????? 引言?
????? 自動導(dǎo)引車(automated?guided?vehicle，AGV)在柔性制造業(yè)、物流業(yè)以及自動化倉儲中具有廣泛的應(yīng)用前景，通常以蓄電池為動力，并裝有非接觸導(dǎo)引裝置，在計算機(jī)控制和導(dǎo)引裝置輔助下，能準(zhǔn)確到達(dá)目的地。導(dǎo)引技術(shù)是AGV的核心技術(shù)之一，AGV的導(dǎo)引技術(shù)如激光導(dǎo)引，慣性導(dǎo)引，圖像識別導(dǎo)引，GPS/GIS導(dǎo)引與航空、航天、航海、導(dǎo)彈等軍工技術(shù)相關(guān)或相近，有一定的技術(shù)高度。AGV導(dǎo)引技術(shù)研究必須把握正確的技術(shù)路線和主流技術(shù)的發(fā)展趨勢，本文對現(xiàn)有的AGV導(dǎo)引技術(shù)做較詳盡的說明和分析，介紹了目前國內(nèi)外AGV導(dǎo)引技術(shù)的開發(fā)、研究和使用情況，并從工程實踐的角度出發(fā)，分析了各種導(dǎo)引技術(shù)的優(yōu)缺點，提出了AGV導(dǎo)引技術(shù)的研究方向。?
????? 1?研究現(xiàn)狀?
????? AGV導(dǎo)引技術(shù)主要有電磁感應(yīng)導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、視覺導(dǎo)引、慣性導(dǎo)引、超聲波導(dǎo)引和磁釘?shù)?，這些導(dǎo)引方式按有無導(dǎo)引路線分為3種：固定路一陀螺導(dǎo)引線方式、半固定路線方式和自由路線方式。?
????? 1.1?電磁感應(yīng)導(dǎo)引?
????? 電磁感應(yīng)導(dǎo)引是應(yīng)用最多最成熟的一種方式，屬于固定路線方式。它是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)專門的電纜線，并加載低頻、低壓導(dǎo)引電流，從而在電纜周圍產(chǎn)生磁場，AGV上的電磁感應(yīng)傳感器檢測磁場強(qiáng)度，并送出AGV沿線路行走時感應(yīng)出來的磁場強(qiáng)度差動信號，車載控制系統(tǒng)根據(jù)該信號進(jìn)行糾偏控制，實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。?
????? 路徑的分支與匯合的識別一般有如下幾種方法：通過切換電磁感應(yīng)傳感器的工作頻率以獲取表征分支與匯合的信息(一般并行埋設(shè)多條通有不同頻率電流的電纜)；由控制臺將信號源切換到不同的電纜線上以導(dǎo)引行車路線；電磁鎖相導(dǎo)引方法和編碼脈沖法。前兩種方法由于需要切換傳感器組或電纜中的電流頻率，以便對應(yīng)不同的頻率，需要相應(yīng)的機(jī)構(gòu)和電氣方面的附屬裝置，將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和故障率，同時也加大了系統(tǒng)的成本。電磁鎖相導(dǎo)引方法，又稱分時復(fù)頻選擇法，即在一條路徑上埋設(shè)多根電纜，導(dǎo)引裝置某一時刻只能接收到某一頻率的信號，如果是所要接收的頻率信號，則進(jìn)行采樣，否則，繼續(xù)檢測，但頻率的數(shù)目有限制，因為頻率數(shù)越多，巡回檢測周期就越長，容易導(dǎo)致AGV失控。分時復(fù)頻選擇法使導(dǎo)引系統(tǒng)的電路設(shè)計大大簡化，提高了系統(tǒng)的易實現(xiàn)性及其可靠性。編碼脈沖法只用單一頻率的信號源，只用一條導(dǎo)引電纜來指示運行路徑，道路交叉點信息由編碼脈沖裝置產(chǎn)生，當(dāng)小車沿通電導(dǎo)線行走時，差動式電磁感應(yīng)傳感器系統(tǒng)僅用于檢測小車是否偏離了導(dǎo)線路徑，在適路交叉點附近設(shè)置一個編碼脈沖發(fā)生裝置，當(dāng)小車進(jìn)入信號有效區(qū)域后，接收裝置就可以收到該編碼信息，該方法簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高了可靠性，降低了系統(tǒng)成本。?
????? 除變頻電磁感應(yīng)埋線導(dǎo)引外，還有磁場強(qiáng)度固定的磁帶和磁釘導(dǎo)引方式，其導(dǎo)引原理也是通過AGV上對稱設(shè)置的2只電磁感應(yīng)傳感器檢測車輛相對運行路徑的偏離程度來引導(dǎo)車輛。電磁感應(yīng)導(dǎo)引主要優(yōu)點是引線隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)引原理簡單可靠，便于控制和通信，無聲光干擾，制造成本較低；其主要缺點是路徑的復(fù)雜性有限，且擴(kuò)充或更改路徑很麻煩，感應(yīng)線圈對周圍的鐵磁物質(zhì)較敏感，易受干擾。?
????? 1.2?激光導(dǎo)引?
????? 激光導(dǎo)引是在AGV行駛路徑的周圍布置安裝位置精確的反射板，通過AGV上的激光掃描器發(fā)射激光束，并同時采集從不同角度的反射板反射回來的信號，來確定當(dāng)前的位置和方向，并通過連續(xù)的三角幾何運算來實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引，屬于半固定路線方式。?
????? 激光掃描器一般安裝在AGV的較高位置，且高度與反射板相匹配，它利用脈沖激光器發(fā)出激光并通過一個內(nèi)部反射鏡以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，不斷地掃描周圍環(huán)境，當(dāng)掃描到行駛路徑周圍預(yù)先設(shè)定好的反射板時，其反射光線就會被AGV自身的激光傳感器“看到”。AGV行駛過程中，只要掃描到3個或3個以上的反射板，即可根據(jù)它們的坐標(biāo)值和每個反射板相對于車體的距離與角度。由定位計算機(jī)算出AGV當(dāng)前在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X，Y)和當(dāng)前行駛方向與該坐標(biāo)系X軸的夾角，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位和定向，從而引導(dǎo)AGV按照預(yù)先設(shè)定的路線運行。?
????? 近年來，激光導(dǎo)引傳感器已產(chǎn)業(yè)化，瑞典NDC電子有限公司的激光導(dǎo)引裝置采用了GaAs脈沖激光器，旋轉(zhuǎn)掃描速率為10r/s，定位標(biāo)志的可見距離通常是大于30m。美國丹納赫傳動公司的LS5導(dǎo)航器的旋轉(zhuǎn)速率為20r/s即每隔50ms測量和計算一次AGV的絕對位置坐標(biāo)，定位精度在2cm以內(nèi)。德國SICK公司也推出了激光導(dǎo)航定位系統(tǒng)NAV200。?
????? 激光導(dǎo)引最大的優(yōu)點是AGV定位精確、地面無需其他定位設(shè)施、能夠適應(yīng)復(fù)雜的路徑條件及工作環(huán)境、能快速變更行駛路徑和修改運行參數(shù)，是目前國內(nèi)外許多AGV生產(chǎn)廠家關(guān)注采用的導(dǎo)引方式；缺點是價格較貴，我國還沒有此項完整的民用技術(shù)。?
????? 1.3?視覺導(dǎo)引?
????? 視覺導(dǎo)引主要是利用CCD/CMOS圖像傳感器獲取AGV周圍的圖像，通過實時的機(jī)器視覺處理來確定AGV的運動方式，這種導(dǎo)引方式有固定路線和自由路線2種。固定路線方式一般情況下都將圖像傳感器安裝到AGV的頂部，視野為AGV前方的地面，并在行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，AGV實時地根據(jù)圖像識別出導(dǎo)引線，并沿著它的路線前進(jìn)。這種方式精度很高，而且，圖像傳感器價格低廉，對場地的要求不高，非常適合一些特殊的場合。但固定路線方式在地面上畫的引導(dǎo)線必須是標(biāo)準(zhǔn)的形式，否則，視覺導(dǎo)引系統(tǒng)可能不能識別。如果AGV想改變路徑，必須在地面上重新畫導(dǎo)引線，靈活性較差。?
????? 自由路徑方式對AGV行駛區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行圖像識別，實現(xiàn)無固定路線的智能化行駛。目前，世界各國都在研究利用多圖像傳感器，從不同的角度獲取圖像，利用機(jī)器視覺整合出立體的影像，通過圖像識別引導(dǎo)，不僅可以識別周圍環(huán)境，還可以測出物體的距離。這是一種具有長遠(yuǎn)發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，目前，只有極少數(shù)國家的軍方試用，將其應(yīng)用到普通AGV上還有較長的距離。?
????? 視覺導(dǎo)引具有檢測范圍寬、信息容量大(結(jié)構(gòu)化或者非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境均能提供豐富的信息)、類似于人工駕駛決策等諸多優(yōu)勢，隨著圖像傳感器和微處理器的飛速發(fā)展，視覺導(dǎo)引以低廉的價格、較高的精度和靈活性，受到了高度的重視，成為當(dāng)前研究較多的導(dǎo)引技術(shù)。視覺導(dǎo)引的不足之處在于光線的變化對機(jī)器視覺影響很大，在光照條件不好或無光照的情況下單純依靠視覺無法保證能夠進(jìn)行可靠的檢測與導(dǎo)引。?
????? 1.4?慣性導(dǎo)引?
????? 慣性導(dǎo)引與航天、航海中使用的慣性導(dǎo)引系統(tǒng)的工作原理一樣，是一種自由路線的導(dǎo)引方式。AGV慣性導(dǎo)引系統(tǒng)通過慣性測量單元(IMU)和全球定位系統(tǒng)(GPS)配合，從而達(dá)到導(dǎo)引目的。理論上，利用GPS可以得到AGV的絕對精確位置，完全可以實現(xiàn)對戶外AGV的導(dǎo)引。但是，在倉庫、車間內(nèi)，由于建筑物的遮擋，GPS經(jīng)常會出現(xiàn)信號不好，甚至丟失的現(xiàn)象，這時就需要IMU繼續(xù)為AGV導(dǎo)引；另一方面，IMU由多組陀螺和加速度計構(gòu)成，分別可以測量車體的轉(zhuǎn)動角加速度和平移加速度，據(jù)此，就可計算出小車距參考點的距離和姿態(tài)。這種方法需對各加速度進(jìn)行雙積分，而由于成本的關(guān)系在AGV上不可能采用高精度的加速度計和陀螺儀，所以，這種方法的定位誤差亦將隨小車運行距離的增加而變得很大，必須隔一定距離，就用絕對定位的方法(如GPS)更新其位姿信息。?
????? 慣性導(dǎo)引方式靈活性很強(qiáng)，便于組合和兼容，不需要事先固定路線，與射頻識別(RFID)標(biāo)簽相結(jié)合的技術(shù)有較大應(yīng)用前景；其缺點是制造成本較高，導(dǎo)引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及使用壽命密切相關(guān)。?
????? 1.5?超聲波導(dǎo)引?
????? 超聲波導(dǎo)引類似于激光導(dǎo)引，不同之處在于不需要設(shè)置專門的反射板，而是利用一般的墻面或類似物體就能進(jìn)行導(dǎo)引，因而，在特定環(huán)境下提供了更大的柔性和低成本的方案，屬于自由路線方式，但由于反射面大，在制造車間環(huán)境下應(yīng)用常常有困難。超聲波導(dǎo)引較多用于集裝箱碼頭，利用規(guī)則擺放的集裝箱反射超聲波，可以很好地達(dá)到自動導(dǎo)引的目的，而且，價格十分低廉，定位精度為±100mm。?
????? 1.6?磁釘一陀螺導(dǎo)引?
????? 磁釘一陀螺導(dǎo)引方式利用磁傳感器檢測安裝在地面上的磁釘，再利用陀螺儀技術(shù)連續(xù)控制AGV的運行方向，該引導(dǎo)方式需要在沿引導(dǎo)路徑的地面上每隔5—10m安裝一對磁釘。磁傳感器是基于微處理器、利用霍爾元件檢測磁場的傳感器，當(dāng)AGV通過路面上的磁釘時，傳感器給出AGV的坐標(biāo)(X，Y)；陀螺儀是一種固態(tài)六軸角速率傳感器，其輸出電壓與其敏感軸上的轉(zhuǎn)速成正比，由此確定AGV的運行方向。如果采用高質(zhì)量元件，磁釘一陀螺引導(dǎo)系統(tǒng)具有很高的精度。采用標(biāo)準(zhǔn)元件可大幅度降低成本，其成本比電磁感應(yīng)引導(dǎo)式低很多，這種引導(dǎo)方式適用于不能埋設(shè)引導(dǎo)電纜的場合。?
????? 2?發(fā)展趨勢?
????? 2.1?低成本、小型化和高可靠性的導(dǎo)引技術(shù)?
????? 開發(fā)高性價比的導(dǎo)引傳感器將是一個重要的研究方向，以期從元器件級別來提高導(dǎo)引可靠性。如對于視覺導(dǎo)引，應(yīng)開發(fā)能夠適應(yīng)大動態(tài)光線范圍的CCD，以滿足戶外道路環(huán)境的要求，為保證視覺導(dǎo)引的實時性和魯棒性，可以采用高性能的硬件設(shè)備，但研究高效的識別算法也是至關(guān)重要的。對于慣性導(dǎo)引，近年來隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的快速發(fā)展，深入研究低成本的硅微陀螺、硅微加速度計和微型慣性測量組合等，使其性能和可靠性不斷的提高，以滿足車載慣性導(dǎo)引領(lǐng)域的巨大需求。?
????? 2.2?組合導(dǎo)引?
????? 不同的導(dǎo)引方式所提供的信息在表現(xiàn)形式、采樣頻率以及時空特性上都有所不同，從不同方面反映AGV的導(dǎo)引狀態(tài)，例如：GPS能夠提供AGV的二維空間位置和速度等信息，視覺導(dǎo)引能夠測量車輛相對道路中心的位置，為使這些具有互補性或冗余性的導(dǎo)引方式得以最大限度地綜合利用，避免單一導(dǎo)引方式的工作盲區(qū)，需要深入研究各種導(dǎo)引技術(shù)的工作機(jī)理，進(jìn)而建立適當(dāng)?shù)亩鄠鞲衅鹘M合導(dǎo)引模型，使導(dǎo)引系統(tǒng)具有系統(tǒng)級的故障自診斷、隔離和容錯能力，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的可靠性導(dǎo)引要求。?
????? 2.3?信息融合方法研究?
????? 目前，在導(dǎo)引領(lǐng)域研究和應(yīng)用的信息融合方法主要有Kalman濾波、貝葉斯估計法與D-S證據(jù)推理等，其中以Kalman濾波最廣。Kalman濾波具有良好的實時性，但它是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，當(dāng)導(dǎo)引模型存在較大建模誤差或者系統(tǒng)特性發(fā)生變化時往往會導(dǎo)致濾波發(fā)散。為提高濾波算法的魯棒性和自適應(yīng)能力，可針對AGV的導(dǎo)引要求與特點，研究適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)Kalman濾波算法、魯棒濾波算法(如，H∞濾波)或智能濾波(如模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng))方法等。?
????? 3?結(jié)束語?
????? 低成本、高可靠性的導(dǎo)引技術(shù)是實現(xiàn)AGV的前提和基礎(chǔ)，一直是AGV廠家和研究人員的研究重點和難點，導(dǎo)引技術(shù)研究必須把握世界主流技術(shù)發(fā)展的趨勢。本文歸納了現(xiàn)有的各種導(dǎo)引技術(shù)的特點與不足，探討了AGV導(dǎo)引技術(shù)未來的發(fā)展方向和主要研究內(nèi)容。
????? 自動導(dǎo)引車(automated?guided?vehicle，AGV)在柔性制造業(yè)、物流業(yè)以及自動化倉儲中具有廣泛的應(yīng)用前景，通常以蓄電池為動力，并裝有非接觸導(dǎo)引裝置，在計算機(jī)控制和導(dǎo)引裝置輔助下，能準(zhǔn)確到達(dá)目的地。導(dǎo)引技術(shù)是AGV的核心技術(shù)之一，AGV的導(dǎo)引技術(shù)如激光導(dǎo)引，慣性導(dǎo)引，圖像識別導(dǎo)引，GPS/GIS導(dǎo)引與航空、航天、航海、導(dǎo)彈等軍工技術(shù)相關(guān)或相近，有一定的技術(shù)高度。AGV導(dǎo)引技術(shù)研究必須把握正確的技術(shù)路線和主流技術(shù)的發(fā)展趨勢，本文對現(xiàn)有的AGV導(dǎo)引技術(shù)做較詳盡的說明和分析，介紹了目前國內(nèi)外AGV導(dǎo)引技術(shù)的開發(fā)、研究和使用情況，并從工程實踐的角度出發(fā)，分析了各種導(dǎo)引技術(shù)的優(yōu)缺點，提出了AGV導(dǎo)引技術(shù)的研究方向。?
????? 1?研究現(xiàn)狀?
????? AGV導(dǎo)引技術(shù)主要有電磁感應(yīng)導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、視覺導(dǎo)引、慣性導(dǎo)引、超聲波導(dǎo)引和磁釘?shù)?，這些導(dǎo)引方式按有無導(dǎo)引路線分為3種：固定路一陀螺導(dǎo)引線方式、半固定路線方式和自由路線方式。?
????? 1.1?電磁感應(yīng)導(dǎo)引?
????? 電磁感應(yīng)導(dǎo)引是應(yīng)用最多最成熟的一種方式，屬于固定路線方式。它是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)專門的電纜線，并加載低頻、低壓導(dǎo)引電流，從而在電纜周圍產(chǎn)生磁場，AGV上的電磁感應(yīng)傳感器檢測磁場強(qiáng)度，并送出AGV沿線路行走時感應(yīng)出來的磁場強(qiáng)度差動信號，車載控制系統(tǒng)根據(jù)該信號進(jìn)行糾偏控制，實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。?
????? 路徑的分支與匯合的識別一般有如下幾種方法：通過切換電磁感應(yīng)傳感器的工作頻率以獲取表征分支與匯合的信息(一般并行埋設(shè)多條通有不同頻率電流的電纜)；由控制臺將信號源切換到不同的電纜線上以導(dǎo)引行車路線；電磁鎖相導(dǎo)引方法和編碼脈沖法。前兩種方法由于需要切換傳感器組或電纜中的電流頻率，以便對應(yīng)不同的頻率，需要相應(yīng)的機(jī)構(gòu)和電氣方面的附屬裝置，將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和故障率，同時也加大了系統(tǒng)的成本。電磁鎖相導(dǎo)引方法，又稱分時復(fù)頻選擇法，即在一條路徑上埋設(shè)多根電纜，導(dǎo)引裝置某一時刻只能接收到某一頻率的信號，如果是所要接收的頻率信號，則進(jìn)行采樣，否則，繼續(xù)檢測，但頻率的數(shù)目有限制，因為頻率數(shù)越多，巡回檢測周期就越長，容易導(dǎo)致AGV失控。分時復(fù)頻選擇法使導(dǎo)引系統(tǒng)的電路設(shè)計大大簡化，提高了系統(tǒng)的易實現(xiàn)性及其可靠性。編碼脈沖法只用單一頻率的信號源，只用一條導(dǎo)引電纜來指示運行路徑，道路交叉點信息由編碼脈沖裝置產(chǎn)生，當(dāng)小車沿通電導(dǎo)線行走時，差動式電磁感應(yīng)傳感器系統(tǒng)僅用于檢測小車是否偏離了導(dǎo)線路徑，在適路交叉點附近設(shè)置一個編碼脈沖發(fā)生裝置，當(dāng)小車進(jìn)入信號有效區(qū)域后，接收裝置就可以收到該編碼信息，該方法簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高了可靠性，降低了系統(tǒng)成本。?
????? 除變頻電磁感應(yīng)埋線導(dǎo)引外，還有磁場強(qiáng)度固定的磁帶和磁釘導(dǎo)引方式，其導(dǎo)引原理也是通過AGV上對稱設(shè)置的2只電磁感應(yīng)傳感器檢測車輛相對運行路徑的偏離程度來引導(dǎo)車輛。電磁感應(yīng)導(dǎo)引主要優(yōu)點是引線隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)引原理簡單可靠，便于控制和通信，無聲光干擾，制造成本較低；其主要缺點是路徑的復(fù)雜性有限，且擴(kuò)充或更改路徑很麻煩，感應(yīng)線圈對周圍的鐵磁物質(zhì)較敏感，易受干擾。?
????? 1.2?激光導(dǎo)引?
????? 激光導(dǎo)引是在AGV行駛路徑的周圍布置安裝位置精確的反射板，通過AGV上的激光掃描器發(fā)射激光束，并同時采集從不同角度的反射板反射回來的信號，來確定當(dāng)前的位置和方向，并通過連續(xù)的三角幾何運算來實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引，屬于半固定路線方式。?
????? 激光掃描器一般安裝在AGV的較高位置，且高度與反射板相匹配，它利用脈沖激光器發(fā)出激光并通過一個內(nèi)部反射鏡以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，不斷地掃描周圍環(huán)境，當(dāng)掃描到行駛路徑周圍預(yù)先設(shè)定好的反射板時，其反射光線就會被AGV自身的激光傳感器“看到”。AGV行駛過程中，只要掃描到3個或3個以上的反射板，即可根據(jù)它們的坐標(biāo)值和每個反射板相對于車體的距離與角度。由定位計算機(jī)算出AGV當(dāng)前在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X，Y)和當(dāng)前行駛方向與該坐標(biāo)系X軸的夾角，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位和定向，從而引導(dǎo)AGV按照預(yù)先設(shè)定的路線運行。?
????? 近年來，激光導(dǎo)引傳感器已產(chǎn)業(yè)化，瑞典NDC電子有限公司的激光導(dǎo)引裝置采用了GaAs脈沖激光器，旋轉(zhuǎn)掃描速率為10r/s，定位標(biāo)志的可見距離通常是大于30m。美國丹納赫傳動公司的LS5導(dǎo)航器的旋轉(zhuǎn)速率為20r/s即每隔50ms測量和計算一次AGV的絕對位置坐標(biāo)，定位精度在2cm以內(nèi)。德國SICK公司也推出了激光導(dǎo)航定位系統(tǒng)NAV200。?
????? 激光導(dǎo)引最大的優(yōu)點是AGV定位精確、地面無需其他定位設(shè)施、能夠適應(yīng)復(fù)雜的路徑條件及工作環(huán)境、能快速變更行駛路徑和修改運行參數(shù)，是目前國內(nèi)外許多AGV生產(chǎn)廠家關(guān)注采用的導(dǎo)引方式；缺點是價格較貴，我國還沒有此項完整的民用技術(shù)。?
????? 1.3?視覺導(dǎo)引?
????? 視覺導(dǎo)引主要是利用CCD/CMOS圖像傳感器獲取AGV周圍的圖像，通過實時的機(jī)器視覺處理來確定AGV的運動方式，這種導(dǎo)引方式有固定路線和自由路線2種。固定路線方式一般情況下都將圖像傳感器安裝到AGV的頂部，視野為AGV前方的地面，并在行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，AGV實時地根據(jù)圖像識別出導(dǎo)引線，并沿著它的路線前進(jìn)。這種方式精度很高，而且，圖像傳感器價格低廉，對場地的要求不高，非常適合一些特殊的場合。但固定路線方式在地面上畫的引導(dǎo)線必須是標(biāo)準(zhǔn)的形式，否則，視覺導(dǎo)引系統(tǒng)可能不能識別。如果AGV想改變路徑，必須在地面上重新畫導(dǎo)引線，靈活性較差。?
????? 自由路徑方式對AGV行駛區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行圖像識別，實現(xiàn)無固定路線的智能化行駛。目前，世界各國都在研究利用多圖像傳感器，從不同的角度獲取圖像，利用機(jī)器視覺整合出立體的影像，通過圖像識別引導(dǎo)，不僅可以識別周圍環(huán)境，還可以測出物體的距離。這是一種具有長遠(yuǎn)發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，目前，只有極少數(shù)國家的軍方試用，將其應(yīng)用到普通AGV上還有較長的距離。?
????? 視覺導(dǎo)引具有檢測范圍寬、信息容量大(結(jié)構(gòu)化或者非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境均能提供豐富的信息)、類似于人工駕駛決策等諸多優(yōu)勢，隨著圖像傳感器和微處理器的飛速發(fā)展，視覺導(dǎo)引以低廉的價格、較高的精度和靈活性，受到了高度的重視，成為當(dāng)前研究較多的導(dǎo)引技術(shù)。視覺導(dǎo)引的不足之處在于光線的變化對機(jī)器視覺影響很大，在光照條件不好或無光照的情況下單純依靠視覺無法保證能夠進(jìn)行可靠的檢測與導(dǎo)引。?
????? 1.4?慣性導(dǎo)引?
????? 慣性導(dǎo)引與航天、航海中使用的慣性導(dǎo)引系統(tǒng)的工作原理一樣，是一種自由路線的導(dǎo)引方式。AGV慣性導(dǎo)引系統(tǒng)通過慣性測量單元(IMU)和全球定位系統(tǒng)(GPS)配合，從而達(dá)到導(dǎo)引目的。理論上，利用GPS可以得到AGV的絕對精確位置，完全可以實現(xiàn)對戶外AGV的導(dǎo)引。但是，在倉庫、車間內(nèi)，由于建筑物的遮擋，GPS經(jīng)常會出現(xiàn)信號不好，甚至丟失的現(xiàn)象，這時就需要IMU繼續(xù)為AGV導(dǎo)引；另一方面，IMU由多組陀螺和加速度計構(gòu)成，分別可以測量車體的轉(zhuǎn)動角加速度和平移加速度，據(jù)此，就可計算出小車距參考點的距離和姿態(tài)。這種方法需對各加速度進(jìn)行雙積分，而由于成本的關(guān)系在AGV上不可能采用高精度的加速度計和陀螺儀，所以，這種方法的定位誤差亦將隨小車運行距離的增加而變得很大，必須隔一定距離，就用絕對定位的方法(如GPS)更新其位姿信息。?
????? 慣性導(dǎo)引方式靈活性很強(qiáng)，便于組合和兼容，不需要事先固定路線，與射頻識別(RFID)標(biāo)簽相結(jié)合的技術(shù)有較大應(yīng)用前景；其缺點是制造成本較高，導(dǎo)引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及使用壽命密切相關(guān)。?
????? 1.5?超聲波導(dǎo)引?
????? 超聲波導(dǎo)引類似于激光導(dǎo)引，不同之處在于不需要設(shè)置專門的反射板，而是利用一般的墻面或類似物體就能進(jìn)行導(dǎo)引，因而，在特定環(huán)境下提供了更大的柔性和低成本的方案，屬于自由路線方式，但由于反射面大，在制造車間環(huán)境下應(yīng)用常常有困難。超聲波導(dǎo)引較多用于集裝箱碼頭，利用規(guī)則擺放的集裝箱反射超聲波，可以很好地達(dá)到自動導(dǎo)引的目的，而且，價格十分低廉，定位精度為±100mm。?
????? 1.6?磁釘一陀螺導(dǎo)引?
????? 磁釘一陀螺導(dǎo)引方式利用磁傳感器檢測安裝在地面上的磁釘，再利用陀螺儀技術(shù)連續(xù)控制AGV的運行方向，該引導(dǎo)方式需要在沿引導(dǎo)路徑的地面上每隔5—10m安裝一對磁釘。磁傳感器是基于微處理器、利用霍爾元件檢測磁場的傳感器，當(dāng)AGV通過路面上的磁釘時，傳感器給出AGV的坐標(biāo)(X，Y)；陀螺儀是一種固態(tài)六軸角速率傳感器，其輸出電壓與其敏感軸上的轉(zhuǎn)速成正比，由此確定AGV的運行方向。如果采用高質(zhì)量元件，磁釘一陀螺引導(dǎo)系統(tǒng)具有很高的精度。采用標(biāo)準(zhǔn)元件可大幅度降低成本，其成本比電磁感應(yīng)引導(dǎo)式低很多，這種引導(dǎo)方式適用于不能埋設(shè)引導(dǎo)電纜的場合。?
????? 2?發(fā)展趨勢?
????? 2.1?低成本、小型化和高可靠性的導(dǎo)引技術(shù)?
????? 開發(fā)高性價比的導(dǎo)引傳感器將是一個重要的研究方向，以期從元器件級別來提高導(dǎo)引可靠性。如對于視覺導(dǎo)引，應(yīng)開發(fā)能夠適應(yīng)大動態(tài)光線范圍的CCD，以滿足戶外道路環(huán)境的要求，為保證視覺導(dǎo)引的實時性和魯棒性，可以采用高性能的硬件設(shè)備，但研究高效的識別算法也是至關(guān)重要的。對于慣性導(dǎo)引，近年來隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的快速發(fā)展，深入研究低成本的硅微陀螺、硅微加速度計和微型慣性測量組合等，使其性能和可靠性不斷的提高，以滿足車載慣性導(dǎo)引領(lǐng)域的巨大需求。?
????? 2.2?組合導(dǎo)引?
????? 不同的導(dǎo)引方式所提供的信息在表現(xiàn)形式、采樣頻率以及時空特性上都有所不同，從不同方面反映AGV的導(dǎo)引狀態(tài)，例如：GPS能夠提供AGV的二維空間位置和速度等信息，視覺導(dǎo)引能夠測量車輛相對道路中心的位置，為使這些具有互補性或冗余性的導(dǎo)引方式得以最大限度地綜合利用，避免單一導(dǎo)引方式的工作盲區(qū)，需要深入研究各種導(dǎo)引技術(shù)的工作機(jī)理，進(jìn)而建立適當(dāng)?shù)亩鄠鞲衅鹘M合導(dǎo)引模型，使導(dǎo)引系統(tǒng)具有系統(tǒng)級的故障自診斷、隔離和容錯能力，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的可靠性導(dǎo)引要求。?
????? 2.3?信息融合方法研究?
????? 目前，在導(dǎo)引領(lǐng)域研究和應(yīng)用的信息融合方法主要有Kalman濾波、貝葉斯估計法與D-S證據(jù)推理等，其中以Kalman濾波最廣。Kalman濾波具有良好的實時性，但它是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，當(dāng)導(dǎo)引模型存在較大建模誤差或者系統(tǒng)特性發(fā)生變化時往往會導(dǎo)致濾波發(fā)散。為提高濾波算法的魯棒性和自適應(yīng)能力，可針對AGV的導(dǎo)引要求與特點，研究適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)Kalman濾波算法、魯棒濾波算法(如，H∞濾波)或智能濾波(如模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng))方法等。?
????? 3?結(jié)束語?
????? 低成本、高可靠性的導(dǎo)引技術(shù)是實現(xiàn)AGV的前提和基礎(chǔ)，一直是AGV廠家和研究人員的研究重點和難點，導(dǎo)引技術(shù)研究必須把握世界主流技術(shù)發(fā)展的趨勢。本文歸納了現(xiàn)有的各種導(dǎo)引技術(shù)的特點與不足，探討了AGV導(dǎo)引技術(shù)未來的發(fā)展方向和主要研究內(nèi)容。
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