自动导航车（ AGV）的激光引导技术研究浙江大学城市学院 自动化 1003 班 蔡刚刚摘要：本文主要介绍了 AGV 引导的方式，尤其是激光引导 AGV 系统原理及控制原理。通过对系统功能的介绍和突出特点的归纳，不仅可以看出技术上的先进性，更重要的是能看到系统管理思想的科学性，系统构成的周密性，系统运行的协调性。关键词： AGV; 激光引导; AGV 控制原理AGV laser guidance technology researchCAI Gang-gangAbstract: This paper mainly introduces the AGV lead the way, especially the laser guide AGV system theory and control theory. Through analyzing the system function and the prominent characteristics of induction, we can see not only the advanced nature of technology, more important is to see the system management of scientific thinking, system structure thorough, system coordination. Key words: AGV; laser system; AGV control theory引言：自动导航小车（AGV）是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有小车编程与停车装置、安全保护以及各种移载功能的运输小车。近年来随着现代物流以及相关技术在我国高速发展，AGV 已广泛应用于物流系统和柔性制造系统中，其高效、快捷、灵活，大大提高了生产自动化程度和生产效率。本文所研究的 AGV 位于一个数字化车间中，采用激光引导方式，可在导引区内精确定位，并能根据要求任意改变其运行路径，从而数字化车间物料自动搬运。激光引导的原理及特点1.AGV 引导方式简介目前，引导方式有很多种，但并非所有的方法都可以在 AGV 系统中应用，除了激光引导外，AGV 通常还可以采用一下几种引导方式：(1)电磁引导在 AGV 的行驶路径上埋设金属线，并加载引导频率，其主要优点是引导线隐蔽，不易污染和破损，引导原理简单，便于控制和通信，对声光无干扰，缺点是灵活性差，改变或扩充路径较麻烦，对引导线路附近的铁磁物质有干扰，电线铺设工作量大，维护困难。(2)直接坐标引导用定位块将 AGV 的行驶区域分成若干坐标小块，通过计数实现引导，其优点是可以实现路径的修改，引导的可靠性好，对环境无特别要求，缺点是地面测量安装复杂，工作量大，引导精度低。(3)惯性引导在 AGV 上装有陀螺仪，根据陀螺仪的偏差进行导引，其主要优点是技术先进，准确度高，灵活性强，便于组合和兼容，适用领域广，缺点是成本较高，维护保养等后续问题较难解决，地面也需要磁性块作辅助定位。(4)图像识别引导对 AGV 行驶区域的环境进行图像识别，实现智能行驶，这是一种大有潜力的技术，但仍在研究中，可以想象，图像识别技术与激光引导技术相结合将会为自动化工程提供意想不到的可能，如引导的可靠性，行驶的安全性。智能化的记忆识别等都将更加完美。2.激光引导原理激光引导是在九十年代中期开始采用的先进的引导方式，是除 GPS 外唯一不需要地面处理的引导方式，激光引导 AGV 小车采用激光扫描器和预先在 AGV小车运行区域周围布置好位置的反光板作为激光定位所需的基础环境。激光引导 AGV 小车的导航系统有静态位置计算模式和在运动状态下持续动态位置的计算两种计算模式，下面分别进行分析。(1)AGV 小车静态位置计算模式：当小车第一次进入系统，AGV 小车的当前位置不知道时，要进行初始位置计算，通过比较一些已知反光板的已知方位，小车控制器中的导航模块计算出小车的位置。1)初始化静态位置计算需要的条件：小车静止;激光扫描器能找到至少三个的反光板的方位；反光板的位置已知。2)初始化静态位置计算的原则和方法：最后知道的位置优先如在激光扫描器旋转一周中捕捉到的小车方位与最后知道的期望方位相匹配，则这个位置就可作为当前位置，如果没有储存最后知道的位置或匹配发生错误，则采取下面的定位方法。采用激光定位算法激光扫描器旋转一圈，三个分布较好的方位被选择，通过计算可确定出小车在坐标系统中的位置，如位置正确，则余下的大部分可测量的方位与已知的放光板相匹配。反光板应放在操作区合适的位置处，并且放光板对 AGV 的运行路线来说应尽量呈三角形排列。(2)AGV 小车在运动状态下持续动态位置计算模式当初始化位置计算结束后，小车就开始运动，在运动的过程中，小车需要进行持续位置计算。下面采用位姿估算矫正法进行分析。这种估算法的数学运动模型是以“位姿估算”为基础的。它利用小车当前运行的速度、转向的角度、间隔时间等参数对下一位置进行估算，计算出的是相对于前一位置的新位置。当小车进行完毕初始化位置计算，则导航模式自动切换到另外的操作模式持续位置计算，当小车运动时采用这个模式，激光导航模块将预期的假象位置与实际的小车位置到放光板的方位结合起来决定小车的位置。通过从小车控制模块传来的当前小车的速度、转向和测量的小车到放光板的方位，就可以计算小车的位置。作为首要条件，小车的最初 X,Y 位置必须知道，然后每 50ms 进行一次位置计算。3.激光引导 AVG 的特点激光引导是目前 AGV 系统中普遍采用的引导方式，根据它的引导原理，AGV小车在引导区中可自由行走并精确定位；在导航范围内，小车的行走路径可根据实际要求随时改动，可充分发挥 AGV 的柔性，提高生产效率。有许多系统需要在现有的场地条件下进行，这时，激光引导 AGV 系统将会显得尤为合适。 激光引导 AGV 控制系统简介AGV 的控制系统主要可分为两部分：地面控制系统和车载控制系统。1.地面控制系统即地面固定设备，主要负责任务的分配，车辆调度，交通管理，电池充电等功能。2.车载控制系统即车载移动设备，在收到上位系统的指令后，负责 AGV 的引导，路径选择，小车行走，装卸操作等。激光引导 AGV 系统的应用1.AGV 的操作方式与数量在 AGV 系统的应用中，首先必须根据系统的总体要求确定 AGV 的操作方式与数量。AGV 的操作方式应根据系统的实际情况和用户需求具体设计，通常采用的操作方式有：叉车式，测叉式，牵引式等，在特殊情况下，同一系统可在不同的 AGV 上引用不同的操作方式；AGV 的数量可根据系统要求的运输能力，并通过仿真的结果确定。2.AGV 的安全防护在 AGV 上，出声光报警、机械防撞挡板外，还安装了非接触式的障碍物探测器，用来探测行驶路径肾功能的障碍物，一般采用的形式有：光电探测，超声波探测，激光扫描探测等。其中，激光扫描探测的可靠性和智能性最高，但成本台的，而光电探测最简单易用，但可能出现探测不到的盲区，因此，应根据 AGV 运行的环境来具体选用。3.AGV 的通信在激光引导 AGV 系统中采用的是无线数字通信，通信的频带应根据国家有关的规定选用。各台 AGV 小车与系统的通信时“轮循” 进行的。无线调制解调器的波特率确定了“轮循”通信的速度，从而限定了在该频带下所能控制 AGV小车的最大数量。4.AGV 的路径规划及放射板布置AGV 的路径规划是系统的基础，一般与系统的总体方案同时确定。在规划时应充分考虑到 AGV 的实际数量，操作方式，车身条件，行走指标及场地的实际情况等因素，并尽可能使 AGV 的行驶路径通畅无阻。放射板的布置是系统安装的第一步，应根据已确定的行驶区域进行安装，安装的数量应以“安全引导” ， “确保定位”为原则。放射板过少将危害引导，过多也会影响 AGV 的定位精度。5.AGV 的任务管理及车辆调度当需执行的命令多而没有空闲的 AGV 时，上位控制计算机应将这些命令暂时储存起来，然后按循序逐步完成，各种命令会有等级之分，等级高的将会优先执行，其中有些命令可能使必须立即执行的，如充电等。上位控制计算机根据所需执行的任务，以及各台小车所处的当前位置来优化车辆的分配，这种优化计算式连续进行的。当选择了某台 AGV 后，任务并没有真正的分配给它，在它行驶期间，可能选择更优化的 AGV 来完成此项任务。只有当 AGV 行驶到目标点的前一点时，才会真正得到此项任务。小结: 激光引导 AGV 系统充分发挥了激光技术的优势，使 AGV 行走过程从传统的分段盲走后进行位置矫正上升到连续计算。因此，定位精度高，指标先进。AGV 系统是集光、机、电、计算机于一体的高新技术，是柔性化、智能化程度极高的输送系统，它已经成为企业自动化物料系统解决方案中的一个重要的组成部分。 参考文献：1 陈顺平，梅德庆，陈子辰 . 激光导引差速转向 AGV 的控制系统设计2吴焱明，沈颖，张栋，赵韩 . 激光导引 AGV 车载控制系统 3杨文华，王勇 . 激光导引 AGV 系统原理及应用 4刘洋 . 关于激光导引 AGV 小车激光定位算法的探讨5樊跃进，卢光明，杨文华，张智勇 . 激光导引 AGV 系统6胡克维 . 自动导引小车 AGV 的导航和避障技术研究7刘书婷 . 自动导航小车(AGV)驱动与导航系统的研究8Jorg Frank,Felix Lutteke . Versatile autonomous transportation vehicle for flexible use in industrial applications, Volume 61,lssue 1,2012,Pages 407-4109Hossein Golnabi . Role of laser sensor systems in automation and flexible manufacturing, Volume 19,lussues1-2,April 2003,Pages 201-21010Vijay Subramanian, Thomas F.Burks, A.A.Arroyo . Development of machine vision and laser based autonomous vehicle guidance systems for citrus grove navigation , Volume 53,lssue 2 ,September 2006,Pages 130-14311H.Martinez-Barbera, D.Herrero-Perez, Autonomous navigation of automated guided vehicle in industrial environments, Volume 26,lssue 4,August 2010,Pages 296-311