AGV 关键技术浅析

耿牛牛， 王小铎， 李昌臣， 徐 斌， 牛海颐， 刘 伟

（机械科学研究总院集团有限公司， 机科发展科技股份有限公司， 北京 100044）

0 引言

AGV 是Automated Guided Vehicle 的 简 称，AGV 是一种以充电电池为动力， 自动导引的无人驾驶自动化车辆，它能在计算机的监控下，按路径规划和作业要求，精确行走并停靠到指定的地点， 完成一系列的作业任务如取货、送货、充电等。 通常被称为工业移动机器人的一个分支，也叫做物流机器人。

目前国内AGV 种类较多，技术相对成熟。 大致可按照定位与导引方式、移载方式以及驱动方式进行分类。下面将针对各种分类及其特点进行描述。

1 定位与导引技术

定位与导引方式对AGV 性能、适用场景等影响较大。目前使用较多的AGV 导引方式主要有以下几种类型：

1.1 循迹式导引

该导引方式主要包括电磁感应导引、磁带导引、光学导引等方式， 基本工作原理为： 在AGV 的行驶路径上铺设电磁导线、永磁性磁带或光学色带等标识物，AGV 通过相应传感器对标识物进行识别和跟踪，实现AGV 的导引，见图1。

图1 循迹式导引示意Fig.1 Schematic diagram of tracking guidance

该类引导方式的主要优点为：导引原理简单而可靠，制造成本较低，系统部署简单；而主要缺点则为路线固定、柔性差，调整变动成本高，对周围环境干扰较敏感，局部导引速度受限。

1.2 激光反射板导引

该导引方式的基本工作原理为：在AGV 行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV 通过车载激光定位装置的反馈数据，计算与周围反射板的相对位置，进而根据确定当前的位置和姿态， 实现AGV 的导引，见图2。

图2 激光导引示意Fig.2 Schematic diagram of laser guidance

该导引方式的主要优点为：定位快速精确，能适应复杂的路径条件及工作环境，能快速变更行驶路径和修改运行参数； 而主要缺点则为激光定位装置成本较高， 需要安装并精确测量激光反射板，且对车型构造以及工作环境也有一定要求。

1.3 二维码导引

二维码导引属于特殊形式的视觉导引， 技术起步相对较晚，近几年主要在自动化物流仓库的输送、分拣环节有了一定的应用。 该导引方式通常在地面上以网格形式布置大量二维码，AGV 通过车体底部摄像头采集二维码信息， 从而计算位置与姿态，实现定位导引，见图3。

图3 二维码导引示意Fig.3 Schematic diagram of QR code guidance

二维码导引优势为：定位精确， 导引灵活性比较好，铺设、 改变或扩充路径也较容易，由于其网格路线的特性可实现较大的车辆密度。

1.4 SLAM

SLAM 技术是目前比较先进的定位导引技术。 应用SLAM 技术的AGV 具有适应性好、 不需要对环境进行额外的改造、部署效率高、任务调整快等优点，因此得到快速发展。 常见的SLAM 技术分为激光与视觉两类。

基于激光SLAM 的AGV 配备激光雷达传感器，可以对未知的室内环境构建地图，实现自主行走。 激光SLAM系统通过对不同时刻两片点云的匹配与比对， 计算激光雷达相对运动的距离和姿态的改变， 也就完成了对机器人自身的定位[1]。 激光SLAM 构建的地图精度高，不存在累计误差，且能直接用于定位导航。 可自动规划路径，自主行驶，安全高效。

视觉SLAM 指AGV 用摄像机、深度相机来做环境探索和导引。 其工作原理是AGV 对周边环境进行光学感知， 将环境信息压缩并反馈到一个由神经网络和统计学方法构成的学习子系统， 再由该子系统将环境图像信息和机器人的实际位置联系起来， 完成机器人的自主导引定位功能[2]。视觉SLAM 的主要优点是可以较为容易的跟踪和预测场景中的动态目标。

2 主要移载方式

AGV 的移载方式，包括货叉式、背驮平移式、背驮举升式等。

（1）货叉式。 货叉式AGV 与人工叉车在式样上基本类似，有侧叉式、正向叉式、落地叉式、三向叉式等多种车型。 货叉式AGV 采用托盘堆放货物进行作业，应用较为广泛，见图4。

图4 货叉式AGV 示意Fig.4 Schematic diagram of forklift AGV

（2）背驮平移式。 主要包括辊道式、链式、带式等，AGV通过与地面站台对接实现物料移载。该形式移载机构原理简单，作业效率较高，可实现重载物料的搬运，见图5。

图5 背驮平移式AGV 示意Fig.5 Schematic diagram of horizontal load transfer AGV

（3）背驮举升式。 移载机构位于AGV 车体上方，AGV通过升降机构驮起或降下实现货物的移载， 动作简单，作业效率高，适合多种货物形式的往返搬运，见图6。

图6 背驮举升式AGV 示意Fig.6 Schematic diagram of vertical load transfer AGV

3 主要驱动形式

AGV 移动平台驱动形式，主要包括单舵轮型、多舵轮型、差速型、全向轮型等。

（1）单舵轮型。 单舵轮驱动AGV 包含1 个牵引/ 转向一体式驱动轮，提供牵引力并控制转向。该结构类似于阿克曼底盘，运动灵活性不高，在狭窄通道或复杂环境中通过性较差。

（2）多舵轮型。 多舵轮驱动AGV 包含多个牵引/ 转向一体式驱动轮，提供牵引力并控制转向。这种车型的优点是可以实现全方位行驶， 特别适合狭窄通道或对作业方向有特别要求的环境和场合，但其结构相对复杂，根据车轮材料的不同，对地表面的平整度也有一定要求。

（3）差速型。 差速型AGV 使用两个固定驱动轮，以及若干万向从动轮， 依靠两个驱动轮之间的速度差实现转弯。 该形式AGV 结构简单，但对电机转速同步要求较高，对地面平整度也有一定要求。

（4）全向轮型。全向型AGV 通常配备多组麦克纳姆轮作为驱动轮，具有极强的灵活性，可实现任意方向的平移和旋转，能够在狭小空间内完成作业。 但其工作时有一定的震动和噪音，轮子寿命不高，对地面平整度有一定要求。

4 结论

目前国产AGV 相关技术、产品越来越成熟。 通过上述技术方式的搭配组合，可形成丰富的产品种类。对于不同的使用需求，应选用适合的技术方案，以便最大程度发挥AGV 系统的效能。