AGV關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

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摘要：AGV是自動(dòng)導(dǎo)引小車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫，是自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。本文簡單闡述了AGV的定義、基本結(jié)構(gòu)及典型部件，對(duì)AGV的發(fā)展歷史及其現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，并分析介紹了國內(nèi)外AGV的兩種發(fā)展模式，對(duì)AGV系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展概況進(jìn)行了較為詳細(xì)地分析和綜述。

關(guān)鍵詞：AGV；發(fā)展；關(guān)鍵技術(shù)

 

  • AGV的定義

AGV ( Automatic Guided Vehicle)即自動(dòng)導(dǎo)引小車，它是一種以電池為動(dòng)力，裝有非接觸導(dǎo)向裝置和獨(dú)立尋址系統(tǒng)的無人駕駛自動(dòng)化搬運(yùn)車輛。它的主要特征表現(xiàn)為具有小車編程、停車選擇裝置、安全保護(hù)以及各種移載功能，并能在計(jì)算機(jī)的監(jiān)控下，按指令自主駕駛，自動(dòng)沿著規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，到達(dá)指定地點(diǎn)，完成一系列作業(yè)任務(wù)。其系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)成為柔性生產(chǎn)線、柔性裝配線、倉儲(chǔ)物流自動(dòng)化系統(tǒng)的重要設(shè)備和技術(shù)[1]。

 

  • AGV的基本結(jié)構(gòu)及典型部件

AGV的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，典型部件如圖2-2所示。

 

圖2-1 AGV的基本結(jié)構(gòu)

 

圖2-2 AGV的典型部件

  • 車體：由車架和相應(yīng)的機(jī)械裝置所組成，是AGV的基礎(chǔ)部分，是其他總成部件的安裝基礎(chǔ)。
  • 蓄電和充電裝置：AGV常采用24V和48V直流蓄電池為動(dòng)力。蓄電池供電一般應(yīng)保持連續(xù)工作8小時(shí)以上的需要。
  • 驅(qū)動(dòng)裝置：由車輪、減速器、制動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及速度控制器等部分組成，是控制AGV正常運(yùn)行的裝置。其運(yùn)行指令由計(jì)算機(jī)或人工控制齊發(fā)出，運(yùn)行速度、方向、制動(dòng)的調(diào)節(jié)分別由計(jì)算機(jī)控制。為了安全，在斷電時(shí)制動(dòng)裝置能靠機(jī)械實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
  • 導(dǎo)向裝置：接受導(dǎo)引系統(tǒng)的方向信息，通過轉(zhuǎn)向裝置來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向動(dòng)作。
  • 車上控制器：接受控制中心的指令并執(zhí)行相應(yīng)的指令，同時(shí)將本身的狀態(tài)（如位置、速度等）及時(shí)反饋給控制中心。
  • 通信裝置：實(shí)現(xiàn)AGV與地面控制站及地面監(jiān)控設(shè)備之間的信息交換。
  • 安全保護(hù)裝置：包括對(duì)AGV本身的保護(hù)、對(duì)人或其他設(shè)備的保護(hù)等方面。
  • 移載裝置：與所搬運(yùn)貨物直接接觸，實(shí)現(xiàn)貨物轉(zhuǎn)載的裝置。
  • 信息傳輸與處理裝置：對(duì)AGV進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控AGV所處的地面狀態(tài)，并與地面控制站實(shí)時(shí)進(jìn)行信息傳遞。

 

  • AGV的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
  1. AGV在國外的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

世界上第一臺(tái)AGV是由美國Barrett電子公司于20世紀(jì)50年代初開發(fā)成功的，它是一種牽引式小車系統(tǒng)，可十分方便地與其他物流系統(tǒng)自動(dòng)連接，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，極大提高了裝卸搬運(yùn)的自動(dòng)化程度。1954年英國最早研制了電磁感應(yīng)導(dǎo)向的AGV，由于它的顯著特點(diǎn)，迅速得到了應(yīng)用和推廣。到了70年代中期，由于微處理器及計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的成熟促進(jìn)了復(fù)雜控制器的改進(jìn)，并設(shè)計(jì)出更為靈活的AGV。

20世紀(jì)80年代末，國外的AGV達(dá)到發(fā)展的成熟階段，此時(shí)美國的AGV生產(chǎn)廠商從1983年的23家劇增至1985年的74家。1984年，美國通用汽車公司完成了它的第一個(gè)柔性裝配系統(tǒng)(FAS),從此該公司就成為當(dāng)時(shí)AGV的最大用戶。1986年已達(dá)1407臺(tái)(包括牽引式小車、叉車和單兀裝卸小車)，1987年又新增加1662臺(tái)。美國各公司在歐洲技術(shù)的基礎(chǔ)上將AGV發(fā)展到更為先進(jìn)的水平，他們采用更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，運(yùn)輸量更大，移載時(shí)間更短，小車和控制器的可靠性更高。

目前，全世界AGVS保有量在16000套以上，AGV在10萬臺(tái)以上。

 

  1. AGV在國內(nèi)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

我國AGV發(fā)展歷程較短，但一直以來不斷加大在這一領(lǐng)域的投入，以改變我國AGV長期依賴進(jìn)口的局面。北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所、清華大學(xué)、中國郵政科學(xué)院郵政科學(xué)研究規(guī)劃院、中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化所、大連組合機(jī)床研究所、國防科技大學(xué)和華東工學(xué)院都在進(jìn)行不同類型的AGV的研制并小批投入生產(chǎn)。

1976年，北京起重機(jī)械研究所研制出第一臺(tái)AGV，建成第一套AGV滾珠加工演示系統(tǒng)，隨后又研制出單向運(yùn)行載重500公斤的AGV，雙向運(yùn)行載重500kg、1000kg、2000kg的AGV，開發(fā)研制了幾套較簡單的AGV應(yīng)用系統(tǒng)。

1988年，原郵電部北京郵政科學(xué)技術(shù)研究所研制了郵政樞紐AGV。

1991年起，中科院沈陽自動(dòng)化研究所/新松機(jī)器人自動(dòng)化股份研究公司為沈陽金杯汽車廠研制生產(chǎn)了客車6臺(tái)AGV用于汽車裝配線中，可以說是汽車工業(yè)中用得比較成功的例子，并于1996年獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

1992年，天津理工學(xué)院研制了核電站用光學(xué)導(dǎo)引AGV。

1995年，我國的AGV技術(shù)出口韓國，標(biāo)志著我國自主研發(fā)的機(jī)器人技術(shù)第一次走向了國際市場。

目前國內(nèi)的AGV保有量應(yīng)該在1000臺(tái)左右，大約有60%是國內(nèi)的AGV廠家提供的，40%是國外廠家提供的[2]。

 

  • 國內(nèi)外AGV的兩種發(fā)展模式

第一種是以歐美國家為代表的全自動(dòng)AGV技術(shù)，這類技術(shù)追求AGV的自動(dòng)化，幾乎完全不需要人工的干預(yù)，路徑規(guī)劃和生產(chǎn)流程復(fù)雜多變，能夠運(yùn)用在幾乎所有的搬運(yùn)場合。這些AGV功能完善，技術(shù)先進(jìn)；同時(shí)為了能夠采用模塊化設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)成本，提高批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，歐美的AGV放棄了對(duì)外觀造型的追求，采用大部件組裝的形式進(jìn)行生產(chǎn)；系列產(chǎn)品的覆蓋面廣：各種驅(qū)動(dòng)模式，各種導(dǎo)引方式，各種移載機(jī)構(gòu)應(yīng)有盡有，系列產(chǎn)品的載重量可從50kg到60000kg（60噸）。盡管如此，由于技術(shù)和功能的限制，此類AGV的銷售價(jià)格仍然居高不下。此類產(chǎn)品在國內(nèi)有為數(shù)不多的企業(yè)可以生產(chǎn)，技術(shù)水平與國際水平相當(dāng)。

第二種是以日本為代表的簡易型AGV技術(shù)－－或只能稱其為AGC（Automated Guided Cart），該技術(shù)追求的是簡單實(shí)用，極力讓用戶在最短的時(shí)間內(nèi)收回投資成本，這類AGV在日本和臺(tái)灣企業(yè)應(yīng)用十分廣泛，從數(shù)量上看，日本生產(chǎn)的大多數(shù)AGV屬于此類產(chǎn)品（AGC）。該類產(chǎn)品完全結(jié)合簡單的生產(chǎn)應(yīng)用場合（單一的路徑，固定的流程），AGC只是用來進(jìn)行搬運(yùn)，并不刻意強(qiáng)調(diào)AGC的自動(dòng)裝卸功能，在導(dǎo)引方面，多數(shù)只采用簡易的磁帶導(dǎo)引方式。由于日本的基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)達(dá)，AGC生產(chǎn)企業(yè)能夠?yàn)槠渑渲蒙蠋缀鹾唵蔚貌荒茉俸唵蔚墓δ芷骷笰GC的成本幾乎降到了極限。這種AGC在日本80年代就得到了廣泛應(yīng)用，2002到2003年達(dá)到應(yīng)用的頂峰。由于該產(chǎn)品技術(shù)門檻較低，目前國內(nèi)已有多家企業(yè)可生產(chǎn)此類產(chǎn)品。

 

  • AGV的特點(diǎn)及類型
  1. AGV的特點(diǎn)

AGV有以下特點(diǎn)：自動(dòng)化程度高、充電自動(dòng)化、美觀、安全性、成本控制、易維護(hù)、可預(yù)測性、降低產(chǎn)品損傷、改善物流管理、較小的場地要求、靈活性、長距離運(yùn)輸。

 

  1. AGV的類型
  • 按導(dǎo)引方式分：直接坐標(biāo)導(dǎo)航方式、電磁導(dǎo)航方式、磁導(dǎo)航方式、激光導(dǎo)航方式、光學(xué)導(dǎo)航方式、慣性導(dǎo)航方式、圖象識(shí)別導(dǎo)航方式、GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航方式。
  • 按驅(qū)動(dòng)方式分：單驅(qū)動(dòng)、差速驅(qū)動(dòng)、雙驅(qū)動(dòng)、多輪驅(qū)動(dòng)。
  • 按移載方式分：推挽式、輥道式、鏈?zhǔn)健?、牽引式、馱舉式、叉式、揀選式、龍門式、機(jī)器人式。
  • 按通訊方式分：有線通訊、紅外光通訊、無線電通訊、無線局域網(wǎng)。

 

  1. AGV的主要技術(shù)參數(shù)
  • 運(yùn)載類別：托盤、集裝、容器、牽引等；
  • 承載質(zhì)量：有效承載能力、牽引能力，重型、中型、輕型、微型；
  • 自重：包括蓄電池；
  • 移載方式：自動(dòng)、半自動(dòng)或手工裝卸，前移、后移、側(cè)移、推挽、舉升等，輥道、鏈?zhǔn)?、叉式等?/li>
  • 行走速度：前進(jìn)、反向、轉(zhuǎn)彎、接近等速度；
  • 行走功能—主要有: 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)功能, 包括一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)配給式、多點(diǎn)依序運(yùn)送式、多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)匯集式、多點(diǎn)依序環(huán)路式、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)擴(kuò)散式；反向行走功能；橫向行走功能特別適于離線作業(yè)；轉(zhuǎn)彎、分線行走功能；斜行步進(jìn)功能； 原地回轉(zhuǎn)功能；升降功能；專用作業(yè)功能如裝配作業(yè)、機(jī)械手等作業(yè)功能；
  • 驅(qū)動(dòng)型式：三輪式、對(duì)偶三輪式、速差式、四輪式，行走、轉(zhuǎn)向、提升電機(jī)型式與功率，液壓型式與功率；
  • 行走精度：相對(duì)導(dǎo)向線路的左右偏差，轉(zhuǎn)彎時(shí)或分線時(shí)的左右偏差等；
  • 停位精度：各種工況的XYZ停位誤差；
  • 尺寸：靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、伸長、移載尺寸，輪距軸距，回轉(zhuǎn)最小半徑、地隙高度；
  • 導(dǎo)引方式：導(dǎo)引方式、導(dǎo)引器件型式(如激光掃描器、編碼器、攝像頭、磁釘?shù)?；
  • 通訊方式：有線、無線、紅外；
  • 控制系統(tǒng)：機(jī)上、地面控制系統(tǒng)的硬件、軟件，通用的型號(hào)、專用的年代版本等；
  • 安全裝置：車體正面、后面、側(cè)面、叉頭的各種聲、光、電、機(jī)械傳感器，開關(guān)、緩沖器、緊急停車按鈕、聲光報(bào)警，探測保護(hù)距離，探測保護(hù)距離隨速度、轉(zhuǎn)彎、接近、特殊工況、特殊路徑的自動(dòng)調(diào)整，制動(dòng)方式(減速電機(jī)，干式電磁制動(dòng)等)、各種工況的制動(dòng)距離等；
  • 蓄電池：功率、電池種類、組合狀態(tài)；
  • 充電方式：集中充電、快速充電等；
  • 工作噪聲；
  • 使用環(huán)境：對(duì)環(huán)境的要求；
  • 自重/載重：比值[3]。

 

  • AGV系統(tǒng)

AGV控制系統(tǒng)分為地面（上位）控制系統(tǒng)及車載（下位）控制系統(tǒng)，其中，地面控制系統(tǒng)指AGV系統(tǒng)的固定設(shè)備，主要負(fù)責(zé)任務(wù)分配，車輛調(diào)度，路徑（線）管理，交通管理，自動(dòng)充電等功能；車載控制系統(tǒng)在收到上位系統(tǒng)的指令后，負(fù)責(zé)AGV的導(dǎo)航計(jì)算，導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)，車輛行走，裝卸操作等功能。系統(tǒng)硬件配置如圖6-1所示：

 

圖6-1 AGV系統(tǒng)硬件配置

 

  • AGV的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展概況

曾有國外專家對(duì)AGV控制系統(tǒng)需解決的主要問題做了恰當(dāng)?shù)谋扔鳎篧here am I?（我在哪里？）Where am I going?（我要去哪里？）How can I get there?（我怎么去？），這三個(gè)問題歸納起來分別就AGV控制系統(tǒng)中的三個(gè)主要技術(shù)：AGV的導(dǎo)航（Navigation），AGV的路徑規(guī)劃（Layout designing），AGV的導(dǎo)引控制（Guidance）。

 

  1. AGV的導(dǎo)航技術(shù)

AGV之所以能夠?qū)崿F(xiàn)無人駕駛，導(dǎo)航和導(dǎo)引對(duì)其起到了至關(guān)重要的作用，隨著技術(shù)的發(fā)展，目前能夠用于AGV的導(dǎo)航/導(dǎo)引技術(shù)主要有以下幾種：

  • 直接坐標(biāo)（Cartesian Guidance）

用定位塊將AGV的行駛區(qū)域分成若干坐標(biāo)小區(qū)域，通過對(duì)小區(qū)域的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，一般有光電式（將坐標(biāo)小區(qū)域以兩種顏色劃分，通過光電器件計(jì)數(shù)）和電磁式（將坐標(biāo)小區(qū)域以金屬塊或磁塊劃分，通過電磁感應(yīng)器件計(jì)數(shù)）兩種形式，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)路徑的修改，導(dǎo)引的可靠性好，對(duì)環(huán)境無特別要求。缺點(diǎn)是地面測量安裝復(fù)雜，工作量大，導(dǎo)引精度和定位精度較低，且無法滿足復(fù)雜路徑的要求。

  • 電磁導(dǎo)引（Wire Guidance）

電磁導(dǎo)引是較為傳統(tǒng)的導(dǎo)引方式之一，目前仍被許多系統(tǒng)采用，它是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)金屬線，并在金屬線加載導(dǎo)引頻率，通過對(duì)導(dǎo)引頻率的識(shí)別來實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。其主要優(yōu)點(diǎn)是引線隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)引原理簡單而可靠，便于控制和通訊，對(duì)聲光無干擾，制造成本較低。缺點(diǎn)是路徑難以更改擴(kuò)展，對(duì)復(fù)雜路徑的局限性大。

  • 磁帶導(dǎo)引（Magnetic Tape Guidance）

與電磁導(dǎo)引相近，用在路面上貼磁帶替代在地面下埋設(shè)金屬線，通過磁感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，其靈活性比較好，改變或擴(kuò)充路徑較容易，磁帶鋪設(shè)簡單易行，但此導(dǎo)引方式易受環(huán)路周圍金屬物質(zhì)的干擾，磁帶易受機(jī)械損傷，因此導(dǎo)引的可靠性受外界影響較大。

  • 光學(xué)導(dǎo)引（Optical Guidance）

在AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對(duì)攝像機(jī)采入的色帶圖象信號(hào)進(jìn)行簡單處理而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，其靈活性比較好，地面路線設(shè)置簡單易行，但對(duì)色帶的污染和機(jī)械磨損十分敏感，對(duì)環(huán)境要求過高，導(dǎo)引可靠性較差，精度較低。

  • 激光導(dǎo)航（Laser Navigation）

激光導(dǎo)引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過激光掃描器發(fā)射激光束，同時(shí)采集由反射板反射的激光束，來確定其當(dāng)前的位置和航向，并通過連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。此項(xiàng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是AGV定位精確、地面無需其他定位設(shè)施、行駛路徑可靈活多變、能夠適合多種現(xiàn)場環(huán)境，它是目前國外許多AGV生產(chǎn)廠家優(yōu)先采用的先進(jìn)導(dǎo)引方式；缺點(diǎn)是制造成本高，對(duì)環(huán)境要求較相對(duì)苛刻（外界光線，地面要求，能見度要求等），不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）。

  • 慣性導(dǎo)航（Inertial Navigation）

慣性導(dǎo)航是在AGV上安裝陀螺儀，在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊，AGV可通過對(duì)陀螺儀偏差信號(hào)（角速率）的計(jì)算及地面定位塊信號(hào)的采集來確定自身的位置和航向，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引。此項(xiàng)技術(shù)在軍方較早運(yùn)用，其主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)，較之有線導(dǎo)引，地面處理工作量小，路徑靈活性強(qiáng)。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其后續(xù)信號(hào)處理密切相關(guān)。

  • 視覺導(dǎo)航（Visual Navigation ）

對(duì)AGV行駛區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行圖象識(shí)別，實(shí)現(xiàn)智能行駛，這是一種具有巨大潛力的導(dǎo)引技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)已被少數(shù)國家的軍方采用，將其應(yīng)用到AGV上還只停留在研究中，目前還未出現(xiàn)采用此類技術(shù)的實(shí)用型AGV?？梢韵胂?，圖象識(shí)別技術(shù)與激光導(dǎo)引技術(shù)相結(jié)合將會(huì)AGV更加完美，如導(dǎo)引的精確性和可靠性，行駛的安全性，智能化的記憶識(shí)別等都將更加完美。

  • GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航（Global Position System）

通過衛(wèi)星對(duì)非固定路面系統(tǒng)中的控制對(duì)象進(jìn)行跟蹤和制導(dǎo)，目前此項(xiàng)技術(shù)還在發(fā)展和完善，通常用于室外遠(yuǎn)距離的跟蹤和制導(dǎo)，其精度取決于衛(wèi)星在空中的固定精度和數(shù)量，以及控制對(duì)象周圍環(huán)境等因素。

對(duì)幾種常用的導(dǎo)引方式做簡單的比較如圖7-1所示[3]：

 

圖7-1 導(dǎo)引方式的比較和選擇

對(duì)國外十幾家AGV公司27個(gè)系列產(chǎn)品所采用的主要導(dǎo)向技術(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，電磁感應(yīng)、慣性導(dǎo)航、光學(xué)檢測、位置設(shè)定、激光檢測、圖像識(shí)別所占比例分別為32.3%、27.8%、16.9%、13.8%、7.69%和1.54%。其中，電磁感應(yīng)導(dǎo)向技術(shù)的應(yīng)用比例最高，這表明該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)十分成熟。而機(jī)器視覺導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用較少，說明該項(xiàng)技術(shù)還需要深入研究和不斷完善。另外，自主導(dǎo)航技術(shù)仍然處在研究階段，還有許多技術(shù)問題需要解決。

 

  1. AGV 路徑規(guī)劃

隨著柔性制造系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和物流自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)的快速發(fā)展，AGV技術(shù)得到了快速發(fā)展。從一開始對(duì)單臺(tái)AGV的研究，發(fā)展到了對(duì)多AGV組成的物流系統(tǒng)的研究。而多AGV的路徑規(guī)劃作為直接影響多AGV系統(tǒng)整體性能的重要部分，一直倍受廣大學(xué)者的關(guān)注。隨著研究的深入，國內(nèi)外學(xué)者提出了很多計(jì)算模型和策略。韓國的Jung Hoon Lee等人將兩階段的交通控制策略[4]應(yīng)用于多AGV的無碰規(guī)劃，劉國棟等提出了多AGV調(diào)度系統(tǒng)中的兩階段動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的方法[5]。兩階段控制策略離線生成路徑庫，減少了在線運(yùn)算的負(fù)擔(dān)，但是隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增多，動(dòng)態(tài)規(guī)劃的負(fù)擔(dān)加重，不適用于大規(guī)模多AGV系統(tǒng)。其他如Petri網(wǎng)[6]，遺傳算法[7]，Tabu Search算法[8]（禁忌搜索算法）等策略和算法，在系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增多的情況下，也有同樣的缺陷。為了有效地共享系統(tǒng)路徑，時(shí)間窗(Time-window)方法被提出并用于解決多AGV最優(yōu)路徑問題[9]。然而使用時(shí)間窗實(shí)現(xiàn)多AGV路徑規(guī)劃也是一個(gè)NP完全問題，并且在使用時(shí)間窗的模型中，獲得時(shí)間窗的AGV占用路徑時(shí)間過長，容易導(dǎo)致關(guān)鍵路段發(fā)生擁堵，降低系統(tǒng)效率。

  • 靜態(tài)環(huán)境中確定AGV 路徑規(guī)劃

AGV 路徑規(guī)劃在智能控制系統(tǒng)中具有重要作用， 對(duì)于保證工作的安全性來說具有重要意義。一直以來，很多學(xué)者都對(duì)此進(jìn)行孜孜不倦的探索，這也是機(jī)器人學(xué)中最新最熱的內(nèi)容之一。主要研究的是在障礙物的環(huán)境下，機(jī)器人如何尋找到目標(biāo)，也就是選擇合適的路徑規(guī)劃。智能控制下的AGV 路徑規(guī)劃較為重要的兩種形態(tài)，靜態(tài)環(huán)境中的路徑規(guī)劃以及動(dòng)態(tài)環(huán)境中的路徑規(guī)劃。

靜態(tài)環(huán)境下的路徑規(guī)劃是假定在環(huán)境信息未被完全掌握的情況下，機(jī)器人是通過怎么樣的路徑感知環(huán)境，并且運(yùn)用局部區(qū)域傳播算法。因此這種路徑一般會(huì)在環(huán)境中僅存在靜態(tài)已知障礙物的情況下被采用。但是要分析靜態(tài)環(huán)境中AGV 路徑規(guī)劃，需要解決的一個(gè)問題是在這種環(huán)境中什么樣的路徑才能夠被認(rèn)為是合理的?？偠灾軌蚴笰GV 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的就是合理路徑。合理的路徑由路徑的平滑程度決定，路徑越趨于平緩，則AGV 系統(tǒng)將會(huì)更容易實(shí)現(xiàn)。此時(shí)可以將路徑分為四個(gè)種類，第一類平滑程度非常低，表現(xiàn)為路徑的不連續(xù)性，此時(shí)很多存在位置會(huì)表現(xiàn)突變的特性， 這種情況下AGV 系統(tǒng)不容易被控制，因?yàn)檫@些曲線不連續(xù)，無法對(duì)其追蹤。第二類，這類曲線相對(duì)于第一種來說具有連續(xù)性，但是在切線方向有時(shí)也會(huì)發(fā)生突變現(xiàn)象。此時(shí)也不能夠被AGV 系統(tǒng)控制。第三類，這類曲線不僅具有連續(xù)性的特點(diǎn)， 而且還能在切線方向保持連續(xù)性，因此是較為合理的路徑規(guī)劃，一般情況下也常常被采用。第四類，將以上三類曲線的優(yōu)點(diǎn)都集于一身，但是要生產(chǎn)這類曲線十分復(fù)雜，因此在實(shí)踐當(dāng)中，這類曲線很難被采用。

  • 動(dòng)態(tài)環(huán)境中確定的路徑規(guī)劃

在動(dòng)態(tài)復(fù)雜環(huán)境的中的路徑規(guī)劃不同于靜態(tài)環(huán)境中的路徑規(guī)劃。因?yàn)榄h(huán)境變化之后，很多信息無法被掌握，要保證最優(yōu)性在這種情況下是無法被實(shí)現(xiàn)的。在進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)，應(yīng)當(dāng)在安全性以及時(shí)間性之間進(jìn)行衡量。在較為復(fù)雜的環(huán)境下，不管決定適用何種性能指標(biāo)，都必須要考慮目標(biāo)吸引、動(dòng)態(tài)安全性以及時(shí)間約束三個(gè)方面的內(nèi)容[10]。

 

  1. AGV的導(dǎo)引

AGV的導(dǎo)引（Guidance）是指根據(jù)AGV導(dǎo)航（Navigation）所得到的位置信息，按AGV的路徑所提供的目標(biāo)值計(jì)算出AGV的實(shí)際控制命令值，即給出AGV的設(shè)定速度和轉(zhuǎn)向角，這是AGV控制技術(shù)的關(guān)鍵。簡單看來，AGV的導(dǎo)引控制就是AGV軌跡跟蹤。這對(duì)有線式的導(dǎo)引（電磁，磁帶等導(dǎo)引方式）不會(huì)有太多的問題，但對(duì)無線式的導(dǎo)引（激光，慣性等導(dǎo)引方式）卻不是一件容易的事。

 

圖7-2 AGV運(yùn)行的路徑軌跡

AGV的路徑規(guī)劃是根據(jù)AGV運(yùn)行的實(shí)際環(huán)境設(shè)計(jì)出AGV運(yùn)行的路徑軌跡，AGV單機(jī)按照地面控制系統(tǒng)下發(fā)的段表中的路徑（段）屬性自動(dòng)行駛。AGV的導(dǎo)引控制算法就是解決段表下發(fā)后AGV的參考點(diǎn)如何沿著既定軌跡行走，一般需要實(shí)現(xiàn)直線段和四次方曲線的導(dǎo)引控制。對(duì)于不同驅(qū)動(dòng)方式的AGV來說，由于它的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型不一樣，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)引控制算法也是不同的。這里簡單討論SD（Steer Driving）型AGV的導(dǎo)引算法：

我們的控制目標(biāo)是AGV的參考點(diǎn)，目的是使AGV能很好地沿著既定軌跡行走。對(duì)SD型AGV來說，可以控制的只有AGV前輪的轉(zhuǎn)角和速度，通過運(yùn)動(dòng)模型可知：參考點(diǎn)的運(yùn)行軌跡只和前輪的轉(zhuǎn)向角有關(guān)，所以，要實(shí)現(xiàn)對(duì)參考點(diǎn)軌跡跟蹤的控制，實(shí)際上就是對(duì)前輪轉(zhuǎn)向角的控制。

在具體的設(shè)計(jì)過程中，利用一種“追蹤導(dǎo)引方法”，即在AGV的運(yùn)行過程中參考點(diǎn)始終追蹤著路徑軌跡上的虛擬點(diǎn)，這個(gè)虛擬點(diǎn)就像在賽狗時(shí)所用到的兔子，AGV永遠(yuǎn)追不上，但又永遠(yuǎn)在AGV前面不遠(yuǎn)的地方；AGV前進(jìn)的方向始終指向虛擬點(diǎn)，通過這樣周期性的調(diào)節(jié)，就可以使AGV以很小的誤差沿著路徑軌跡行走。

  • 總結(jié)

AGV系統(tǒng)是集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)于一體的高新技術(shù)，是柔性化、智能化程度極高的輸送系統(tǒng)。AGV 技術(shù)仍在發(fā)展中,隨著現(xiàn)代高科技的進(jìn)步,AGV 的性能與功能都將不斷得到提高。AGV系統(tǒng)由于自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì),將適合更為廣泛的工業(yè)或非工業(yè)需求,得到越來越廣泛的應(yīng)用。