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淺析智能包裝無(wú)人工廠中AGV導(dǎo)航的九種主流方式

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

1. 磁導(dǎo)引

磁導(dǎo)引又分為磁帶導(dǎo)引、磁點(diǎn)（磁釘）等導(dǎo)引方式，也即在AGV的行駛路徑上貼磁帶或打磁點(diǎn)（磁釘），通過(guò)磁感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引。目前，磁帶、磁點(diǎn)（磁釘）導(dǎo)引技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也較為廣泛。

2. 電磁導(dǎo)引

該導(dǎo)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(dǎo)線，并加載低頻、低壓電流，使導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，AGV上的感應(yīng)線圈通過(guò)對(duì)導(dǎo)航磁場(chǎng)強(qiáng)弱的識(shí)別和跟蹤，實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。

其優(yōu)點(diǎn)為引線隱蔽，不易被污染和破損，導(dǎo)引原理簡(jiǎn)單可靠，便于控制和通訊，無(wú)聲光干擾，制造成本較低；缺點(diǎn)則為路徑更改的靈活性差，調(diào)整變動(dòng)麻煩，感應(yīng)線圈對(duì)周?chē)蔫F磁物質(zhì)較敏感。在國(guó)外，對(duì)于一些路線比較簡(jiǎn)單、需要24小時(shí)連續(xù)作業(yè)的工況（比如發(fā)動(dòng)機(jī)等裝配生產(chǎn)線），基于非接觸供電技術(shù)的電磁導(dǎo)引AGV應(yīng)用是比較多見(jiàn)的。

3. 光學(xué)導(dǎo)引

該導(dǎo)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(guò)對(duì)光學(xué)傳感器采入的色帶圖像信號(hào)進(jìn)行識(shí)別實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引。此外，用CCD攝像機(jī)和圖像處理系統(tǒng)替代普通的光學(xué)傳感器可以有效提高導(dǎo)引系統(tǒng)的可靠性。目前，光學(xué)導(dǎo)引技術(shù)成熟，應(yīng)用也較為廣泛。

光學(xué)導(dǎo)引與磁帶導(dǎo)引比較類(lèi)似，主要優(yōu)點(diǎn)為靈活性較好，地面路線設(shè)置十分簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)則是易受色帶污染和磨損的影響，對(duì)環(huán)境要求較高，導(dǎo)引可靠性受制于地面條件，停位精度比較低。

4. 激光導(dǎo)航

最初的激光導(dǎo)航需要反射板來(lái)做輔助，稱(chēng)為反射板激光導(dǎo)航模式，即在AGV行駛路徑的周?chē)惭b位置精確的激光反射板，AGV通過(guò)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(dāng)前的位置和方向，并通過(guò)連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)航。依據(jù)同樣的導(dǎo)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(dǎo)航可以變?yōu)榧t外導(dǎo)航或超聲波導(dǎo)航。

激光導(dǎo)航的主要優(yōu)點(diǎn)為定位精確，能適應(yīng)復(fù)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(yùn)行參數(shù)；主要缺點(diǎn)則為激光定位裝置成本較高。對(duì)環(huán)境要求（如外界光線、地面要求、能見(jiàn)度要求等）相對(duì)較高，不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）應(yīng)用。

5. 慣性導(dǎo)航

慣性導(dǎo)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(guò)對(duì)陀螺儀偏差信號(hào)（角速率）的計(jì)算及地面定位塊信號(hào)的采集來(lái)確定自身的位置和方向，從而實(shí)現(xiàn)AGV的自動(dòng)導(dǎo)引。慣性導(dǎo)航作為AGV領(lǐng)域新興的導(dǎo)航方式，在軍方較早運(yùn)用。其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)，定位精準(zhǔn)，地面處理工作量小，路徑靈活性強(qiáng)。缺點(diǎn)則是制造成本較高，導(dǎo)航的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續(xù)信號(hào)處理密切相關(guān)。

6. 視覺(jué)導(dǎo)航

AGV領(lǐng)域的視覺(jué)導(dǎo)航，是指通過(guò)攝像頭來(lái)獲取可見(jiàn)的光信號(hào)，基于模擬視覺(jué)的導(dǎo)航系統(tǒng)，也即在AGV上安裝了CCD的攝像機(jī)和傳感器，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(duì)圖像信息的處理確定AGV的當(dāng)前位置。

視覺(jué)導(dǎo)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(wú)固定參照物等優(yōu)點(diǎn)，理論上具有最佳導(dǎo)航柔性，也是未來(lái)的發(fā)展方向。但是，由于基于無(wú)固定參照的視覺(jué)導(dǎo)航AGV其定位精度往往不高，利用車(chē)載視覺(jué)系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)路標(biāo)識(shí)別這一技術(shù)瓶頸尚未得到突破。

7. 二維碼導(dǎo)航

二維碼導(dǎo)航比磁導(dǎo)航定位精確，在鋪設(shè)、改變路徑上也較容易，便于控制，對(duì)聲光無(wú)干擾。缺點(diǎn)則是路徑需要定期維護(hù)，在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)需要鋪設(shè)大量二維碼，且二維碼易磨損，比較適合全自動(dòng)無(wú)人化環(huán)境。

8. 直接坐標(biāo)導(dǎo)航

直接坐標(biāo)導(dǎo)航，即用定位塊將AGV的行駛區(qū)域分成若干坐標(biāo)小區(qū)域，通過(guò)對(duì)小區(qū)域的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，一般有光電式（將坐標(biāo)小區(qū)域以?xún)煞N顏色劃分，通過(guò)光電器件計(jì)數(shù)）和電磁式（將坐標(biāo)小區(qū)域以金屬塊或磁塊劃分，通過(guò)電磁感應(yīng)器件計(jì)數(shù)）兩種形式。

9. GPS導(dǎo)航

GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航，即通過(guò)衛(wèi)星對(duì)非固定路面系統(tǒng)中的控制對(duì)象進(jìn)行跟蹤和制導(dǎo)，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(duì)象周?chē)h(huán)境等因素。因GPS定位系統(tǒng)用于AGV定位時(shí)存在近距離定位精度低等問(wèn)題，由此也衍生出iGPS（室內(nèi)GPS）和dGPS（用于室外的差分GPS）導(dǎo)航系統(tǒng)，其精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于民用GPS。目前應(yīng)用于AGV上的GPS導(dǎo)航技術(shù)還在發(fā)展和完善之中。

可以說(shuō)AGV的技術(shù)發(fā)展史，也就是AGV導(dǎo)航導(dǎo)引方式的演進(jìn)史。隨著技術(shù)的變革與應(yīng)用，AGV導(dǎo)航方式也從最初的固定路徑導(dǎo)引（電磁導(dǎo)引），發(fā)展到半固定路徑導(dǎo)引（磁導(dǎo)引和光帶導(dǎo)引），再發(fā)展到自由路徑導(dǎo)引（如基于“燈塔”信息的激光導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航，基于地標(biāo)信息的慣性導(dǎo)航、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)志物的依賴(lài)逐漸較少，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性則逐漸增強(qiáng)。

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