AGV

　　1 名词概述

　　无人搬运车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)，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，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道(electromagnetic path-following system)来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。

　　AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

　　2 AGV优点

　　（1）自动化程度高；

　　由计算机，电控设备，激光反射板等控制。

　　当车间某一环节需要辅料时，由工作人员向计算机终端输入相关信息，计算机终端再将信息发送到中央控制室，由专业的技术人员向计算机发出指令，在电控设备的合作下，这一指令最终被AGV接受并执行——将辅料送至相应地点。

　　（2）充电自动化；

　　当AGV小车的电量即将耗尽时，它会向系统发出请求指令，请求充电（一般技术人员会事先设置好一个值），在系统允许后自动到充电的地方“排队”充电。

　　另外，AGV小车的电池寿命很长（10年以上），并且每充电15分钟可工作4h左右。

　　（3）美观，提高观赏度，从而提高企业的形象。

　　（4）方便，减少占地面积；生产车间的AGV小车可以在各个车间穿梭往复。

　　3 AGV发展历史

　　AGV扮演物料运输的角色已经50多年了。第一辆AGV诞生于1953年，它是由一辆

　　牵引式拖拉机改造而成的，带有车兜，在一间杂货仓库中沿着布置在空中的导线运输货物。到上世纪五十年代末到六十年代初期时，已有多种类型的牵引式AGV用于工厂和仓库。

　　20世纪70年代，基本的导引技术是靠感应埋在地下的导线产生的电磁频率。通过一个叫做“地面控制器”的设备打开或关闭导线中的频率，从而指引AGV沿着预定的路径行驶。

　　20世纪80年代末期，无线式导引技术引入到AGV系统中，例如利用激光和惯性进行导引，这样提高了AGV系统的灵活性和准确性，而且，当需要修改路径时，也不必改动地面或中断生产。这些导引方式的引入，使得导引方式更加多样化了。

　　从20世纪80年代以来，自动导引运输车（AGV）系统已经发展成为生产物流系统中最大的专业分支之一，并出现产业化发展的趋势，成为现代化企业自动化装备不可缺少的重要组成部分。在欧、美等发达国家，发展最为迅速，应用最为广泛；在亚洲的日本和韩国，也得到迅猛的发展和应用，尤其是在日本，产品规格、品种、技术水平、装备数量及自动化程度等方面较为丰富，已经达到标准化、系列化、流水线生产的程度。在我国，随着物流系统的迅速发展，AGV的应用范围也在不断扩展，如何能够开发出能够满足用户各方面需求（功能、价格、质量）的AGV系统技术是未来我们必须面对的现实问题。

　　综合分析AGV技术的发展，我们不难分析出国内外AGV有两种发展模式：第一种是以欧美国家为代表的全自动AGV技术，这类技术追求AGV的自动化，几乎完全不需要人工的干预，路径规划和生产流程复杂多变，能够运用在几乎所有的搬运场合。这些AGV功能完善，技术先进；同时为了能够采用模块化设计，降低设计成本，提高批量生产的标准，欧美的AGV放弃了对外观造型的追求，采用大部件组装的形式进行生产；系列产品的覆盖面广：各种驱动模式，各种导引方式，各种移载机构应有尽有，系列产品的载重量可从50kg到60000kg（60吨）。尽管如此，由于技术和功能的限制，此类AGV的销售价格仍然居高不下。此类产品在国内有为数不多的企业可以生产，技术水平与国际水平相当。第二种是以日本为代表的简易型AGV技术－－或只能称其为AGC（Automated Guided Cart），该技术追求的是简单实用，极力让用户在最短的时间内收回投资成本，这类AGV在日本和台湾企业应用十分广泛，从数量上看，日本生产的大多数AGV属于此类产品（AGC）。该类产品完全结合简单的生产应用场合（单一的路径，固定的流程），AGC只是用来进行搬运，并不刻意强调AGC的自动装卸功能，在导引方面，多数只采用简易的磁带导引方式。由于日本的基础工业发达，AGC生产企业能够为其配置上几乎简单得不能再简单的功能器件，使AGC的成本几乎降到了极限。这种AGC在日本80年代就得到了广泛应用，2002到2003年达到应用的顶峰。由于该产品技术门槛较低，目前国内已有多家企业可生产此类产品。

　　4 AGV现状

　　随着物流系统的迅速发展,AGV的应用范围也在不断扩展,AGV系统,研究设计一种基于电磁导航的无人驾驶小车系统方案.通过实际硬件实验,系统能够达到预期设计要求,能够广泛运用于工业、军事、交通运输、电子等领域,具有良好的环境适应能力,很强的抗干扰能力和目标识别能力。

　　5 AGV系统

　　AGV系统的控制是通过物流上位调度系统、AGV地面控制系统及AGV车载控制系统三者之间的相互协作完成的，对该系统的理解，有一个非常恰当而通俗易懂的例子：

　　假设某市有一家出租车公司，该公司管理先进，每辆出租车都装全球定位系统（GPS），这样在公司的监控中心就可以清楚地知道每辆车的位置及行驶路线，司机可通过无线通信随时向公司汇报此时车辆的载客情况。

　　当有客户需要乘坐出租车时，客户可以打电话到出租车公司的客户中心，说明他当前所在的位置，以及要到达的目的地，这里，我们可将客户的电话理解为来自物流调度系统的需求，出租车公司的客户中心理解为AGV的地面控制系统，即AGV系统的上位。

　　客户中心收到客户的电话后，可以通过无线电话与出租车司机联系，选择离客户最近，又正好空闲的车辆A前往接客，就像AGV的地面控制系统进行的车辆和任务分配；在车辆A前往接客的途中，客户中心可能又接到报告，有空闲车辆B离客户更近，那么客户中心将及时通知车辆B去接客户，取消车辆A的任务，这就是AGV地面控制系统的动态车辆调度。客户中心对出租车将要行驶道路的交通状况也了如指掌，能够及时通知各个司机选择最便捷的道路行驶，该道路所需时间最短，但不一定是路程最短，因为，最近路程的道路上可能发生了交通阻塞，这就是AGV地面系统中所完成的路径搜索和路径分配的工作。

　　AGV系统的控制过程就类似这样一家管理先进的出租车公司，物流上位调度系统、AGV地面控制系统和AGV车载控制系统分别相当于客户、客户中心和出租车司机，AGV地面控制系统和各台AGV之间通过无线通信来交换信息，调度AGV的作业，并为其选择路径（线），确保交通通畅。AGV是以电池为动力的，当电量不足时，会向地面控制系统发出充电请求，在得到允许后，前往充电站自动充电，在充电期间，AGV地面控制系统不会向此AGV分配任何任务，就与出租车进了加油站不再载客一样。

　　系统构成

　　曾有国外专家对AGV控制系统需解决的主要问题做了恰当的比喻：Where am I? （我在哪里？）Where am I going?（我要去哪里？） How can I get there?（我怎么去？），这三个问题归纳起来分别就是AGV控制系统中的三个主要技术：AGV的导航（Navigation），AGV的路径规划（Layout designing），AGV的导引控制（Guidance）。为了能够解决好这些问题，AGV系统的构成也必然复杂：

　　AGV控制系统分为地面（上位）控制系统、车载（单机）控制系统及导航/导引系统，其中，地面控制系统指AGV系统的固定设备，主要负责任务分配，车辆调度，路径（线）管理，交通管理，自动充电等功能；车载控制系统在收到上位系统的指令后，负责AGV的导航计算，导引实现，车辆行走，装卸操作等功能；导航/导引系统为AGV单机提供系统绝对或相对位置及航向。

　　AGV系统是一套复杂的控制系统，加之不同项目对系统的要求不同，更增加了系统的复杂性，因此，系统在软件配置上设计了一套支持AGV项目从路径规划、流程设计、系统仿真（Simulation）到项目实施全过程的解决方案。上位系统提供了可灵活定义AGV系统流程的工具，可根据用户的实际需求来规划或修改路径或系统流程；而上位系统也提供了可供用户定义不同AGV功能的编程语言。

　　地面控制系统

　　AGV地面控制系统（Stationary System）即AGV上位控制系统，是AGV系统的核心。其主要功能是对AGV系统（AGVS）中的多台AGV单机进行任务分配，车辆管理，交通管理，通讯管理等。

　　任务管理：任务管理类似计算机操作系统的进程管理，它提供对AGV地面控制程序的解释执行环境；提供根据任务优先级和启动时间的调度运行；提供对任务的各种操作如启动、停止、取消等。

　　车辆管理：车辆管理是AGV管理的核心模块，它根据物料搬运任务的请求，分配调度AGV执行任务，根据AGV行走时间最短原则，计算AGV的最短行走路径，并控制指挥AGV的行走过程，及时下达装卸货和充电命令。

　　交通管理：根据AGV的物理尺寸大小、运行状态和路径状况，提供AGV互相自动避让的措施，同时避免车辆互相等待的死锁方法和出现死锁的解除方法；AGV的交通管理主要有行走段分配和死锁报告功能。

　　通讯管理：通信管理提供AGV地面控制系统与AGV单机、地面监控系统、地面IO设备、车辆仿真系统及上位计算机的通信功能。和AGV间的通信使用无线电通信方式，需要建立一个无线网络，AGV只和地面系统进行双向通信，AGV间不进行通信，地面控制系统采用轮询方式和多台AGV通信；与地面监控系统、车辆仿真系统、上位计算机的通信使用TCP/IP通信。

　　车辆驱动：小车驱动负责AGV状态的采集，并向交通管理发出行走段的允许请求，同时把确认段下发AGV。

　　车载控制系统

　　AGV车载控制系统（Onboard System），即AGV单机控制系统，在收到上位系统的指令后，负责AGV单机的导航，导引，路径选择，车辆驱动，装卸操作等功能。

　　导航（Navigation）：AGV单机通过自身装备的导航器件测量并计算出所在全局坐标中的位置和航向。

　　导引（Guidance）：AGV单机根据现在的位置、航向及预先设定的理论轨迹来计算下个周期的速度值和转向角度值即，AGV运动的命令值。

　　路径选择（Searching）：AGV单机根据上位系统的指令，通过计算，预先选择即将运行的路径，并将结果报送上位控制系统，能否运行由上位系统根据其它AGV所在的位置统一调配。AGV单机行走的路径是根据实际工作条件设计的，它有若干“段”（Segment）组成。每一“段”都指明了该段的起始点、终止点，以及AGV在该段的行驶速度和转向等信息。

　　车辆驱动（Driving）：AGV单机根据导引（Guidance）的计算结果和路径选择信息，通过伺服器件控制车辆运行。

　　导航导引方式

　　AGV之所以能够实现无人驾驶，导航和导引对其起到了至关重要的作用，随着技术的发展，目前能够用于AGV的导航/导引技术主要有以下几种：

　　1 直接坐标 （Cartesian Guidance）

　　用定位块将AGV的行驶区域分成若干坐标小区域，通过对小区域的计数实现导引，一般有光电式（将坐标小区域以两种颜色划分，通过光电器件计数）和电磁式（将坐标小区域以金属块或磁块划分，通过电磁感应器件计数）两种形式，其优点是可以实现路径的修改，导引的可靠性好，对环境无特别要求。缺点是地面测量安装复杂，工作量大，导引精度和定位精度较低，且无法满足复杂路径的要求。

　　2 电磁导引（Wire Guidance）

　　电磁导引是较为传统的导引方式之一，目前仍被许多系统采用，它是在AGV的行驶路径上埋设金属线，并在金属线加载导引频率，通过对导引频率的识别来实现AGV的导引。其主要优点是引线隐蔽，不易污染和破损，导引原理简单而可靠，便于控制和通讯，对声光无干扰，制造成本较低。缺点是路径难以更改扩展，对复杂路径的局限性大。

　　3 磁带导引 （Magnetic Tape Guidance）

　　与电磁导引相近，用在路面上贴磁带替代在地面下埋设金属线，通过磁感应信号实现导引，其灵活性比较好，改变或扩充路径较容易，磁带铺设简单易行，但此导引方式易受环路周围金属物质的干扰，磁带易受机械损伤，因此导引的可靠性受外界影响较大。

　　4 光学导引（Optical Guidance）

　　在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带，通过对摄像机采入的色带图象信号进行简单处理而实现导引，其灵活性比较好，地面路线设置简单易行，但对色带的污染和机械磨损十分敏感，对环境要求过高，导引可靠性较差，精度较低。

　　5 激光导航（Laser Navigation）

　　激光导引是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过激光扫描器发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和航向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导引。

　　此项技术最大的优点是，AGV定位精确；地面无需其他定位设施；行驶路径可灵活多变，能够适合多种现场环境，它是目前国外许多AGV生产厂家优先采用的先进导引方式；缺点是制造成本高，对环境要求较相对苛刻（外界光线，地面要求，能见度要求等），不适合室外（尤其是易受雨、雪、雾的影响）。

　　6 惯性导航 （Inertial Navigation）

　　惯性导航是在AGV上安装陀螺仪，在行驶区域的地面上安装定位块，AGV可通过对陀螺仪偏差信号（角速率）的计算及地面定位块信号的采集来确定自身的位置和航向，从而实现导引。

　　此项技术在军方较早运用，其主要优点是技术先进，较之有线导引，地面处理工作量小，路径灵活性强。其缺点是制造成本较高，导引的精度和可靠性与陀螺仪的制造精度及其后续信号处理密切相关。

　　7 视觉导航 （Visual Navigation ）

　　8 GPS（全球定位系统）导航 （Global Position System）

　　通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导，目前此项技术还在发展和完善，通常用于室外远距离的跟踪和制导，其精度取决于卫星在空中的固定精度和数量，以及控制对象周围环境等因素。

　　由此发展出来的是iGPS（室内GPS）和dGPS（用于室外的差分GPS），其精度要远远高于民用GPS，但地面设施的制造成本是一般用户无法接受的。

　　6 机构简介

　　早期AGV小车自动运行时只能单向行驶，因而适用环境受到局限。为了满足工业生产的要求，近年来国外已有在自动运行时能前进和后退甚至全方位行驶、前进、后退、侧向和旋转的AGV产品，这些成就归功于行走机构的进步。

　　1、两轮差速的行走机构 这种行走机构チ叫凶咔动车轮对称布置在前后中线上两支承轮前后分别布置在以两行走轮支点为底边的等腰三角形顶点处。小车靠两侧行走驱动轮差速转向因此不必设置舵轮。该小车机构简单、工作可靠、成本低。在自动运行状态下小车能做前进、后退行驶并能垂直转弯机动性好。和带舵轮的四轮行走机构小车相比该车由于省去了舵轮不仅可以省去两台驾驶马达还能节省空间小车可以做的更小些。近年来这种机构的小车得到广泛应用。 为了提高行驶时车体横向稳定性可将两轮差速的四轮行走机构做如下改进将支承轮由原来的两个增加到四个分别布置在小车底盘的四个角处。

　　2、三轮行走机构 三轮行走机构的AGV小车三个车轮分别布置在等腰三角形的三个顶点上前轮既是舵轮又是行走驱动轮后面两个车轮是无动力支承轮。三轮行走机构的AGV小车结构简单、控制容易、工作可靠、造价低。该车手动时可前进、后退和转弯自动运行时只能单向行驶转弯时后轮中点轨迹偏离导引线Ｂ旨３室肺锵擢ぁ

　　3、带舵轮的四轮行走机构 带舵轮的四轮行走机构是在三轮行走机构基础上演变过来的，它相当于把两个三轮车合并在一起两支承轮对称地布置在小车前后的中线上前后车轮分别对称布置在以两支承轮支点为底边的等腰三角形顶点处。前后车轮既是舵轮又是行走驱动轮。这种AGV小车在自动运行状态下可全方位行驶转弯时前后车轮均能跟踪导引线轨迹机动性比三轮车好适用于狭窄通道作业环境。

　　4、其它形式的行走机构 近年来国外公司不断研究出新的行走机构。其中最有代表性的属瑞典麦卡纳姆公司的行走机构。该行走机构设计新颖、机构紧凑四个驱动车轮以铰接形式分别布置在底盘的四个角上。运行时分别控制四个车轮的转向和转速利用速度矢量合成原理实现驾驶。后来日本三井公司与麦卡纳姆公司合作在原基础上做了改进推出了三井麦卡纳姆车轮系统，其性能比原来又有所提高。这种AGV小车可实现全方位行驶。

　　7 应用领域

　　领域

　　1．仓储业

　　仓储业是AGV最早应用的场所。1954年世界上首台AGV在美国的South Carolina州的Mercury Motor Freight公司的仓库内投入运营，用于实现出入库货物的自动搬运。目前世界上约有2万台各种各样AGV运行在2100座大大小小仓库中。海尔集团于2000年投产运行的开发区立体仓库中，9台AGV组成了一个柔性的库内自动搬运系统，成功地完成了每天23400的出入库货物和零部件的搬运任务。

　　2．制造业

　　AGV在制造业的生产线中大显身手，高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务。并且可由多台AGV组成柔性的物流搬运系统，搬运路线可以随着生产工艺流程的调整而及时调整，使一条生产线上能够制造出十几种产品，大大提高了生产的柔性和企业的竞争力。1974年瑞典的Volvo Kalmar轿车装配厂为了提高运输系统的灵活性，采用基于AGVS为载运工具的自动轿车装配线，该装配线由多台可装载轿车车体的AGVS组成，采用该装配线后，装配时间减少了20%，装配故障减小39%，投资回收时间减小57%，劳动力减小了5%。目前，AGV在世界的主要汽车厂，如通用、丰田、克莱斯勒、大众等汽车厂的制造和装配线上得到了普遍应用。

　　近年来，作为CIMS的基础搬运工具，AGV的应用深入到机械加工、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业，生产加工领域成为AGV应用最广泛的领域。

　　3．邮局、图书馆、港口码头和机场

　　在邮局、图书馆、码头和机场等场合，物品的运送存在着作业量变化大，动态性强，作业流程经常调整，以及搬运作业过程单一等特点，AGV的并行作业、自动化、智能化和柔性化的特性能够很好的满足上式场合的搬运要求。瑞典于1983年在大斯得哥尔摩邮局、日本于1988年在东京多摩邮局、中国在1990年于上海邮政枢纽开始使用AGV，完成邮品的搬运工作。在荷兰鹿特丹港口，50辆称为“yard tractors”的AGV完成集装箱从船边运送到几百码以外的仓库这一重复性工作。

　　4．烟草、医药、食品、化工

　　对于搬运作业有清洁、安全、无排放污染等特殊要求的烟草、医药、食品、化工等行业中，AGV的应用也受到重视。在国内的许多卷烟企业，如青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂都应用了激光引导式AGV完成托盘货物的搬运工作。

　　5．危险场所和特种行业

　　在军事上，以AGV的自动驾驶为基础集成其他探测和拆卸设备，可用于战场排雷和阵地侦察，英国军方正在研制的MINDER Recce是一辆侦察车，具有地雷探测、销毁及航路验证能力的自动型侦察车。在钢铁厂，AGV用于炉料运送，减轻了工人的劳动强度。在核电站和利用核辐射进行保鲜储存的场所，AGV用于物品的运送，避免了危险的辐射。在胶卷和胶片仓库，AGV可以在黑暗的环境中，准确可靠的运送物料和半成品。[2] 行车AGV行车

　　对AGV行驶区域的环境进行图象识别，实现智能行驶，这是一种具有巨大潜力的导引技术，此项技术已被少数国家的军方采用，将其应用到AGV上还只停留在研究中，目前还未出现采用此类技术的实用型AGV。

　　可以想象，图象识别技术与激光导引技术相结合将会AGV更加完美，如导引的精确性和可靠性，行驶的安全性，智能化的记忆识别等都将更加完美。