)航

在智能生產(chǎn)與智慧物流的背景下，現(xiàn)存的AGV導(dǎo)航技術(shù)仍然存在不足，在效率與精度上不能實(shí)現(xiàn)兩最優(yōu)，尤其是在大規(guī)模未知的復(fù)雜環(huán)境中，AGV導(dǎo)航技術(shù)在精度和實(shí)時(shí)性上還需進(jìn)一步提高。為了更好地適應(yīng)在復(fù)雜、動(dòng)態(tài)作業(yè)環(huán)境下的各個(gè)行業(yè)，滿足更高的要求，AGV導(dǎo)航技術(shù)面臨著新任務(wù)和新挑戰(zhàn)，將朝著柔性高、精度高和可靠性強(qiáng)的方向發(fā)展，而與5G、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的交互融合將會(huì)使得性能有所提高，進(jìn)而提高AGV的環(huán)境感知與建模能力、自主決策能力和智能化，能更好地躲避障礙物，實(shí)現(xiàn)更自主的移動(dòng)，提高效率與精度。

以上提到的各種方法都有其相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，在特定的場(chǎng)景下難以實(shí)現(xiàn)性能的最優(yōu)。而組合導(dǎo)航是指根據(jù)導(dǎo)航功能互補(bǔ)的特點(diǎn)，以適當(dāng)?shù)姆椒▽煞N或者兩種以上的方法將其組合，提高系統(tǒng)的整體導(dǎo)航精度、實(shí)時(shí)等性能，使AGV適應(yīng)各種使?場(chǎng)景。

組合導(dǎo)航指應(yīng)?兩種或兩種以上導(dǎo)引（或?qū)Ш剑?式實(shí)現(xiàn)AGV運(yùn)?的?法。如?維碼導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合，利?慣性導(dǎo)航短距離定位精度?的特性，將兩個(gè)?維碼之間的導(dǎo)航盲區(qū)使?慣性導(dǎo)航。激光導(dǎo)航與磁釘導(dǎo)航組合應(yīng)?，在定位精度要求較?的站臺(tái)位置使?磁釘導(dǎo)航，增加AGV定位的穩(wěn)定性。

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，針對(duì)提高AGV性能的導(dǎo)航方式對(duì)其進(jìn)行組合，可以將方法之間的優(yōu)勢(shì)都體現(xiàn)出來(lái)，解決了單一方法的缺點(diǎn)，因此組合導(dǎo)航方法有時(shí)能取得更佳的結(jié)果，比如視覺/慣性組合的AGV導(dǎo)航方法 。組合導(dǎo)航優(yōu)點(diǎn)是AGV能適應(yīng)各種使用場(chǎng)景中的導(dǎo)航方式，使用相對(duì)靈活，改變路徑也比較容易，因此在各行業(yè)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

目前，已經(jīng)成熟的組合導(dǎo)航技術(shù)有：基于磁釘技術(shù)與慣性導(dǎo)航的AGV組合導(dǎo)航系統(tǒng)；激光導(dǎo)航和紅外導(dǎo)航的AGV組合導(dǎo)航方式；激光雷達(dá)和二維碼地標(biāo)組合導(dǎo)航的方法；基于GPS/DR信息融合的AGV導(dǎo)引系統(tǒng)；基于二維碼導(dǎo)航技術(shù)與慣性導(dǎo)航相結(jié)合的雙攝像頭掃碼的方法；視覺與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組合導(dǎo)航方法；慣性和視覺的AGV組合導(dǎo)航方法；多目視覺與激光組合導(dǎo)航的精確定位方法；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合地埋RFID標(biāo)簽的導(dǎo)航方式；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與超寬帶及地標(biāo)組合的方法，等等。

隨著導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，AGV的功能也變得更加多樣化和復(fù)雜。現(xiàn)代AGV不僅能夠搬運(yùn)物料，還能執(zhí)行更精細(xì)的操作，如自動(dòng)裝卸貨物、與其他自動(dòng)化系統(tǒng)協(xié)同工作等。此外，AGV的應(yīng)用領(lǐng)域也從傳統(tǒng)的工業(yè)制造擴(kuò)展到醫(yī)療、零售、物流等多個(gè)行業(yè)。

AGV技術(shù)的發(fā)展是對(duì)不斷變化的工業(yè)需求和技術(shù)創(chuàng)新的響應(yīng)。從最初的線控導(dǎo)航到今天的多種高級(jí)導(dǎo)航技術(shù)，AGV已經(jīng)成為現(xiàn)代物流和生產(chǎn)系統(tǒng)中不可或缺的一部分。隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們可以預(yù)見AGV將繼續(xù)演進(jìn)，提供更高效、更智能的自動(dòng)化解決方案。

AGV應(yīng)用領(lǐng)域

自動(dòng)引導(dǎo)車輛（AGV）的技術(shù)自20世紀(jì)50年代問世以來(lái)，已經(jīng)從最初的制造業(yè)應(yīng)用擴(kuò)展到了多個(gè)領(lǐng)域，包括物流、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、零售、機(jī)場(chǎng)管理、農(nóng)業(yè)等。這種擴(kuò)展不僅展示了AGV技術(shù)的多功能性，也反映了各行各業(yè)對(duì)于提高效率和自動(dòng)化需求的增長(zhǎng)。

AGV在制造業(yè)的應(yīng)用

AGV最初被設(shè)計(jì)用于工業(yè)環(huán)境，特別是在汽車制造和重工業(yè)中。在這些應(yīng)用中，AGV主要用于搬運(yùn)重物、運(yùn)送原材料到生產(chǎn)線或?qū)⒊善窂纳a(chǎn)線運(yùn)送到倉(cāng)庫(kù)。這種應(yīng)用大大提高了物料搬運(yùn)的效率，減少了人工勞動(dòng)的需求，同時(shí)也降低了工作場(chǎng)所的事故風(fēng)險(xiǎn)。

AGV在物流領(lǐng)域的應(yīng)用

倉(cāng)庫(kù)管理：隨著電子商務(wù)的興起和倉(cāng)庫(kù)管理需求的增加，AGV在物流領(lǐng)域的應(yīng)用迅速增長(zhǎng)。在倉(cāng)庫(kù)中，AGV被用于自動(dòng)化地搬運(yùn)、排序和存儲(chǔ)貨物。這些AGV能夠提高倉(cāng)庫(kù)操作的效率和準(zhǔn)確性，同時(shí)減少對(duì)人工的依賴。

配送和運(yùn)輸：AGV還被用于更廣泛的物流鏈中，如在港口自動(dòng)搬運(yùn)集裝箱，或在配送中心協(xié)助貨物的裝卸和分揀工作。

AGV在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

醫(yī)院物流：在醫(yī)療領(lǐng)域，AGV用于運(yùn)送藥品、樣本、醫(yī)療器械甚至餐食。這些AGV可以減輕醫(yī)護(hù)人員的負(fù)擔(dān)，提高醫(yī)院內(nèi)部物流的效率和安全性。

智能護(hù)理：部分高科技醫(yī)院還開始探索使用AGV進(jìn)行智能護(hù)理，如自動(dòng)運(yùn)送藥物到病房，或協(xié)助進(jìn)行簡(jiǎn)單的護(hù)理任務(wù)。

AGV在服務(wù)業(yè)的應(yīng)用

酒店和零售：在服務(wù)行業(yè)，特別是在酒店和零售領(lǐng)域，AGV被用于提供客戶服務(wù)，如送餐、搬運(yùn)行李或協(xié)助庫(kù)存管理。

公共空間清潔和維護(hù)：AGV還被用于公共空間的清潔和維護(hù)工作，如在機(jī)場(chǎng)、火車站或購(gòu)物中心進(jìn)行地面清潔或垃圾收集。

AGV在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

機(jī)場(chǎng)管理：在機(jī)場(chǎng)，AGV用于行李處理和運(yùn)輸，提高了行李處理的效率和準(zhǔn)確性。

農(nóng)業(yè)：在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，AGV開始被用于作物的搬運(yùn)、播種、收割等工作，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。

軍事和防災(zāi)：在軍事領(lǐng)域，AGV用于物資的搬運(yùn)和分發(fā)。在防災(zāi)領(lǐng)域，AGV可以用于災(zāi)區(qū)的物資運(yùn)輸和救援工作。

AGV的應(yīng)用擴(kuò)展反映了這項(xiàng)技術(shù)的適應(yīng)性和多樣性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，AGV在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用將繼續(xù)增長(zhǎng)，不僅提高操作效率，還能改善工作環(huán)境和服務(wù)質(zhì)量。未來(lái)，隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們可以預(yù)期AGV將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，成為智能自動(dòng)化和智慧服務(wù)的關(guān)鍵組成部分。

1.3、AGV的工作原理

AGV、RGV、AMR、IGV的區(qū)別

智能機(jī)器人的存在無(wú)疑在創(chuàng)新我們的生活和工作方式，它們?cè)谖锪?，制造業(yè)，服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域起到了重要作用。從完成人類無(wú)法或不方便完成的高難度任務(wù)，到自主操作的生產(chǎn)流程，智能機(jī)器人都幫助企業(yè)解決了很多實(shí)際問題。

那么，智能機(jī)器人該如何分類呢？常見的主要有服務(wù)機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人兩種。服務(wù)機(jī)器人包括清潔機(jī)器人、家庭服務(wù)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、教育服務(wù)機(jī)器人、商業(yè)服務(wù)機(jī)器人、社交服務(wù)機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人則包括搬運(yùn)型機(jī)器人、牽引機(jī)器人，載重機(jī)器人等種類。

我們常聽到的AGV就是工業(yè)機(jī)器人中的一個(gè)細(xì)分類型。那么問題來(lái)了，我們有時(shí)會(huì)聽到AGV之外的RGV、AMR、IGV，這些又是什么呢？其實(shí)，它們都是不同類型的機(jī)器人，不過，由于當(dāng)前AGV使用和占有量最多，我們通常為了方便經(jīng)常會(huì)統(tǒng)一稱它們?yōu)锳GV。

• AGV：也就是“自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle）”，裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車。

• RGV：也就是“有軌制導(dǎo)車輛（Rail Guided Vehicle）”，可用于各類高密度儲(chǔ)存方式的倉(cāng)庫(kù)，小車通道可設(shè)計(jì)任意長(zhǎng)，以提高整個(gè)倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存量，并且在操作時(shí)無(wú)需叉車駛?cè)胂锏溃踩愿摺?/li>

• AMR：也就是“自主移動(dòng)機(jī)器人（Automated Mobile Robot）”，可利用軟件對(duì)工廠內(nèi)部繪制地圖或提前導(dǎo)入工廠建筑物圖紙實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。該項(xiàng)功能相當(dāng)于一輛裝載有 GPS 以及一套預(yù)裝地圖的汽車。

• IGV：即“智慧型引導(dǎo)運(yùn)輸車（Intelligent Guided Vehicle）”，和AGV相比較，IGV柔性化程度更高，無(wú)需借助任何標(biāo)記物行駛，且路徑靈活多變，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求靈活調(diào)度，規(guī)劃簡(jiǎn)單，滿足多數(shù)工廠的使用需求。

簡(jiǎn)而言之，AGV需要借助光磁標(biāo)識(shí)來(lái)導(dǎo)航路徑；RGV只能沿軌道穿梭；AMR擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力，無(wú)需規(guī)劃路線，除自主行駛外，還可感知外界環(huán)境以做出相應(yīng)判斷；IGV不需要借助任何標(biāo)識(shí)行駛，但需要提前規(guī)劃路線。

從RGV、AGV、AMR、IGV的發(fā)展路徑也在某種程度上表明了移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)，更加的智能化，需要借助的輔佐工具更少，柔性化程度也越高。但這也并不意味著未來(lái)IGV會(huì)取代其他設(shè)備，至少目前來(lái)說(shuō)，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，它們都有各自的優(yōu)勢(shì)，不存在高自動(dòng)化淘汰低自動(dòng)化、高智能淘汰低智能。我們可以通過它們的功能和應(yīng)用場(chǎng)景需求來(lái)選擇合適的設(shè)備。

• AGV的功能及應(yīng)用：AGV通過電磁感應(yīng)、激光引導(dǎo)、陀螺引導(dǎo)等多種導(dǎo)引方式運(yùn)行，并在工控機(jī)的指引下自動(dòng)完成任務(wù)。這種智能機(jī)器人在物流運(yùn)輸、挪動(dòng)裝配線、制成品的全自動(dòng)運(yùn)送、自動(dòng)化生產(chǎn)線連接等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。AGV可根據(jù)運(yùn)輸任務(wù)和工作環(huán)境的差異，進(jìn)一步細(xì)分為裝配型和運(yùn)輸型。這兩種類型又可以根據(jù)舉升機(jī)構(gòu)的不同分為單舉升AGV和雙舉升AGV。
• RGV的功能及應(yīng)用：RGV，即有軌制導(dǎo)車輛，是受軌道限制，只能固定線路行駛的一種機(jī)器人。受其特性的影響，RGV主要應(yīng)用于橫梁式貨架、駛?cè)胧截浖?、自?dòng)化立體庫(kù)等高密度儲(chǔ)存方式的倉(cāng)庫(kù)。它可以完成單個(gè)貨位存放、多個(gè)貨位連續(xù)存放、單個(gè)貨位提取、多個(gè)貨位連續(xù)提取、指定數(shù)量提取、AB面轉(zhuǎn)換、倒貨、電池警報(bào)等多種操作。
• AMR的功能及應(yīng)用：AMR即自主移動(dòng)機(jī)器人，可以通過軟件對(duì)工廠內(nèi)部繪制地圖或提前導(dǎo)入工廠建筑物圖紙實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。AMR有強(qiáng)大的計(jì)算能力，不僅可以自主行駛，還能感知外界環(huán)境以做出相應(yīng)的判斷和行動(dòng)。因其強(qiáng)大的適應(yīng)性和靈活性，AMR適用場(chǎng)景極其廣泛，特別是在需要大面積、點(diǎn)位多、業(yè)務(wù)多變、機(jī)器數(shù)量多、環(huán)境動(dòng)態(tài)復(fù)雜的生產(chǎn)場(chǎng)地中表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì)。
• IGV的功能及應(yīng)用：IGV，即智慧型引導(dǎo)運(yùn)輸車。對(duì)比AGV和RGV；IGV更加靈活，能夠自主行駛，無(wú)需借助任何標(biāo)記物，并能自由調(diào)整路徑。目前，IGV還處于概念階段，想要看到其技術(shù)真正落地還需要一段時(shí)間。然而，從理論上講，IGV最大的優(yōu)勢(shì)在于其高度的柔性化適應(yīng)能力，可以實(shí)現(xiàn)工廠整體物流的智能化和無(wú)人化。

AGV的工作原理

在AGV（Automated Guided Vehicle）系統(tǒng)中，技術(shù)層面的細(xì)節(jié)和工作流程至關(guān)重要。一個(gè)完善的AGV系統(tǒng)通常包括任務(wù)分配、路徑規(guī)劃、通信系統(tǒng)、定位控制、安全保護(hù)以及異常處理等幾大核心技術(shù)。

任務(wù)分配

任務(wù)分配是AGV系統(tǒng)的起點(diǎn)，通常涉及一個(gè)中央控制單元（如PLC），它負(fù)責(zé)將物料搬運(yùn)、產(chǎn)品組裝、貨物存儲(chǔ)等任務(wù)合理分配給各個(gè)AGV。這一過程需要結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存管理、訂單要求等諸多因素。在分配任務(wù)時(shí)，PLC評(píng)估各AGV的位置、狀態(tài)和電量，確定最合適的AGV執(zhí)行特定任務(wù)。

路徑規(guī)劃

AGV接到任務(wù)后需要確定一條從當(dāng)前位置到目的地的最佳路線。路徑規(guī)劃算法，如Dijkstra、A*或啟發(fā)式搜索方法，被用來(lái)計(jì)算最短、最快或最節(jié)能的路徑。這一階段也需要關(guān)注是否存在障礙及如何避免碰撞。高級(jí)的AGV系統(tǒng)甚至能在動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃和調(diào)整。

網(wǎng)絡(luò)通信

AGV依靠穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)與中央控制單元和其他AGV交換信息。這通常通過無(wú)線局域網(wǎng)（Wi-Fi）、藍(lán)牙或其他無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)通信保證了任務(wù)傳遞的實(shí)時(shí)性，同時(shí)也允許AGV報(bào)告其狀態(tài)并接收新的指令。一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，AGV必須能夠啟用備用通信方案，或至少進(jìn)入安全模式，避免作業(yè)中斷。

定位控制

AGV的定位通常依靠多種傳感器和算法綜合作出決策。例如，激光導(dǎo)航傳感器可以掃描周圍的特殊標(biāo)記來(lái)定位，而慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通過加速度和旋轉(zhuǎn)傳感器來(lái)追蹤AGV的運(yùn)動(dòng)。視覺系統(tǒng)會(huì)分析地面標(biāo)記或特定圖像來(lái)進(jìn)行輔助定位。高度精確的定位對(duì)于確保AGV準(zhǔn)確無(wú)誤地執(zhí)行任務(wù)是至關(guān)重要的。

安全保護(hù)

AGV的安全保護(hù)體系主要通過傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如紅外傳感器、超聲波傳感器或攝像頭等。這些傳感器可以在AGV運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前方是否有障礙物。一旦探測(cè)到潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，AGV會(huì)立刻減速或停車，防止事故發(fā)生。此外，AGV的安全系統(tǒng)還能在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常時(shí)發(fā)出警報(bào)，或者當(dāng)AGV脫離管控軌跡時(shí)進(jìn)入緊急停車狀態(tài)。

異常處理

在AGV系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過程中，無(wú)可避免會(huì)遇到意外情況或系統(tǒng)故障，這時(shí)候有效的異常處理機(jī)制是不可或缺的。AGV應(yīng)具備自我診斷功能，當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤或性能降低時(shí)，必須及時(shí)上報(bào)。此外，控制系統(tǒng)需具備故障檢測(cè)和自動(dòng)恢復(fù)的能力，以及在必要時(shí)將AGV重新定位或引導(dǎo)至安全區(qū)域。

一個(gè)高效率、高穩(wěn)定性的AGV系統(tǒng)需要集成先進(jìn)的傳感技術(shù)、計(jì)算算法、通信協(xié)議及安全措施。這些技術(shù)和流程的協(xié)同工作能夠確保AGV系統(tǒng)在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中順暢運(yùn)行，不僅提升了生產(chǎn)效率，還能有效降低人工作業(yè)的強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)。