文｜机械科学研究总院、机科发展科技股份有限公司
徐京邦、刘洋、李计星、周宇、王凌云
AGV广泛应用于物流仓储、生产制造，是生产环节中柔性制造的重要体现。本文针对激光导航AGV，根据激光导航方式进行归纳并阐述其特点，对定位与建图、内部定位传感器、定位精度具体展开讨论，总结AGV激光导航技术的发展趋势。
自动导引车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)是现代制造企业物流系统中的重要设备，主要用来搬运各类物料，为系统柔性化、集成化、高效运行提供了重要保证。
激光导航AGV以激光雷达作为探测外部周围环境的传感器，从而进行导航定位。相比于其他导航方式，激光导航AGV具有较高的可靠性和柔性，广泛应用于生产制造的各个领域。
一、导航方式的形式及特点
1.基于反射标记物的激光导航
在AGV行驶路径的周围布置足够数量的激光反射标记物，激光雷达探测并识别反射标记物，从而进行导航。通常，激光反射标记物以反光板、反光柱的形式存在，如图1、2。这种导航方式稳定可靠，定位精度高，算法复杂度较低，对外界环境的要求较低，应用广泛。
2.基于外界自然环境的激光导航
这种导航方式又称为自然导航，以AGV激光雷达探测到的轮廓信息作为参考，进行导航。相比于依赖反射标记物的激光导航方式，虽然自然导航的精度、可靠性相对较低（特别是在环境信息较为单一的情况下，如较长的走廊），算法复杂度相对较高，但是无需安装激光反射标记物，减少了AGV系统的安装调试时间，提高了AGV系统的柔性。
3.基于反射标记物和自然环境的复合式激光导航
复合导航，一方面利用周围自然环境信息对AGV进行定位，一方面在环境可识别性较差或需要进行精确定位的站台区域，布置反射标记物，求解AGV的实时位置。
相比于前两种导航形式，复合导航的算法复杂度最高，需要考虑信息融合的问题，具体表现为AGV实时位置的综合求解以及地图信息的统一描述。
二、激光导航的关键性问题
1.定位与构建地图
无论是物流仓储的货物分拣，还是生产制造的物料搬运，对于激光导航AGV而言，都需要在调试阶段存储完整的地图信息，然后再投入运行，且运行阶段可不对全局地图进行修改或仅进行适当的修改。
获取精确的地图信息是十分重要的，直接影响到运行阶段的定位导航精度。一方面可以通过多次静态探测，将多幅局部地图进行拼接，得到完整的地图信息。另一方面，也可以通过同时定位与建图（slam）得到完整地图。
2.用于定位的内部传感器
通过用于定位的内部传感器（AGV舵轮的驱动、转向编码器，或者AGV的惯性测量单元等），可以对AGV位置进行求解。但是，这些内部传感器难免存在一定的不足。为了提高定点停车的定位精度，需要改善定位算法，更重要的是，可以通过增强外界环境信息来提高定位精度。具体方法有如下几种：
（1）增加反光板数量；
（2）在停车位置附近构建局部特定轮廓；
（3）引入磁钉、二维码等导航方式；
（4）在AGV上加入视觉传感器，扫描物料或托盘，实现AGV与目标物的精准对接。
三、激光导航的发展趋势
1.导航方式复合化
在大部分行驶区域，AGV进行自然导航，在定位精度要求高的局部区域布置激光反射标记物进行导航。不仅如此，根据应用场合的需求，可以再引入磁条、磁钉、二维码等导航方式，提高AGV的导航精度与可靠性。
2.行驶路线的柔性化
面向工厂的AGV需要做到高可靠性、高效性，因此，基本上都是沿着预先设计好的固定路径行驶。如同火车必须沿着轨道行驶一般，虽然可以选择轨道，但是不能脱轨。
对此，可以将AGV接近取放货站台的分支末端的固定轨迹取消，允许AGV在接近终点的区域根据当时的环境信息，进行自我规划路径。如此，一方面可以减少前期调试期间设计行驶线路的工作量，一方面也可以提高系统柔性，对在终点附近的障碍物有一定的避障作用。
3.导航信息模块化
激光雷达基本的作用是通过探测周围区域，获取外界环境的轮廓，以点云的形式得到地图信息，如图3。
有的激光雷达生产厂商，不仅提供了可配套兼容的驱动器及编码器，还增添了独立的导航模块，导航模块内置定位算法，可以得到优化后的地图信息和AGV的实时位置，减少了研发人员二次开发的难度，缩短开发周期。
四、总结
激光导航AGV具有较高的可靠性、精准性、灵活性，能够适用于大部分的生产领域。基于反射标记物的激光导航方式，技术相对成熟。自然导航因其具有更好的灵活性，具有较大的发展潜力。基于上述两种方式的复合式激光导航，同时兼顾可靠性与灵活性，具有极高的研究价值。
地图构建是激光导航AGV十分重要的内容。激光导航结合AGV内部定位传感器可以获得更好的导航质量。在激光导航的基础上，引入新的导航方式用以辅助，配合外部环境添加的额外特定轮廓，可以使定位精度和可靠性进一步提升。
由于激光导航AGV具有较大的市场需求和较为广阔的应用场景，AGV激光导航技术还应不断提升和完善。未来的激光导航AGV，导航方式复合多样化，行驶路线更加灵活自由，导航信息的获取和使用更加方便，便于开发调试人员以及生产操作人员的使用和维护。
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