AGV智能搬运机器人
一、简介：
AGV即：Automated Guided Vehicle简称AGV，当前最常见的应用如：AGV搬运机器人或AGV小车，主要功用集中在自动物流搬转运，AGV搬运机器人是通过特殊地标导航自动将物品运输至指定地点，最常见的引导方式为磁条引导，激光引导，RFID引导，二维码引导等。磁条引导的方式是常用也是成本最低的方式，但是站点设置有一定的局限性以及对场地装修风格有一定影响；激光引导成本最高对场地要求也比较高所以一般不采用；RFID引导成本适中，其优点是引导精度高，站点设置更方便可满足最复杂的站点布局，对场所整体装修环境无影响，其次RFID高安全性稳定性也是磁条导航和激光导航方式不具备的。
二、优点
随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术逐步发展、以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用，AGV作为联系和调节离散型物流管理系统使其作业连续化的必要自动化搬运装卸手段，其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。下面是AGV的优点介绍:
1、自动化程度高–由计算机，电控设备，磁气感应SENSOR,激光反射板等控制。当车间某一环节需要辅料时，由工作人员向计算机终端输入相关信息，计算机终端再将信息发送到中央控制室，由专业的技术人员向计算机发出指令，在电控设备的合作下，这一指令最终被AGV接受并执行–将辅料送至相应地点。
2、充电自动化–当AGV小车的电量即将耗尽时，它会向系统发出请求指令，请求充电(一般技术人员会事先设置好一个值)，在系统允许后自动到充电的地方“排队”充电。另外，AGV小车的电池寿命很长(2年以上)，并且每充电15分钟可工作4h左右。
3、美观–提高观赏度，从而提高企业的形象。
4、安全性–人为驾驶的车辆，其行驶路径无法确知。而AGV的导引路径却是非常明确的，因此大大提高了安全性;
5、成本控制–AGV系统的资金投入是短期的，而员工的工资是长期的，还会随着通货膨胀而不断增加;
6、易维护–红外传感器和机械防撞可确保AGV免遭碰撞，降低故障率;
7、可预测性–AGV在行驶路径上遇到障碍物会自动停车，而人为驾驶的车辆因人的思想因素可能会判断有偏差;
8、降低产品损伤–可减少由于人工的不规范操作而造成的货物损坏;
9、改善物流管理–由于AGV系统内在的智能控制，能够让货物摆放更加有序，车间更加整洁;
10、较小的场地要求–AGV比传统的叉车需要的巷道宽度窄得多。同时，对于自由行驶的AGV而言，还能够从传送带和其他移动设备上准确地装卸货物;
11、灵活性–AGV系统允许最大限度地更改路径规划;
12、调度能力–由于AGV系统的可靠性，使得AGV系统具有非常优化的调度能力;
13、工艺流程–AGV系统应该也必须是工艺流程中的一部分，它是把众多工艺连接在一起的纽带;
14、长距离运输–AGV系统能够有效地进行点对点运输，尤其适用于长距离运输(大于60米);
15、特殊工作环境–专用系统可在人员不便进入的环境下工作。
三、AGV的应用
制造业：市面上的AGV搬运机器人主要还集中应用在制造业物料搬运上，AGV在制造业应用中以其高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务。并且可多台AGV组成柔性的物流搬运系统，搬运路线可以随着生产工艺流程的调整而及时调整，使一条生产线上能够制造出十几种产品，大大提高了生产的柔性和企业的竞争力。AGV作为基础搬运工具，AGV的应用深入到机械加工、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业，生产加工领域成为AGV应用最广泛的领域。
特种行业：在军事上以AGV的自动驾驶为基础集成其他探测和拆卸设备，可用于战场排雷和阵地侦察，英国军方正在研制的MINDERRecce是一辆侦察车，具有地雷探测、销毁及航路验证能力的自动型侦察车。在钢铁厂，AGV用于炉料运送，减轻了工人的劳动强度。在核电站和利用核辐射进行保鲜储存的场所，AGV用于物品的运送，避免了危险的辐射。在胶卷和胶片仓库，AGV可以在黑暗的环境中，准确可靠的运送物料和半成品。米克力美开发的AGV搬运机器人已经投入兵器维护和矿山实际应用。
餐饮服务业:未来在服务业AGV小车也有望大展身手，如餐厅传菜上菜端茶递水等基础劳动都可以有由AGV搬运机器人来实现。
食品医药业：对于搬运作业有清洁、安全、无排放污染等特殊要求的医药、食品、化工等行业中，AGV的应用也受到重视。在国内的许多卷烟企业，如青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂，应用激光引导式AGV完成托盘货物的搬运工作。
四、引导方式
1.磁钉导航
该导航方式依然是通过磁导航传感器检测磁钉的磁信号来寻找行进路径，只是将原来采用磁条导航时对磁条进行连续感应变成间歇性感应，因此磁钉之间的距离不能够过大，且两磁钉间AGV处于一种距离计量的状态，在该状态下需要编码器计量所行走的距离。其次，磁钉导航所用控制模块与磁条导航控制模块相同。
磁钉导航的优点：成本低、技术成熟可靠。导航的隐秘性好、美观性强，也就是说磁钉预埋打孔填埋在地面下，整个工厂地面以上没有其他导航辅助设备。磁钉抗干扰强，抗磨损性强，抗酸碱、油污等影响。使用用户外、室内、下雨等等。
磁钉导航的缺点：AGV导航地面需满足技术要求，即AGV导航路线内不能有其他磁性物质存在；AGV导航线路不能有消磁、抗磁物质，影响AGV磁钉磁性。AGV磁钉导航线路一次铺设，后续修改线路必须执行二次作业，对比激光导航技术，磁钉导航对于后期修改线路增加成本和施工时间。AGV磁钉导航施工会对地面进行一定的破坏功能，即在地面开孔，然后回填，对施工技术要求严格，才能恢复原地面美观要求。
2.磁条导航
磁条导航被认为是一项非常成熟的技术，主要通过测量路径上的磁场信号来获取车辆自身相对于目标跟踪路径之间的位置偏差，从而实现车辆的控制及导航。磁条导航具有很高的测量精度及良好的重复性，磁导航不易受光线变化等的影响，在运行过程中，磁传感系统具有很高的可靠性和鲁棒性。磁条一旦铺设好后，维护费用非常低，使用寿命长，且增设、变更路径较容易。
磁条导航的优点：现场施工简单。成本低、技术成熟可靠。对于声光无干扰性。AGV运行线路明显性。线路二次变更容易、变更成本低、变更周期短。对施工人员技术要求低
磁条导航的缺点：磁条易破损；由于地面铺设磁条，整体美观性下降。磁条不能连贯性，由于AGV转弯会碾压磁条，部分磁条会截断不铺设。磁条会吸引金属物质，导致AGV设备故障等等。需要其他传感器实现定位站点功能。
3.激光导航
激光导航是在AGV行驶路径的周围安装激光反射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和方向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导航。
激光导航技术优点：AGV定位精确。地面无需其他定位设施行驶路径可灵活多变，能够适合多种现场环境，它是目前国内外许多AGV生产厂家优先采用的先进导航方式。
激光导航技术缺点：成本高，对环境要求较相对苛刻（外界光线，地面要求，能见度要求等）。激光导航设备价格高。激光导航设备适用于无遮挡环境。反光板成本高。
目前激光导航技术已经成为国内外AGV厂商的主流方案，由于其定位精度高、线路变更灵活、导航技术成熟等等因素导致激光导航已经普及。
4.电磁导航（估计已经淘汰）
电磁导航是较为传统的导航方式之一，目前仍被采用，它是在AGV的行驶 路径上埋设金属线，并在金属线加载导引频率，通过对导引频率的识别来实现AGV的导航功能。该导航技术类似于磁条导航，由于该导航技术美性不足、路径变更困难等缺点，该技术方案逐渐被AGV厂商放弃，但是特定地场合也比较适合该导航技术，具体根据AGV工作环境要求。比如高温环境下、线路平直性要求严格等要求。
电磁导航的优点：成本低、技术成熟可靠。导航的隐秘性好、美观性强，也就是说磁钉预埋打孔填埋在地面下，整个工厂地面以上没有其他导航辅助设备。磁钉抗干扰强，抗磨损性强，抗酸碱、油污等影响。使用用户外、室内等等
电磁导航的缺点：需要额外设备产生电磁信号。需要其他传感器实现站点定位功能。AGV电磁导航线路一次铺设，后续修改线路必须执行二次作业，对比激光导航技术，电磁导航对于后期修改线路增加成本和施工时间。AGV磁钉导航施工会对地面进行一定的破坏功能，即在地面开槽，然后回填，对施工技术要求严格，才能恢复原地面美观要求。
5.测距导航
该导航技术主要应用于激光二位扫描仪对其周围环境进行扫描测量，获取测量数据然后结合导航算法实现AGV导航。该导航传感器通常使用具有安全功能的安全激光扫描仪实现，由于采用安全激光扫描仪可以实现安全功能的同时也能够实现导航测量功能。采用测距导航技术的AGV可以实现进入集装箱内部进行自动取货送货功能。
6.轮廓导航
轮廓导航是目前AGV最为先进的导航技术，该技术利用二维激光扫描仪对现场环境进行测量、学习，并绘制导航环境，然后进行多少测量学习，修正地图进而实现轮廓导航功能。利用自然环境（墙壁、柱子以及其它固定物体）进行自由测距导航根据环境测量结果更新位置。轮廓导航优点：不需要反射器或其它人工地标；降低安装成本；减少维护工作；激光导航替代方案
7.混合导航
混合导航是多种导航的集合体，该导航方式是根据现场环境的变化应运而生的。由于现场环境的变化导致某种导航暂时无法满足要求，进而切换到另一种导航方式继续满足AGV连续运行。
8.光学导航
光学导航其实利用工业摄像机识别。该导航分为色带跟踪导航、二维码识别等等功能。
9.二维码导引
二维码导引方式是通过离散铺设QR二维码，通过AGV车载摄像头扫描解析二维码获取实时坐标。二维码导引方式也是目前市面上最常见的AGV导引方式，二维码导引+惯性导航的复合导航形式也被广泛应用，亚马逊的KIVA机器人就是通过这种导航方式实现自主移动的。这种方式相对灵活，铺设和改变路径也比较方便，缺点是二维码易磨损，需定期维护。
适用场景：环境较好的仓库
10.惯性导航
惯性导航是在AGV上安装陀螺仪，利用陀螺仪可以获取AGV的三轴角速度和加速度，通过积分运算对AGV进行导航定位，惯性导航优点是成本低，短时间内精度高，但这种导航方式缺点也特别明显，陀螺仪本身随着时间增长，误差会累积增大，直到丢失位置，堪称是“绝对硬伤”。使得惯性导航通常作为其他导航方式的辅助。如同上文所提到的二维码导引+惯性导航的方式，就是在两个二维码之间的盲区使用惯性导航，通过二维码时重新校正位置。
11.SLAM激光导航（自然导航）
SLAM激光导航则是一种无需使用反射板的自然导航方式，它不再需要通过辅助导航标志（二维码、反射板等），而是通过工作场景中的自然环境，如：仓库中的柱子、墙面等作为定位参照物以实现定位导航。相比于传统的激光导航，它的优势是制造成本较低。据小编了解，目前也有厂商（如：SICK）研发了适用于AGV室外作业的激光传感器。
12.视觉导航
视觉导航也是基于SLAM算法的一种导航方式，这种导航方式是通过车载视觉摄像头采集运行区域的图像信息，通过图像信息的处理来进行定位和导航。视觉导航具有高灵活性，适用范围广和成本低等优点，但是目前技术成熟度一般，利用车载视觉系统快速准确地实现路标识别这一技术仍处于瓶颈阶段。
五、AGV的核心技术
AGV导引及定位技术：
作为AGV技术研究的核心部分，导引及定位技术的优劣将直接关系着AGV的性能稳定性、自动化程度及应用实用性，表1为AGV的常见导引及定位技术。
AGV路径规划和任务调度技术：
1.行驶路径规划。行驶路径规划是指解决AGV从出发点到目标点的路径问题，即“如何去”的问题。现阶段国内外已经有大量的人工智能算法被应用于AGV行驶路径规划中，如蚁群算法、遗传算法、图论法、虚拟力法、神经网络和A*算法等。
2.作业任务调度。作业任务调度是指根据当前作业的请求对任务进行处理，包括对基于一定规则的任务进行排序并安排合适的AGV处理任务等。需要综合考虑各个AGV的任务执行次数、电能供应时间、工作与空闲时间等多个因素，以达到资源的合理应用和最优分配。
3.多机协调工作。多机协调工作是指如何有效利用多个AGV共同完成某一复杂任务，并解决过程中可能出现的系统冲突、资源竞争和死锁等一系列问题。现在常用的多机协调方法包括分布式协调控制法、道路交通规则控制法、基于多智能体理论控制法和基于Petri网理论的多机器人控制法。
AGV运动控制技术：
不同的车轮机构和布局有着不同的转向和控制方式，现阶段AGV的转向驱动方式包括如下两种：两轮差速驱动转向方式，即将两独立驱动轮同轴平行地固定于车体中部，其它的自由万向轮其支撑作用，控制器通过调节两驱动轮的转速和转向，可以实现任意转弯半径的转向；操舵轮控制转向方式，即通过控制操舵轮的偏航角实现转弯，其存在最小转弯半径的限制。
控制系统通过安装在驱动轴上的编码器反馈来组成一个闭环系统，目前基于两轮差速驱动的AGV路径跟踪方法主要有：PID控制法、最优预测控制法、专家系统控制法、神经网络控制法和模糊控制法。
AGV信息融合技术：
信息融合是指利用多源信息的关联组合，充分识别、分析、估计和调度数据，完成下达决策和精确处理信息的任务，并对周围环境、战况等进行适度的估计。目前，在导引领域研究和应用的信息融合技术主要有Kalman滤波、贝叶斯估计法与D-S证据推理等，其中以Kalman滤波最广。
Kalman滤波具有良好的实时性，但它是建立在严格的数学模型的基础上，当导引模型存在较大建模误差或者系统特性发生变化时往往会导致滤波发散。为提高滤波算法的鲁棒性和自适应能力，可针对AGV的导引要求与特点，研究适当的自适应Kalman滤波算法、鲁棒滤波算法或智能滤波（如模糊推理、神经网络、专家系统）方法等。
本文参考文章：
http://www.okagv.com/jishu_14433022.html
