隨著智能製造的發展，工廠（chǎng）智能化（huà）已（yǐ）成為必然趨勢,無人搬運車(Automated Guided Vehicle，簡稱AGV)作為自動化運輸搬運的重要工具，近年來的應用越來越廣泛。很多（duō）製造（zào）和倉儲物流都考慮使用AGV小車（chē），但是對它不是（shì）特別了解，不知道選（xuǎn）用哪種類型的AGV產品，然（rán）後會擔心AGV的（de）種種（zhǒng）問題（tí）。
而導航導引技術作為AGV的核心（xīn）技（jì）術之一，無疑是選擇的關鍵，嘉明特AGV給大家介紹下市場常見的多種不同導航方式AGV，讓更多的工廠使用者有一個（gè）簡單的了解。
一、AGV導航導引的關鍵技術
AGV的導航導引是指AGV根據路徑偏移（yí）量來控製速度（dù）和轉向角，從而保證（zhèng）AGV精確（què）行駛到（dào）目標點的位置及航向的過程。主要涉及三大技術要點：
1.定位
定（dìng）位是確定AGV在工作環境中相對於全局坐標（biāo）的位置及航向，是（shì）AGV導航導引的最（zuì）基本環節。
2.環境感知（zhī）與建模
為（wéi）了實現AGV自主移動，需要根據多種傳感器識別多種環境信息：如（rú）道路（lù）邊界（jiè）、地麵情況、障礙物等。AGV通過環境感知確定前進方向中的可達區域和不可達（dá）區域，確定在環境中的相對位置（zhì），以及對動（dòng）態障礙物運動進（jìn）行（háng）預判，從而為（wéi）局部路徑規劃提供依據。
3.路徑規劃
根據AGV掌握（wò）環境信息的程（chéng）度不同，可分為兩種類型：一個（gè）是基於（yú）環境信息已知的全局路徑規劃，另一（yī）個是（shì）基於傳感器信息的局部路徑規劃，後者（zhě）環境是未知或部（bù）分（fèn）未知的，即障礙物的尺（chǐ）寸、形（xíng）狀（zhuàng）和位置等信息必須通過傳感器獲取。
二、常見的（de）AGV導（dǎo）航導引方式
1.磁釘導（dǎo）航
該導航方式依然是通過（guò）磁導航傳感器檢測磁釘的磁信號來尋找（zhǎo）行進（jìn）路徑，隻是將原來采用磁條導航（háng）時對磁（cí）條（tiáo）進行連續感應變成間歇性感應，因此磁釘之間（jiān）的距離不能夠過大，且（qiě）兩磁釘間AGV處於一種距（jù）離計量的狀態，在該狀態下需要編碼器計量所行走的距離。其次，磁釘導（dǎo）航所用控製模塊與磁條導航控製模（mó）塊相（xiàng）同。
磁釘導航的優點：成本低、技術成熟可靠。導航的隱秘性好、美觀性強，也就是說磁釘預埋打孔填埋在地麵下，整個工廠地麵以上沒（méi）有其（qí）他導航輔助設備。磁釘抗幹（gàn）擾強，抗磨損性（xìng）強，抗酸堿、油汙等影響。使用用戶外、室內、下雨等等（děng）。
磁釘（dìng）導航的缺點：AGV導航地麵（miàn）需滿足技術要求，即AGV導（dǎo）航路（lù）線內不（bú）能有其他磁性物質存在；AGV導航線路不（bú）能有消磁、抗磁物質，影（yǐng）響AGV磁（cí）釘磁性。AGV磁釘導航（háng）線路一次鋪設，後續修改線路必須執行二次（cì）作業，對比激光導（dǎo）航技術，磁釘導航對於後期修改線路增加成本和施（shī）工（gōng）時間。AGV磁釘導航施工會對地（dì）麵進行一定的破壞功能，即在地麵開孔，然後回填，對施（shī）工技術要求嚴格，才能恢複原地（dì）麵（miàn）美觀要求。
2.磁條導航
磁條導（dǎo）航被認為是一項非常成熟的技術，主要通過測量路徑上的磁場信號來獲取車輛自身相對於目標跟蹤路徑之間的位置偏（piān）差，從而實現車輛的控製（zhì）及導航。磁條導航具（jù）有很高的測量精度及良好的重複性，磁導（dǎo）航不易受光線變化等的影響，在運行過程中，磁傳感係（xì）統具有很高的可靠性和魯棒性。磁條一旦鋪設好後，維護費用非常低，使用壽命（mìng）長，且增設、變更路徑較容易。
磁條導航的優（yōu）點：現場施工簡單。成本低、技術（shù）成熟可靠。對於（yú）聲光無幹擾性。AGV運行線路明（míng）顯（xiǎn）性。線路二次變更容易（yì）、變更成本低、變更周期短。對施工人員技術（shù）要求低
磁條導航的（de）缺（quē）點：磁條易破損；由於地麵鋪（pù）設磁條，整體美觀性下降。磁條不能連貫性，由（yóu）於AGV轉彎會碾壓磁條，部分磁條會截斷不鋪設。磁條會吸引金屬物質，導致AGV設備故障等等。需要其他傳感器實現定位站點功能。
3.激光導航
激光導（dǎo）航是在AGV行（háng）駛路徑的周圍安裝激光反射（shè）板，AGV通過發射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當前的（de）位置和方向，並通過（guò）連續的三角幾何運算來實現AGV的導航。
激光導航技術優點：AGV定位精確。地麵無（wú）需其（qí）他定位設施（shī）行駛路徑（jìng）可靈活多變，能夠適合（hé）多種現場環境，它是目（mù）前國內外許（xǔ）多AGV生（shēng）產廠家優先采用的先進導航（háng）方（fāng）式。
激（jī）光導航（háng）技術缺點：成本高，對環境要求較相對苛刻（外界光線，地（dì）麵要求，能見度要求等）。激光導航設備價格高。激光導航設備適用於無遮擋環境。反（fǎn）光板成本高（gāo）。
目前激光導航技（jì）術已經成為（wéi）國（guó）內（nèi）外AGV廠商的主流方案，由於其定位精度高、線路變更靈活、導航技術成熟等（děng）等因素導致激光導航已經普及。
4.電（diàn）磁導航
電磁導航是較為傳（chuán）統的導航方式之一，目前仍被采用，它是在AGV的行駛 路徑上埋設金屬線，並在金（jīn）屬（shǔ）線加載導引頻率，通過對導引頻率的識別來實現（xiàn）AGV的（de）導航功能。該導航技術類似於磁條導航，由於該導航技術美性不足、路徑變更困難等缺點，該技術方案逐漸（jiàn）被AGV廠商放棄，但是特定地場合也比較（jiào）適合該導航技術，具（jù）體根據AGV工作環境要求。比如高溫環境下、線路平（píng）直（zhí）性要求嚴格（gé）等要求。
電磁導航的優點：成本低、技術成熟可靠。導航（háng）的隱秘性（xìng）好、美觀性（xìng）強，也就是說磁釘預埋打孔填埋在地麵下，整個工（gōng）廠地麵以上沒有其他（tā）導航輔助設（shè）備。磁釘抗幹擾強，抗磨損性強，抗（kàng）酸堿、油汙等（děng）影（yǐng）響。使用用戶外、室內等等
電磁導航的缺點：需要額外設備產生電磁信號。需要其他傳感器實現站點定位功能。AGV電磁導航線路（lù）一（yī）次鋪設，後續修改線路必須執行二次作業，對比激光導航技術，電磁導航對於（yú）後期修（xiū）改線路增加成本和（hé）施工時（shí）間。AGV磁釘導航（háng）施工會對地麵進（jìn）行一定的破壞功能，即在地麵開槽，然後回填，對施工技術要求嚴（yán）格，才（cái）能恢複原地麵美觀要（yào）求。
5.測（cè）距導航（háng）
該導航（háng）技術主要應用（yòng）於激光（guāng）二位掃描儀對其周圍環境（jìng）進行掃描測量，獲取測（cè）量數據然後結合導（dǎo）航算法實現AGV導航。該導航傳感器通（tōng）常使用具有安全功能的安全激光掃描儀（yí）實現，由於采用安全激光掃描儀可以實現安全功能的同時也（yě）能夠實現導航（háng）測量功能。采（cǎi）用測距導航技術的AGV可以實現進入集裝箱內部（bù）進行自動（dòng）取貨送貨功能。
6.輪廓導航
輪廓導航是目前AGV最為先進的（de）導航技術，該技術利用二維激光掃描儀對現場環境（jìng）進行測量、學習，並繪製（zhì）導航環境，然後進行多少測量學習，修正地圖進而實現（xiàn）輪（lún）廓（kuò）導航功能。利用自然環境（牆壁、柱（zhù）子以及其它固定物體）進行自由測距導航根據環境測量結果更新位置。輪廓導航優點：不需要反射（shè）器（qì）或（huò）其它人工地標；降低安裝成本；減少（shǎo）維護工作。
7.混合導航
混合導航是多種導（dǎo）航（háng）的集合體，該導航方式是根據現場環境的變化應運而（ér）生的。由於現場環境的變（biàn）化導（dǎo）致某種導航暫時無（wú）法滿足要求，進而切換到（dào）另一種導航方式繼續（xù）滿足AGV連（lián）續運行。
8.光學導航
光學導航其實利用工業攝像機識（shí）別。該導航分為色（sè）帶跟蹤導航、二維碼識（shí）別等等功能。
9.二維碼導引
二（èr）維碼導引方式是通過離散鋪設QR二維碼，通（tōng）過AGV車載攝像頭掃描解析二維碼獲取實（shí）時坐標。二維碼導引方式（shì）也是目前市麵上最常見的（de）AGV導引方式，二維碼（mǎ）導引+慣性導航的複合導（dǎo）航形式也被（bèi）廣泛應用，亞馬遜的KIVA機器人就是通（tōng）過這種導航方式實現自主移動的。這種（zhǒng）方式相對靈活（huó），鋪設和改變（biàn）路徑也（yě）比較方便，缺點是二（èr）維碼易磨損，需定期維護。
適用場景（jǐng）：環境較好的倉庫（kù）
10.慣（guàn）性導航
慣性（xìng）導航是（shì）在AGV上安裝陀螺儀，利（lì）用陀螺儀（yí）可以獲取AGV的三軸角速度和加速度（dù），通過積分運算對AGV進行導航定位，慣性導（dǎo）航優點是成本低，短時（shí）間（jiān）內（nèi）精度高，但這種導航方式缺點也特別明顯，陀螺儀本身隨著時間增長，誤差會累積增（zēng）大（dà），直到丟失位置，堪稱（chēng）是“絕對硬傷”。使得慣性導航（háng）通（tōng）常作（zuò）為其他導航方式（shì）的輔助。如同（tóng）上文所提到的二維碼導引+慣性導航的方（fāng）式，就是在（zài）兩個二維碼之間的盲區使用慣性導航，通過二維碼時重新（xīn）校正位置。
11.SLAM激光導（dǎo）航（自然導航）
SLAM激光導航則是一種無需（xū）使用反射板的自然導航（háng）方式，它不再需要通過（guò）輔助導航標誌（二維碼、反射板（bǎn）等），而是通過工作場景中的自然環境，如：倉庫中的柱子、牆麵等作為定位參照物（wù）以實現定位導航。相比於傳統的激光導（dǎo）航（háng），它的優勢是製造成本較低。據小編了解，目前也有（yǒu）廠商（shāng）（如：SICK）研發了適用於AGV室外作業的激光傳感器。
12.視（shì）覺導（dǎo）航
視覺導航也是基於SLAM算法的一種導航方式，這種導航方式是通過車載視覺攝像頭采集（jí）運（yùn）行區域的圖（tú）像信息，通過圖像信息的處理來進行（háng）定（dìng）位和導航。視覺導航具有高靈活性，適用範圍廣和成本低等優點，但（dàn）是目前技術成熟度一般，利用車載視覺係統快速準確地實現路標識別這（zhè）一技術仍（réng）處於瓶頸階段。
三（sān）、AGV導航方式比較
早期的AGV多是（shì）用磁帶或電磁導航，這兩種方案原理簡單、技術成熟，成本低（dī），但是改變或擴展路徑及後期的維護比較麻煩（fán），並且AGV隻能按固定路線行走，無法實現智能避讓，或通過控製係統實時更改任務。
目前AGV主流的導航方（fāng）式是二（èr）維碼+慣導，這種方式使用相對靈（líng）活，鋪設或改變（biàn）路徑也比較容易（yì），但路徑（jìng）需要定期維護，如果場地複雜則要頻繁的更換二維碼，另外對陀（tuó）螺儀的精度及使用壽命要求嚴格。
隨著SLAM算法的發展，SLAM成為（wéi）了（le）許多AGV廠家優先選擇的（de）先進導（dǎo）航方式，SLAM方式無（wú）需其他定位設施（shī），形（xíng）式路徑靈（líng）活多變，能夠適應多種（zhǒng）現場環境。相信隨著算法的成熟和硬件成本的壓縮，SLAM無疑會（huì）成為未來AGV主流的導航方式。
SLAM大概分（fèn）為激光SLAM（2D或3D）和視覺SLAM兩大類。
視覺SLAM目前尚處於進一步研（yán）發和應用場景拓展階段。視（shì）覺SLAM因為信息量大（dà），適用範圍廣等優點受到了廣泛關注，但是算法對處（chù）理器的要（yào）求較高（gāo），一般需要準桌麵級的CPU甚至GPU，但是AGV用的多是嵌入式處理器，所以（yǐ）短時間很（hěn）難在小型的AGV設備上大規模應用。
激光SLAM比視（shì）覺SLAM起步早，理論和技（jì）術都相對成熟（shú），穩定性（xìng）可靠性也得（dé）到了（le）驗證，並且對於處理器的性能（néng）需求大大低於（yú）視覺SLAM，比如（rú）主流的激光SLAM可以在普（pǔ）通的ARM CPU上實時運行，目前有的AGV廠家已經推出了基於激光SLAM導航的產品。無疑在一段時間內激光SLAM還是主流的SLAM方案。
AGV導航導引技術一直朝著更高柔（róu）性、更高精度和更強適應性的方向發展（zhǎn），且對輔助導航標誌的（de）依賴性越來越低。像SLAM這種即時定位與地圖構建的自由路徑導航（háng）方式，無疑（yí）是未來的發展（zhǎn）趨勢。相（xiàng）信不久的將來（lái），5G、AI、雲計算、IoT等技術與智能機器人的交互融合，將給AGV行（háng）業帶（dài）來翻天（tiān）覆（fù）地的變化，而（ér）具有更高柔（róu）性、更高精度和更強適應性的SLAM導航方式也將更適應複雜（zá）、多（duō）變的動態作業環境（jìng）。在多學科共同發展（zhǎn）後，未來（lái）也一定會有更高端的AGV導航技術出現。
