文/徐京邦 劉洋 李計星 周宇 王凌云

自動導引車(Automated Guided Vehicle，簡稱AGV)是現(xiàn)代制造企業(yè)物流系統(tǒng)中的重要設(shè)備，主要用來搬運各類物料，為系統(tǒng)柔性化、集成化、高效運行提供了重要保證。

激光導航AGV以激光雷達作為探測外部周圍環(huán)境的傳感器，從而進行導航定位。相比于其他導航方式，激光導航AGV具有較高的可靠性和柔性，廣泛應用于生產(chǎn)制造的各個領(lǐng)域。

一、導航方式的形式及特點

1.基于反射標記物的激光導航

在AGV行駛路徑的周圍布置足夠數(shù)量的激光反射標記物，激光雷達探測并識別反射標記物，從而進行導航。通常，激光反射標記物以反光板、反光柱的形式存在，如圖1、2。這種導航方式穩(wěn)定可靠，定位精度高，算法復雜度較低，對外界環(huán)境的要求較低，應用廣泛。

圖1 條形反光板實物圖

圖2 圓柱形反光板實物圖

相比于其他導航方式，激光導航AGV具有較高的可靠性和柔性

2.基于外界自然環(huán)境的激光導航

這種導航方式又稱為自然導航，以AGV激光雷達探測到的輪廓信息作為參考，進行導航。相比于依賴反射標記物的激光導航方式，雖然自然導航的精度、可靠性相對較低（特別是在環(huán)境信息較為單一的情況下，如較長的走廊），算法復雜度相對較高，但是無需安裝激光反射標記物，減少了AGV系統(tǒng)的安裝調(diào)試時間，提高了AGV系統(tǒng)的柔性。

3.基于反射標記物和自然環(huán)境的復合式激光導航

復合導航，一方面利用周圍自然環(huán)境信息對AGV進行定位，一方面在環(huán)境可識別性較差或需要進行精確定位的站臺區(qū)域，布置反射標記物，求解AGV的實時位置。

相比于前兩種導航形式，復合導航的算法復雜度最高，需要考慮信息融合的問題，具體表現(xiàn)為AGV實時位置的綜合求解以及地圖信息的統(tǒng)一描述。

三 激光導航的關(guān)鍵性問題

1.定位與構(gòu)建地圖

無論是物流倉儲的貨物分揀，還是生產(chǎn)制造的物料搬運，對于激光導航AGV而言，都需要在調(diào)試階段存儲完整的地圖信息，然后再投入運行，且運行階段可不對全局地圖進行修改或僅進行適當?shù)男薷摹?/p>

獲取精確的地圖信息是十分重要的，直接影響到運行階段的定位導航精度。一方面可以通過多次靜態(tài)探測，將多幅局部地圖進行拼接，得到完整的地圖信息。另一方面，也可以通過同時定位與建圖（slam）得到完整地圖。

2.用于定位的內(nèi)部傳感器

通過用于定位的內(nèi)部傳感器（AGV舵輪的驅(qū)動、轉(zhuǎn)向編碼器，或者AGV的慣性測量單元等），可以對AGV位置進行求解。但是，這些內(nèi)部傳感器難免存在一定的不足。為了提高定點停車的定位精度，需要改善定位算法，更重要的是，可以通過增強外界環(huán)境信息來提高定位精度。具體方法有如下幾種：

（1）增加反光板數(shù)量；

（2）在停車位置附近構(gòu)建局部特定輪廓；

（3）引入磁釘、二維碼等導航方式；

（4）在AGV上加入視覺傳感器，掃描物料或托盤，實現(xiàn)AGV與目標物的精準對接。基于反射標記物的激光導航方式，技術(shù)相對成熟。自然導航因其具有更好的靈活性，具有較大的發(fā)展?jié)摿??；谏鲜鰞煞N方式的復合式激光導航，同時兼顧可靠性與靈活性，具有極高的研究價值。

圖3 點云輪廓

三、激光導航的發(fā)展趨勢

1.導航方式復合化

在大部分行駛區(qū)域，AGV進行自然導航，在定位精度要求高的局部區(qū)域布置激光反射標記物進行導航。不僅如此，根據(jù)應用場合的需求，可以再引入磁條、磁釘、二維碼等導航方式，提高AGV的導航精度與可靠性。

2.行駛路線的柔性化

面向工廠的AGV需要做到高可靠性、高效性，因此，基本上都是沿著預先設(shè)計好的固定路徑行駛。如同火車必須沿著軌道行駛一般，雖然可以選擇軌道，但是不能脫軌。

對此，可以將AGV接近取放貨站臺的分支末端的固定軌跡取消，允許AGV在接近終點的區(qū)域根據(jù)當時的環(huán)境信息，進行自我規(guī)劃路徑。如此，一方面可以減少前期調(diào)試期間設(shè)計行駛線路的工作量，一方面也可以提高系統(tǒng)柔性，對在終點附近的障礙物有一定的避障作用。

3.導航信息模塊化

激光雷達基本的作用是通過探測周圍區(qū)域，獲取外界環(huán)境的輪廓，以點云的形式得到地圖信息，如圖3。有的激光雷達生產(chǎn)廠商，不僅提供了可配套兼容的驅(qū)動器及編碼器，還增添了獨立的導航模塊，導航模塊內(nèi)置定位算法，可以得到優(yōu)化后的地圖信息和AGV的實時位置，減少了研發(fā)人員二次開發(fā)的難度，縮短開發(fā)周期。

四、總結(jié)

激光導航AGV具有較高的可靠性、精準性、靈活性，能夠適用于大部分的生產(chǎn)領(lǐng)域。基于反射標記物的激光導航方式，技術(shù)相對成熟。自然導航因其具有更好的靈活性，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α；谏鲜鰞煞N方式的復合式激光導航，同時兼顧可靠性與靈活性，具有極高的研究價值。

地圖構(gòu)建是激光導航AGV十分重要的內(nèi)容。激光導航結(jié)合AGV內(nèi)部定位傳感器可以獲得更好的導航質(zhì)量。在激光導航的基礎(chǔ)上，引入新的導航方式用以輔助，配合外部環(huán)境添加的額外特定輪廓，可以使定位精度和可靠性進一步提升。

由于激光導航AGV具有較大的市場需求和較為廣闊的應用場景，AGV激光導航技術(shù)還應不斷提升和完善。未來的激光導航AGV，導航方式復合多樣化，行駛路線更加靈活自由，導航信息的獲取和使用更加方便，便于開發(fā)調(diào)試人員以及生產(chǎn)操作人員的使用和維護。