????? 引言?
????? 自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)(automated?guided?vehicle，AGV)在柔性制造業(yè)、物流業(yè)以及自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)中具有廣泛的應(yīng)用前景，通常以蓄電池為動(dòng)力，并裝有非接觸導(dǎo)引裝置，在計(jì)算機(jī)控制和導(dǎo)引裝置輔助下，能準(zhǔn)確到達(dá)目的地。導(dǎo)引技術(shù)是AGV的核心技術(shù)之一，AGV的導(dǎo)引技術(shù)如激光導(dǎo)引，慣性導(dǎo)引，圖像識(shí)別導(dǎo)引，GPS/GIS導(dǎo)引與航空、航天、航海、導(dǎo)彈等軍工技術(shù)相關(guān)或相近，有一定的技術(shù)高度。AGV導(dǎo)引技術(shù)研究必須把握正確的技術(shù)路線和主流技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，本文對(duì)現(xiàn)有的AGV導(dǎo)引技術(shù)做較詳盡的說(shuō)明和分析，介紹了目前國(guó)內(nèi)外AGV導(dǎo)引技術(shù)的開(kāi)發(fā)、研究和使用情況，并從工程實(shí)踐的角度出發(fā)，分析了各種導(dǎo)引技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了AGV導(dǎo)引技術(shù)的研究方向。?
????? 1?研究現(xiàn)狀?
????? AGV導(dǎo)引技術(shù)主要有電磁感應(yīng)導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、視覺(jué)導(dǎo)引、慣性導(dǎo)引、超聲波導(dǎo)引和磁釘?shù)龋@些導(dǎo)引方式按有無(wú)導(dǎo)引路線分為3種：固定路一陀螺導(dǎo)引線方式、半固定路線方式和自由路線方式。?
????? 1.1?電磁感應(yīng)導(dǎo)引?
????? 電磁感應(yīng)導(dǎo)引是應(yīng)用最多最成熟的一種方式，屬于固定路線方式。它是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)專門(mén)的電纜線，并加載低頻、低壓導(dǎo)引電流，從而在電纜周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，AGV上的電磁感應(yīng)傳感器檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度，并送出AGV沿線路行走時(shí)感應(yīng)出來(lái)的磁場(chǎng)強(qiáng)度差動(dòng)信號(hào)，車(chē)載控制系統(tǒng)根據(jù)該信號(hào)進(jìn)行糾偏控制，實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。?
????? 路徑的分支與匯合的識(shí)別一般有如下幾種方法：通過(guò)切換電磁感應(yīng)傳感器的工作頻率以獲取表征分支與匯合的信息(一般并行埋設(shè)多條通有不同頻率電流的電纜)；由控制臺(tái)將信號(hào)源切換到不同的電纜線上以導(dǎo)引行車(chē)路線；電磁鎖相導(dǎo)引方法和編碼脈沖法。前兩種方法由于需要切換傳感器組或電纜中的電流頻率，以便對(duì)應(yīng)不同的頻率，需要相應(yīng)的機(jī)構(gòu)和電氣方面的附屬裝置，將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和故障率，同時(shí)也加大了系統(tǒng)的成本。電磁鎖相導(dǎo)引方法，又稱分時(shí)復(fù)頻選擇法，即在一條路徑上埋設(shè)多根電纜，導(dǎo)引裝置某一時(shí)刻只能接收到某一頻率的信號(hào)，如果是所要接收的頻率信號(hào)，則進(jìn)行采樣，否則，繼續(xù)檢測(cè)，但頻率的數(shù)目有限制，因?yàn)轭l率數(shù)越多，巡回檢測(cè)周期就越長(zhǎng)，容易導(dǎo)致AGV失控。分時(shí)復(fù)頻選擇法使導(dǎo)引系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，提高了系統(tǒng)的易實(shí)現(xiàn)性及其可靠性。編碼脈沖法只用單一頻率的信號(hào)源，只用一條導(dǎo)引電纜來(lái)指示運(yùn)行路徑，道路交叉點(diǎn)信息由編碼脈沖裝置產(chǎn)生，當(dāng)小車(chē)沿通電導(dǎo)線行走時(shí)，差動(dòng)式電磁感應(yīng)傳感器系統(tǒng)僅用于檢測(cè)小車(chē)是否偏離了導(dǎo)線路徑，在適路交叉點(diǎn)附近設(shè)置一個(gè)編碼脈沖發(fā)生裝置，當(dāng)小車(chē)進(jìn)入信號(hào)有效區(qū)域后，接收裝置就可以收到該編碼信息，該方法簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高了可靠性，降低了系統(tǒng)成本。?
????? 除變頻電磁感應(yīng)埋線導(dǎo)引外，還有磁場(chǎng)強(qiáng)度固定的磁帶和磁釘導(dǎo)引方式，其導(dǎo)引原理也是通過(guò)AGV上對(duì)稱設(shè)置的2只電磁感應(yīng)傳感器檢測(cè)車(chē)輛相對(duì)運(yùn)行路徑的偏離程度來(lái)引導(dǎo)車(chē)輛。電磁感應(yīng)導(dǎo)引主要優(yōu)點(diǎn)是引線隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)引原理簡(jiǎn)單可靠，便于控制和通信，無(wú)聲光干擾，制造成本較低；其主要缺點(diǎn)是路徑的復(fù)雜性有限，且擴(kuò)充或更改路徑很麻煩，感應(yīng)線圈對(duì)周?chē)蔫F磁物質(zhì)較敏感，易受干擾。?
????? 1.2?激光導(dǎo)引?
????? 激光導(dǎo)引是在AGV行駛路徑的周?chē)贾冒惭b位置精確的反射板，通過(guò)AGV上的激光掃描器發(fā)射激光束，并同時(shí)采集從不同角度的反射板反射回來(lái)的信號(hào)，來(lái)確定當(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)引，屬于半固定路線方式。?
????? 激光掃描器一般安裝在AGV的較高位置，且高度與反射板相匹配，它利用脈沖激光器發(fā)出激光并通過(guò)一個(gè)內(nèi)部反射鏡以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，不斷地掃描周?chē)h(huán)境，當(dāng)掃描到行駛路徑周?chē)A(yù)先設(shè)定好的反射板時(shí)，其反射光線就會(huì)被AGV自身的激光傳感器“看到”。AGV行駛過(guò)程中，只要掃描到3個(gè)或3個(gè)以上的反射板，即可根據(jù)它們的坐標(biāo)值和每個(gè)反射板相對(duì)于車(chē)體的距離與角度。由定位計(jì)算機(jī)算出AGV當(dāng)前在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X，Y)和當(dāng)前行駛方向與該坐標(biāo)系X軸的夾角，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和定向，從而引導(dǎo)AGV按照預(yù)先設(shè)定的路線運(yùn)行。?
????? 近年來(lái)，激光導(dǎo)引傳感器已產(chǎn)業(yè)化，瑞典N(xiāo)DC電子有限公司的激光導(dǎo)引裝置采用了GaAs脈沖激光器，旋轉(zhuǎn)掃描速率為10r/s，定位標(biāo)志的可見(jiàn)距離通常是大于30m。美國(guó)丹納赫傳動(dòng)公司的LS5導(dǎo)航器的旋轉(zhuǎn)速率為20r/s即每隔50ms測(cè)量和計(jì)算一次AGV的絕對(duì)位置坐標(biāo)，定位精度在2cm以內(nèi)。德國(guó)SICK公司也推出了激光導(dǎo)航定位系統(tǒng)NAV200。?
????? 激光導(dǎo)引最大的優(yōu)點(diǎn)是AGV定位精確、地面無(wú)需其他定位設(shè)施、能夠適應(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)，是目前國(guó)內(nèi)外許多AGV生產(chǎn)廠家關(guān)注采用的導(dǎo)引方式；缺點(diǎn)是價(jià)格較貴，我國(guó)還沒(méi)有此項(xiàng)完整的民用技術(shù)。?
????? 1.3?視覺(jué)導(dǎo)引?
????? 視覺(jué)導(dǎo)引主要是利用CCD/CMOS圖像傳感器獲取AGV周?chē)膱D像，通過(guò)實(shí)時(shí)的機(jī)器視覺(jué)處理來(lái)確定AGV的運(yùn)動(dòng)方式，這種導(dǎo)引方式有固定路線和自由路線2種。固定路線方式一般情況下都將圖像傳感器安裝到AGV的頂部，視野為AGV前方的地面，并在行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，AGV實(shí)時(shí)地根據(jù)圖像識(shí)別出導(dǎo)引線，并沿著它的路線前進(jìn)。這種方式精度很高，而且，圖像傳感器價(jià)格低廉，對(duì)場(chǎng)地的要求不高，非常適合一些特殊的場(chǎng)合。但固定路線方式在地面上畫(huà)的引導(dǎo)線必須是標(biāo)準(zhǔn)的形式，否則，視覺(jué)導(dǎo)引系統(tǒng)可能不能識(shí)別。如果AGV想改變路徑，必須在地面上重新畫(huà)導(dǎo)引線，靈活性較差。?
????? 自由路徑方式對(duì)AGV行駛區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行圖像識(shí)別，實(shí)現(xiàn)無(wú)固定路線的智能化行駛。目前，世界各國(guó)都在研究利用多圖像傳感器，從不同的角度獲取圖像，利用機(jī)器視覺(jué)整合出立體的影像，通過(guò)圖像識(shí)別引導(dǎo)，不僅可以識(shí)別周?chē)h(huán)境，還可以測(cè)出物體的距離。這是一種具有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，目前，只有極少數(shù)國(guó)家的軍方試用，將其應(yīng)用到普通AGV上還有較長(zhǎng)的距離。?
????? 視覺(jué)導(dǎo)引具有檢測(cè)范圍寬、信息容量大(結(jié)構(gòu)化或者非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境均能提供豐富的信息)、類(lèi)似于人工駕駛決策等諸多優(yōu)勢(shì)，隨著圖像傳感器和微處理器的飛速發(fā)展，視覺(jué)導(dǎo)引以低廉的價(jià)格、較高的精度和靈活性，受到了高度的重視，成為當(dāng)前研究較多的導(dǎo)引技術(shù)。視覺(jué)導(dǎo)引的不足之處在于光線的變化對(duì)機(jī)器視覺(jué)影響很大，在光照條件不好或無(wú)光照的情況下單純依靠視覺(jué)無(wú)法保證能夠進(jìn)行可靠的檢測(cè)與導(dǎo)引。?
????? 1.4?慣性導(dǎo)引?
????? 慣性導(dǎo)引與航天、航海中使用的慣性導(dǎo)引系統(tǒng)的工作原理一樣，是一種自由路線的導(dǎo)引方式。AGV慣性導(dǎo)引系統(tǒng)通過(guò)慣性測(cè)量單元(IMU)和全球定位系統(tǒng)(GPS)配合，從而達(dá)到導(dǎo)引目的。理論上，利用GPS可以得到AGV的絕對(duì)精確位置，完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)戶外AGV的導(dǎo)引。但是，在倉(cāng)庫(kù)、車(chē)間內(nèi)，由于建筑物的遮擋，GPS經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信號(hào)不好，甚至丟失的現(xiàn)象，這時(shí)就需要IMU繼續(xù)為AGV導(dǎo)引；另一方面，IMU由多組陀螺和加速度計(jì)構(gòu)成，分別可以測(cè)量車(chē)體的轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度和平移加速度，據(jù)此，就可計(jì)算出小車(chē)距參考點(diǎn)的距離和姿態(tài)。這種方法需對(duì)各加速度進(jìn)行雙積分，而由于成本的關(guān)系在AGV上不可能采用高精度的加速度計(jì)和陀螺儀，所以，這種方法的定位誤差亦將隨小車(chē)運(yùn)行距離的增加而變得很大，必須隔一定距離，就用絕對(duì)定位的方法(如GPS)更新其位姿信息。?
????? 慣性導(dǎo)引方式靈活性很強(qiáng)，便于組合和兼容，不需要事先固定路線，與射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽相結(jié)合的技術(shù)有較大應(yīng)用前景；其缺點(diǎn)是制造成本較高，導(dǎo)引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及使用壽命密切相關(guān)。?
????? 1.5?超聲波導(dǎo)引?
????? 超聲波導(dǎo)引類(lèi)似于激光導(dǎo)引，不同之處在于不需要設(shè)置專門(mén)的反射板，而是利用一般的墻面或類(lèi)似物體就能進(jìn)行導(dǎo)引，因而，在特定環(huán)境下提供了更大的柔性和低成本的方案，屬于自由路線方式，但由于反射面大，在制造車(chē)間環(huán)境下應(yīng)用常常有困難。超聲波導(dǎo)引較多用于集裝箱碼頭，利用規(guī)則擺放的集裝箱反射超聲波，可以很好地達(dá)到自動(dòng)導(dǎo)引的目的，而且，價(jià)格十分低廉，定位精度為±100mm。?
????? 1.6?磁釘一陀螺導(dǎo)引?
????? 磁釘一陀螺導(dǎo)引方式利用磁傳感器檢測(cè)安裝在地面上的磁釘，再利用陀螺儀技術(shù)連續(xù)控制AGV的運(yùn)行方向，該引導(dǎo)方式需要在沿引導(dǎo)路徑的地面上每隔5—10m安裝一對(duì)磁釘。磁傳感器是基于微處理器、利用霍爾元件檢測(cè)磁場(chǎng)的傳感器，當(dāng)AGV通過(guò)路面上的磁釘時(shí)，傳感器給出AGV的坐標(biāo)(X，Y)；陀螺儀是一種固態(tài)六軸角速率傳感器，其輸出電壓與其敏感軸上的轉(zhuǎn)速成正比，由此確定AGV的運(yùn)行方向。如果采用高質(zhì)量元件，磁釘一陀螺引導(dǎo)系統(tǒng)具有很高的精度。采用標(biāo)準(zhǔn)元件可大幅度降低成本，其成本比電磁感應(yīng)引導(dǎo)式低很多，這種引導(dǎo)方式適用于不能埋設(shè)引導(dǎo)電纜的場(chǎng)合。?
????? 2?發(fā)展趨勢(shì)?
????? 2.1?低成本、小型化和高可靠性的導(dǎo)引技術(shù)?
????? 開(kāi)發(fā)高性價(jià)比的導(dǎo)引傳感器將是一個(gè)重要的研究方向，以期從元器件級(jí)別來(lái)提高導(dǎo)引可靠性。如對(duì)于視覺(jué)導(dǎo)引，應(yīng)開(kāi)發(fā)能夠適應(yīng)大動(dòng)態(tài)光線范圍的CCD，以滿足戶外道路環(huán)境的要求，為保證視覺(jué)導(dǎo)引的實(shí)時(shí)性和魯棒性，可以采用高性能的硬件設(shè)備，但研究高效的識(shí)別算法也是至關(guān)重要的。對(duì)于慣性導(dǎo)引，近年來(lái)隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的快速發(fā)展，深入研究低成本的硅微陀螺、硅微加速度計(jì)和微型慣性測(cè)量組合等，使其性能和可靠性不斷的提高，以滿足車(chē)載慣性導(dǎo)引領(lǐng)域的巨大需求。?
????? 2.2?組合導(dǎo)引?
????? 不同的導(dǎo)引方式所提供的信息在表現(xiàn)形式、采樣頻率以及時(shí)空特性上都有所不同，從不同方面反映AGV的導(dǎo)引狀態(tài)，例如：GPS能夠提供AGV的二維空間位置和速度等信息，視覺(jué)導(dǎo)引能夠測(cè)量車(chē)輛相對(duì)道路中心的位置，為使這些具有互補(bǔ)性或冗余性的導(dǎo)引方式得以最大限度地綜合利用，避免單一導(dǎo)引方式的工作盲區(qū)，需要深入研究各種導(dǎo)引技術(shù)的工作機(jī)理，進(jìn)而建立適當(dāng)?shù)亩鄠鞲衅鹘M合導(dǎo)引模型，使導(dǎo)引系統(tǒng)具有系統(tǒng)級(jí)的故障自診斷、隔離和容錯(cuò)能力，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的可靠性導(dǎo)引要求。?
????? 2.3?信息融合方法研究?
????? 目前，在導(dǎo)引領(lǐng)域研究和應(yīng)用的信息融合方法主要有Kalman濾波、貝葉斯估計(jì)法與D-S證據(jù)推理等，其中以Kalman濾波最廣。Kalman濾波具有良好的實(shí)時(shí)性，但它是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，當(dāng)導(dǎo)引模型存在較大建模誤差或者系統(tǒng)特性發(fā)生變化時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致濾波發(fā)散。為提高濾波算法的魯棒性和自適應(yīng)能力，可針對(duì)AGV的導(dǎo)引要求與特點(diǎn)，研究適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)Kalman濾波算法、魯棒濾波算法(如，H∞濾波)或智能濾波(如模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng))方法等。?
????? 3?結(jié)束語(yǔ)?
????? 低成本、高可靠性的導(dǎo)引技術(shù)是實(shí)現(xiàn)AGV的前提和基礎(chǔ)，一直是AGV廠家和研究人員的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)，導(dǎo)引技術(shù)研究必須把握世界主流技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。本文歸納了現(xiàn)有的各種導(dǎo)引技術(shù)的特點(diǎn)與不足，探討了AGV導(dǎo)引技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向和主要研究?jī)?nèi)容。
????? 自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)(automated?guided?vehicle，AGV)在柔性制造業(yè)、物流業(yè)以及自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)中具有廣泛的應(yīng)用前景，通常以蓄電池為動(dòng)力，并裝有非接觸導(dǎo)引裝置，在計(jì)算機(jī)控制和導(dǎo)引裝置輔助下，能準(zhǔn)確到達(dá)目的地。導(dǎo)引技術(shù)是AGV的核心技術(shù)之一，AGV的導(dǎo)引技術(shù)如激光導(dǎo)引，慣性導(dǎo)引，圖像識(shí)別導(dǎo)引，GPS/GIS導(dǎo)引與航空、航天、航海、導(dǎo)彈等軍工技術(shù)相關(guān)或相近，有一定的技術(shù)高度。AGV導(dǎo)引技術(shù)研究必須把握正確的技術(shù)路線和主流技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，本文對(duì)現(xiàn)有的AGV導(dǎo)引技術(shù)做較詳盡的說(shuō)明和分析，介紹了目前國(guó)內(nèi)外AGV導(dǎo)引技術(shù)的開(kāi)發(fā)、研究和使用情況，并從工程實(shí)踐的角度出發(fā)，分析了各種導(dǎo)引技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了AGV導(dǎo)引技術(shù)的研究方向。?
????? 1?研究現(xiàn)狀?
????? AGV導(dǎo)引技術(shù)主要有電磁感應(yīng)導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、視覺(jué)導(dǎo)引、慣性導(dǎo)引、超聲波導(dǎo)引和磁釘?shù)龋@些導(dǎo)引方式按有無(wú)導(dǎo)引路線分為3種：固定路一陀螺導(dǎo)引線方式、半固定路線方式和自由路線方式。?
????? 1.1?電磁感應(yīng)導(dǎo)引?
????? 電磁感應(yīng)導(dǎo)引是應(yīng)用最多最成熟的一種方式，屬于固定路線方式。它是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)專門(mén)的電纜線，并加載低頻、低壓導(dǎo)引電流，從而在電纜周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，AGV上的電磁感應(yīng)傳感器檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度，并送出AGV沿線路行走時(shí)感應(yīng)出來(lái)的磁場(chǎng)強(qiáng)度差動(dòng)信號(hào)，車(chē)載控制系統(tǒng)根據(jù)該信號(hào)進(jìn)行糾偏控制，實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。?
????? 路徑的分支與匯合的識(shí)別一般有如下幾種方法：通過(guò)切換電磁感應(yīng)傳感器的工作頻率以獲取表征分支與匯合的信息(一般并行埋設(shè)多條通有不同頻率電流的電纜)；由控制臺(tái)將信號(hào)源切換到不同的電纜線上以導(dǎo)引行車(chē)路線；電磁鎖相導(dǎo)引方法和編碼脈沖法。前兩種方法由于需要切換傳感器組或電纜中的電流頻率，以便對(duì)應(yīng)不同的頻率，需要相應(yīng)的機(jī)構(gòu)和電氣方面的附屬裝置，將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和故障率，同時(shí)也加大了系統(tǒng)的成本。電磁鎖相導(dǎo)引方法，又稱分時(shí)復(fù)頻選擇法，即在一條路徑上埋設(shè)多根電纜，導(dǎo)引裝置某一時(shí)刻只能接收到某一頻率的信號(hào)，如果是所要接收的頻率信號(hào)，則進(jìn)行采樣，否則，繼續(xù)檢測(cè)，但頻率的數(shù)目有限制，因?yàn)轭l率數(shù)越多，巡回檢測(cè)周期就越長(zhǎng)，容易導(dǎo)致AGV失控。分時(shí)復(fù)頻選擇法使導(dǎo)引系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，提高了系統(tǒng)的易實(shí)現(xiàn)性及其可靠性。編碼脈沖法只用單一頻率的信號(hào)源，只用一條導(dǎo)引電纜來(lái)指示運(yùn)行路徑，道路交叉點(diǎn)信息由編碼脈沖裝置產(chǎn)生，當(dāng)小車(chē)沿通電導(dǎo)線行走時(shí)，差動(dòng)式電磁感應(yīng)傳感器系統(tǒng)僅用于檢測(cè)小車(chē)是否偏離了導(dǎo)線路徑，在適路交叉點(diǎn)附近設(shè)置一個(gè)編碼脈沖發(fā)生裝置，當(dāng)小車(chē)進(jìn)入信號(hào)有效區(qū)域后，接收裝置就可以收到該編碼信息，該方法簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高了可靠性，降低了系統(tǒng)成本。?
????? 除變頻電磁感應(yīng)埋線導(dǎo)引外，還有磁場(chǎng)強(qiáng)度固定的磁帶和磁釘導(dǎo)引方式，其導(dǎo)引原理也是通過(guò)AGV上對(duì)稱設(shè)置的2只電磁感應(yīng)傳感器檢測(cè)車(chē)輛相對(duì)運(yùn)行路徑的偏離程度來(lái)引導(dǎo)車(chē)輛。電磁感應(yīng)導(dǎo)引主要優(yōu)點(diǎn)是引線隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)引原理簡(jiǎn)單可靠，便于控制和通信，無(wú)聲光干擾，制造成本較低；其主要缺點(diǎn)是路徑的復(fù)雜性有限，且擴(kuò)充或更改路徑很麻煩，感應(yīng)線圈對(duì)周?chē)蔫F磁物質(zhì)較敏感，易受干擾。?
????? 1.2?激光導(dǎo)引?
????? 激光導(dǎo)引是在AGV行駛路徑的周?chē)贾冒惭b位置精確的反射板，通過(guò)AGV上的激光掃描器發(fā)射激光束，并同時(shí)采集從不同角度的反射板反射回來(lái)的信號(hào)，來(lái)確定當(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)引，屬于半固定路線方式。?
????? 激光掃描器一般安裝在AGV的較高位置，且高度與反射板相匹配，它利用脈沖激光器發(fā)出激光并通過(guò)一個(gè)內(nèi)部反射鏡以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，不斷地掃描周?chē)h(huán)境，當(dāng)掃描到行駛路徑周?chē)A(yù)先設(shè)定好的反射板時(shí)，其反射光線就會(huì)被AGV自身的激光傳感器“看到”。AGV行駛過(guò)程中，只要掃描到3個(gè)或3個(gè)以上的反射板，即可根據(jù)它們的坐標(biāo)值和每個(gè)反射板相對(duì)于車(chē)體的距離與角度。由定位計(jì)算機(jī)算出AGV當(dāng)前在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X，Y)和當(dāng)前行駛方向與該坐標(biāo)系X軸的夾角，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和定向，從而引導(dǎo)AGV按照預(yù)先設(shè)定的路線運(yùn)行。?
????? 近年來(lái)，激光導(dǎo)引傳感器已產(chǎn)業(yè)化，瑞典N(xiāo)DC電子有限公司的激光導(dǎo)引裝置采用了GaAs脈沖激光器，旋轉(zhuǎn)掃描速率為10r/s，定位標(biāo)志的可見(jiàn)距離通常是大于30m。美國(guó)丹納赫傳動(dòng)公司的LS5導(dǎo)航器的旋轉(zhuǎn)速率為20r/s即每隔50ms測(cè)量和計(jì)算一次AGV的絕對(duì)位置坐標(biāo)，定位精度在2cm以內(nèi)。德國(guó)SICK公司也推出了激光導(dǎo)航定位系統(tǒng)NAV200。?
????? 激光導(dǎo)引最大的優(yōu)點(diǎn)是AGV定位精確、地面無(wú)需其他定位設(shè)施、能夠適應(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)，是目前國(guó)內(nèi)外許多AGV生產(chǎn)廠家關(guān)注采用的導(dǎo)引方式；缺點(diǎn)是價(jià)格較貴，我國(guó)還沒(méi)有此項(xiàng)完整的民用技術(shù)。?
????? 1.3?視覺(jué)導(dǎo)引?
????? 視覺(jué)導(dǎo)引主要是利用CCD/CMOS圖像傳感器獲取AGV周?chē)膱D像，通過(guò)實(shí)時(shí)的機(jī)器視覺(jué)處理來(lái)確定AGV的運(yùn)動(dòng)方式，這種導(dǎo)引方式有固定路線和自由路線2種。固定路線方式一般情況下都將圖像傳感器安裝到AGV的頂部，視野為AGV前方的地面，并在行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，AGV實(shí)時(shí)地根據(jù)圖像識(shí)別出導(dǎo)引線，并沿著它的路線前進(jìn)。這種方式精度很高，而且，圖像傳感器價(jià)格低廉，對(duì)場(chǎng)地的要求不高，非常適合一些特殊的場(chǎng)合。但固定路線方式在地面上畫(huà)的引導(dǎo)線必須是標(biāo)準(zhǔn)的形式，否則，視覺(jué)導(dǎo)引系統(tǒng)可能不能識(shí)別。如果AGV想改變路徑，必須在地面上重新畫(huà)導(dǎo)引線，靈活性較差。?
????? 自由路徑方式對(duì)AGV行駛區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行圖像識(shí)別，實(shí)現(xiàn)無(wú)固定路線的智能化行駛。目前，世界各國(guó)都在研究利用多圖像傳感器，從不同的角度獲取圖像，利用機(jī)器視覺(jué)整合出立體的影像，通過(guò)圖像識(shí)別引導(dǎo)，不僅可以識(shí)別周?chē)h(huán)境，還可以測(cè)出物體的距離。這是一種具有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，目前，只有極少數(shù)國(guó)家的軍方試用，將其應(yīng)用到普通AGV上還有較長(zhǎng)的距離。?
????? 視覺(jué)導(dǎo)引具有檢測(cè)范圍寬、信息容量大(結(jié)構(gòu)化或者非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境均能提供豐富的信息)、類(lèi)似于人工駕駛決策等諸多優(yōu)勢(shì)，隨著圖像傳感器和微處理器的飛速發(fā)展，視覺(jué)導(dǎo)引以低廉的價(jià)格、較高的精度和靈活性，受到了高度的重視，成為當(dāng)前研究較多的導(dǎo)引技術(shù)。視覺(jué)導(dǎo)引的不足之處在于光線的變化對(duì)機(jī)器視覺(jué)影響很大，在光照條件不好或無(wú)光照的情況下單純依靠視覺(jué)無(wú)法保證能夠進(jìn)行可靠的檢測(cè)與導(dǎo)引。?
????? 1.4?慣性導(dǎo)引?
????? 慣性導(dǎo)引與航天、航海中使用的慣性導(dǎo)引系統(tǒng)的工作原理一樣，是一種自由路線的導(dǎo)引方式。AGV慣性導(dǎo)引系統(tǒng)通過(guò)慣性測(cè)量單元(IMU)和全球定位系統(tǒng)(GPS)配合，從而達(dá)到導(dǎo)引目的。理論上，利用GPS可以得到AGV的絕對(duì)精確位置，完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)戶外AGV的導(dǎo)引。但是，在倉(cāng)庫(kù)、車(chē)間內(nèi)，由于建筑物的遮擋，GPS經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信號(hào)不好，甚至丟失的現(xiàn)象，這時(shí)就需要IMU繼續(xù)為AGV導(dǎo)引；另一方面，IMU由多組陀螺和加速度計(jì)構(gòu)成，分別可以測(cè)量車(chē)體的轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度和平移加速度，據(jù)此，就可計(jì)算出小車(chē)距參考點(diǎn)的距離和姿態(tài)。這種方法需對(duì)各加速度進(jìn)行雙積分，而由于成本的關(guān)系在AGV上不可能采用高精度的加速度計(jì)和陀螺儀，所以，這種方法的定位誤差亦將隨小車(chē)運(yùn)行距離的增加而變得很大，必須隔一定距離，就用絕對(duì)定位的方法(如GPS)更新其位姿信息。?
????? 慣性導(dǎo)引方式靈活性很強(qiáng)，便于組合和兼容，不需要事先固定路線，與射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽相結(jié)合的技術(shù)有較大應(yīng)用前景；其缺點(diǎn)是制造成本較高，導(dǎo)引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及使用壽命密切相關(guān)。?
????? 1.5?超聲波導(dǎo)引?
????? 超聲波導(dǎo)引類(lèi)似于激光導(dǎo)引，不同之處在于不需要設(shè)置專門(mén)的反射板，而是利用一般的墻面或類(lèi)似物體就能進(jìn)行導(dǎo)引，因而，在特定環(huán)境下提供了更大的柔性和低成本的方案，屬于自由路線方式，但由于反射面大，在制造車(chē)間環(huán)境下應(yīng)用常常有困難。超聲波導(dǎo)引較多用于集裝箱碼頭，利用規(guī)則擺放的集裝箱反射超聲波，可以很好地達(dá)到自動(dòng)導(dǎo)引的目的，而且，價(jià)格十分低廉，定位精度為±100mm。?
????? 1.6?磁釘一陀螺導(dǎo)引?
????? 磁釘一陀螺導(dǎo)引方式利用磁傳感器檢測(cè)安裝在地面上的磁釘，再利用陀螺儀技術(shù)連續(xù)控制AGV的運(yùn)行方向，該引導(dǎo)方式需要在沿引導(dǎo)路徑的地面上每隔5—10m安裝一對(duì)磁釘。磁傳感器是基于微處理器、利用霍爾元件檢測(cè)磁場(chǎng)的傳感器，當(dāng)AGV通過(guò)路面上的磁釘時(shí)，傳感器給出AGV的坐標(biāo)(X，Y)；陀螺儀是一種固態(tài)六軸角速率傳感器，其輸出電壓與其敏感軸上的轉(zhuǎn)速成正比，由此確定AGV的運(yùn)行方向。如果采用高質(zhì)量元件，磁釘一陀螺引導(dǎo)系統(tǒng)具有很高的精度。采用標(biāo)準(zhǔn)元件可大幅度降低成本，其成本比電磁感應(yīng)引導(dǎo)式低很多，這種引導(dǎo)方式適用于不能埋設(shè)引導(dǎo)電纜的場(chǎng)合。?
????? 2?發(fā)展趨勢(shì)?
????? 2.1?低成本、小型化和高可靠性的導(dǎo)引技術(shù)?
????? 開(kāi)發(fā)高性價(jià)比的導(dǎo)引傳感器將是一個(gè)重要的研究方向，以期從元器件級(jí)別來(lái)提高導(dǎo)引可靠性。如對(duì)于視覺(jué)導(dǎo)引，應(yīng)開(kāi)發(fā)能夠適應(yīng)大動(dòng)態(tài)光線范圍的CCD，以滿足戶外道路環(huán)境的要求，為保證視覺(jué)導(dǎo)引的實(shí)時(shí)性和魯棒性，可以采用高性能的硬件設(shè)備，但研究高效的識(shí)別算法也是至關(guān)重要的。對(duì)于慣性導(dǎo)引，近年來(lái)隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的快速發(fā)展，深入研究低成本的硅微陀螺、硅微加速度計(jì)和微型慣性測(cè)量組合等，使其性能和可靠性不斷的提高，以滿足車(chē)載慣性導(dǎo)引領(lǐng)域的巨大需求。?
????? 2.2?組合導(dǎo)引?
????? 不同的導(dǎo)引方式所提供的信息在表現(xiàn)形式、采樣頻率以及時(shí)空特性上都有所不同，從不同方面反映AGV的導(dǎo)引狀態(tài)，例如：GPS能夠提供AGV的二維空間位置和速度等信息，視覺(jué)導(dǎo)引能夠測(cè)量車(chē)輛相對(duì)道路中心的位置，為使這些具有互補(bǔ)性或冗余性的導(dǎo)引方式得以最大限度地綜合利用，避免單一導(dǎo)引方式的工作盲區(qū)，需要深入研究各種導(dǎo)引技術(shù)的工作機(jī)理，進(jìn)而建立適當(dāng)?shù)亩鄠鞲衅鹘M合導(dǎo)引模型，使導(dǎo)引系統(tǒng)具有系統(tǒng)級(jí)的故障自診斷、隔離和容錯(cuò)能力，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的可靠性導(dǎo)引要求。?
????? 2.3?信息融合方法研究?
????? 目前，在導(dǎo)引領(lǐng)域研究和應(yīng)用的信息融合方法主要有Kalman濾波、貝葉斯估計(jì)法與D-S證據(jù)推理等，其中以Kalman濾波最廣。Kalman濾波具有良好的實(shí)時(shí)性，但它是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，當(dāng)導(dǎo)引模型存在較大建模誤差或者系統(tǒng)特性發(fā)生變化時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致濾波發(fā)散。為提高濾波算法的魯棒性和自適應(yīng)能力，可針對(duì)AGV的導(dǎo)引要求與特點(diǎn)，研究適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)Kalman濾波算法、魯棒濾波算法(如，H∞濾波)或智能濾波(如模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng))方法等。?
????? 3?結(jié)束語(yǔ)?
????? 低成本、高可靠性的導(dǎo)引技術(shù)是實(shí)現(xiàn)AGV的前提和基礎(chǔ)，一直是AGV廠家和研究人員的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)，導(dǎo)引技術(shù)研究必須把握世界主流技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。本文歸納了現(xiàn)有的各種導(dǎo)引技術(shù)的特點(diǎn)與不足，探討了AGV導(dǎo)引技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向和主要研究?jī)?nèi)容。
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