淺析智能包裝無人工廠中AGV導航的九種主流方式

在智能包裝無人工廠中AGV發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而AGV的導航也是直接決定AGV的運行方向以及路徑的。目前常用的AGV導航導引方式主要有磁導引、電磁導引、光帶導引、慣性導航、激光導航、視覺導航、二維碼導航、直接坐標導航、GPS導航等9種導航方式具體如下：

1. 磁導引

磁導引又分為磁帶導引、磁點（磁釘）等導引方式，也即在AGV的行駛路徑上貼磁帶或打磁點（磁釘），通過磁感應信號實現(xiàn)導引。目前，磁帶、磁點（磁釘）導引技術(shù)比較成熟，應用也較為廣泛。

2. 電磁導引

該導引方式的基本工作原理為：在AGV的行駛路徑上埋設(shè)金屬導線，并加載低頻、低壓電流，使導線周圍產(chǎn)生磁場，AGV上的感應線圈通過對導航磁場強弱的識別和跟蹤，實現(xiàn)AGV的導引。

其優(yōu)點為引線隱蔽，不易被污染和破損，導引原理簡單可靠，便于控制和通訊，無聲光干擾，制造成本較低；缺點則為路徑更改的靈活性差，調(diào)整變動麻煩，感應線圈對周圍的鐵磁物質(zhì)較敏感。在國外，對于一些路線比較簡單、需要24小時連續(xù)作業(yè)的工況（比如發(fā)動機等裝配生產(chǎn)線），基于非接觸供電技術(shù)的電磁導引AGV應用是比較多見的。

3. 光學導引

該導引方式的主要基本工作原理為：在AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對光學傳感器采入的色帶圖像信號進行識別實現(xiàn)導引。此外，用CCD攝像機和圖像處理系統(tǒng)替代普通的光學傳感器可以有效提高導引系統(tǒng)的可靠性。目前，光學導引技術(shù)成熟，應用也較為廣泛。

光學導引與磁帶導引比較類似，主要優(yōu)點為靈活性較好，地面路線設(shè)置十分簡單；缺點則是易受色帶污染和磨損的影響，對環(huán)境要求較高，導引可靠性受制于地面條件，停位精度比較低。

4. 激光導航

最初的激光導航需要反射板來做輔助，稱為反射板激光導航模式，即在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過發(fā)射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當前的位置和方向，并通過連續(xù)的三角幾何運算來實現(xiàn)AGV的導航。依據(jù)同樣的導航原理，若將激光掃描器更換為紅外發(fā)射器或超聲波發(fā)射器，則反光板激光導航可以變?yōu)榧t外導航或超聲波導航。

激光導航的主要優(yōu)點為定位精確，能適應復雜的路徑條件及工作環(huán)境，能快速變更行駛路徑和修改運行參數(shù)；主要缺點則為激光定位裝置成本較高。對環(huán)境要求（如外界光線、地面要求、能見度要求等）相對較高，不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）應用。

5. 慣性導航

慣性導航，即在AGV上安裝陀螺儀，在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊，AGV通過對陀螺儀偏差信號（角速率）的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置和方向，從而實現(xiàn)AGV的自動導引。慣性導航作為AGV領(lǐng)域新興的導航方式，在軍方較早運用。其優(yōu)點是技術(shù)先進，定位精準，地面處理工作量小，路徑靈活性強。缺點則是制造成本較高，導航的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續(xù)信號處理密切相關(guān)。

6. 視覺導航

AGV領(lǐng)域的視覺導航，是指通過攝像頭來獲取可見的光信號，基于模擬視覺的導航系統(tǒng)，也即在AGV上安裝了CCD的攝像機和傳感器，AGV在行駛過程中通過視覺傳感器采集圖像信息，并通過對圖像信息的處理確定AGV的當前位置。

視覺導航方式不需要人為設(shè)置任何物理路徑，具有路線設(shè)置靈活，適用范圍廣，成本低，允許無固定參照物等優(yōu)點，理論上具有最佳導航柔性，也是未來的發(fā)展方向。但是，由于基于無固定參照的視覺導航AGV其定位精度往往不高，利用車載視覺系統(tǒng)快速、準確地實現(xiàn)路標識別這一技術(shù)瓶頸尚未得到突破。

7. 二維碼導航

二維碼導航比磁導航定位精確，在鋪設(shè)、改變路徑上也較容易，便于控制，對聲光無干擾。缺點則是路徑需要定期維護，在項目現(xiàn)場需要鋪設(shè)大量二維碼，且二維碼易磨損，比較適合全自動無人化環(huán)境。

8. 直接坐標導航

直接坐標導航，即用定位塊將AGV的行駛區(qū)域分成若干坐標小區(qū)域，通過對小區(qū)域的計數(shù)實現(xiàn)導引，一般有光電式（將坐標小區(qū)域以兩種顏色劃分，通過光電器件計數(shù)）和電磁式（將坐標小區(qū)域以金屬塊或磁塊劃分，通過電磁感應器件計數(shù)）兩種形式。

9. GPS導航

GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）導航，即通過衛(wèi)星對非固定路面系統(tǒng)中的控制對象進行跟蹤和制導，其精度取決于衛(wèi)星在空中的固定精度和數(shù)量，以及控制對象周圍環(huán)境等因素。因GPS定位系統(tǒng)用于AGV定位時存在近距離定位精度低等問題，由此也衍生出iGPS（室內(nèi)GPS）和dGPS（用于室外的差分GPS）導航系統(tǒng)，其精度要遠遠高于民用GPS。目前應用于AGV上的GPS導航技術(shù)還在發(fā)展和完善之中。

可以說AGV的技術(shù)發(fā)展史，也就是AGV導航導引方式的演進史。隨著技術(shù)的變革與應用，AGV導航方式也從最初的固定路徑導引（電磁導引），發(fā)展到半固定路徑導引（磁導引和光帶導引），再發(fā)展到自由路徑導引（如基于“燈塔”信息的激光導航、GPS導航，基于地標信息的慣性導航、標簽導航，基于環(huán)境信息的環(huán)境導航或自然導航等）。隨著導航技術(shù)的發(fā)展，AGV對特定標志物的依賴逐漸較少，對環(huán)境的適應性則逐漸增強。

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