AGV ( Automatic Guided Vehicle)即自動導引小車，它是一種以電池為動力，裝有非接觸導向裝置和獨立尋址系統的無人駕駛自動化搬運車輛。其系統技術和產品已經成為柔性生產線、柔性裝配線、倉儲物流自動化系統的重要設備和技術。

一、AGV系統

AGV控制系統分為地面（上位）控制系統及車載（下位）控制系統，其中，地面控制系統指AGV系統的固定設備，主要負責任務分配，車輛調度，路徑（線）管理，交通管理，自動充電等功能；車載控制系統在收到上位系統的指令后，負責AGV的導航計算，導引實現，車輛行走，裝卸操作等功能。系統硬件配置如圖6-1所示：

AGV系統硬件配置

二、AGV的關鍵技術及發展概況

曾有國外專家對AGV控制系統需解決的主要問題做了恰當的比喻：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？），這三個問題歸納起來分別就AGV控制系統中的三個主要技術：AGV的導航（Navigation），AGV的路徑規劃（Layout designing），AGV的導引控制（Guidance）。

1.AGV的導航技術

AGV之所以能夠實現無人駕駛，導航和導引對其起到了至關重要的作用，隨著技術的發展，目前能夠用于AGV的導航/導引技術主要有以下幾種：

1)直接坐標（Cartesian Guidance）

用定位塊將AGV的行駛區域分成若干坐標小區域，通過對小區域的計數實現導引，一般有光電式（將坐標小區域以兩種顏色劃分，通過光電器件計數）和電磁式（將坐標小區域以金屬塊或磁塊劃分，通過電磁感應器件計數）兩種形式，其優點是可以實現路徑的修改，導引的可靠性好，對環境無特別要求。缺點是地面測量安裝復雜，工作量大，導引精度和定位精度較低，且無法滿足復雜路徑的要求。

2)電磁導引（Wire Guidance）

電磁導引是較為傳統的導引方式之一，目前仍被許多系統采用，它是在AGV的行駛路徑上埋設金屬線，并在金屬線加載導引頻率，通過對導引頻率的識別來實現AGV的導引。其主要優點是引線隱蔽，不易污染和破損，導引原理簡單而可靠，便于控制和通訊，對聲光無干擾，制造成本較低。缺點是路徑難以更改擴展，對復雜路徑的局限性大。

3)磁帶導引（Magnetic Tape Guidance）

與電磁導引相近，用在路面上貼磁帶替代在地面下埋設金屬線，通過磁感應信號實現導引，其靈活性比較好，改變或擴充路徑較容易，磁帶鋪設簡單易行，但此導引方式易受環路周圍金屬物質的干擾，磁帶易受機械損傷，因此導引的可靠性受外界影響較大。

4)光學導引（Optical Guidance）

在AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對攝像機采入的色帶圖象信號進行簡單處理而實現導引，其靈活性比較好，地面路線設置簡單易行，但對色帶的污染和機械磨損十分敏感，對環境要求過高，導引可靠性較差，精度較低。

5)激光導航（Laser Navigation）

激光導引是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過激光掃描器發射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當前的位置和航向，并通過連續的三角幾何運算來實現AGV的導引。此項技術最大的優點是AGV定位精確、地面無需其他定位設施、行駛路徑可靈活多變、能夠適合多種現場環境，它是目前國外許多AGV生產廠家優先采用的先進導引方式；缺點是制造成本高，對環境要求較相對苛刻（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）。

6)慣性導航（Inertial Navigation）

慣性導航是在AGV上安裝陀螺儀，在行駛區域的地面上安裝定位塊，AGV可通過對陀螺儀偏差信號（角速率）的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置和航向，從而實現導引。此項技術在軍方較早運用，其主要優點是技術先進，較之有線導引，地面處理工作量小，路徑靈活性強。其缺點是制造成本較高，導引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續信號處理密切相關。

7)視覺導航（Visual Navigation ）

對AGV行駛區域的環境進行圖象識別，實現智能行駛，這是一種具有巨大潛力的導引技術，此項技術已被少數國家的軍方采用，將其應用到AGV上還只停留在研究中，目前還未出現采用此類技術的實用型AGV。可以想象，圖象識別技術與激光導引技術相結合將會AGV更加完美，如導引的精確性和可靠性，行駛的安全性，智能化的記憶識別等都將更加完美。

8)GPS（全球定位系統）導航（Global Position System）

通過衛星對非固定路面系統中的控制對象進行跟蹤和制導，目前此項技術還在發展和完善，通常用于室外遠距離的跟蹤和制導，其精度取決于衛星在空中的固定精度和數量，以及控制對象周圍環境等因素。

對國外十幾家AGV公司27個系列產品所采用的主要導向技術的統計結果顯示，電磁感應、慣性導航、光學檢測、位置設定、激光檢測、圖像識別所占比例分別為32.3%、27.8%、16.9%、13.8%、7.69%和1.54%。其中，電磁感應導向技術的應用比例最高，這表明該項技術已經十分成熟。而機器視覺導向技術應用較少，說明該項技術還需要深入研究和不斷完善。另外，自主導航技術仍然處在研究階段，還有許多技術問題需要解決。

對幾種常用的導引方式做簡單的比較如圖7-1所示：

導引方式的比較和選擇

2.AGV 路徑規劃

隨著柔性制造系統的廣泛應用和物流自動化運輸系統的快速發展，AGV技術得到了快速發展。從一開始對單臺AGV的研究，發展到了對多AGV組成的物流系統的研究。而多AGV的路徑規劃作為直接影響多AGV系統整體性能的重要部分，一直倍受廣大學者的關注。隨著研究的深入，國內外學者提出了很多計算模型和策略。

韓國的Jung Hoon Lee等人將兩階段的交通控制策略應用于多AGV的無碰規劃，劉國棟等提出了多AGV調度系統中的兩階段動態路徑規劃的方法。兩階段控制策略離線生成路徑庫，減少了在線運算的負擔，但是隨著節點數的增多，動態規劃的負擔加重，不適用于大規模多AGV系統。其他如Petri網，遺傳算法，Tabu Search算法（禁忌搜索算法）等策略和算法，在系統節點數增多的情況下，也有同樣的缺陷。

為了有效地共享系統路徑，時間窗(Time-window)方法被提出并用于解決多AGV最優路徑問題。然而使用時間窗實現多AGV路徑規劃也是一個NP完全問題，并且在使用時間窗的模型中，獲得時間窗的AGV占用路徑時間過長，容易導致關鍵路段發生擁堵，降低系統效率。

1)靜態環境中確定AGV 路徑規劃

AGV 路徑規劃在智能控制系統中具有重要作用， 對于保證工作的安全性來說具有重要意義。一直以來，很多學者都對此進行孜孜不倦的探索，這也是機器人學中最新最熱的內容之一。主要研究的是在障礙物的環境下，機器人如何尋找到目標，也就是選擇合適的路徑規劃。智能控制下的AGV 路徑規劃較為重要的兩種形態，靜態環境中的路徑規劃以及動態環境中的路徑規劃。

靜態環境下的路徑規劃是假定在環境信息未被完全掌握的情況下，機器人是通過怎么樣的路徑感知環境，并且運用局部區域傳播算法。因此這種路徑一般會在環境中僅存在靜態已知障礙物的情況下被采用。但是要分析靜態環境中AGV 路徑規劃，需要解決的一個問題是在這種環境中什么樣的路徑才能夠被認為是合理的。

總而言之，能夠使AGV 系統實現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 系統將會更容易實現。此時可以將路徑分為四個種類，第一類平滑程度非常低，表現為路徑的不連續性，此時很多存在位置會表現突變的特性， 這種情況下AGV 系統不容易被控制，因為這些曲線不連續，無法對其追蹤。第二類，這類曲線相對于第一種來說具有連續性，但是在切線方向有時也會發生突變現象。此時也不能夠被AGV 系統控制。第三類，這類曲線不僅具有連續性的特點， 而且還能在切線方向保持連續性，因此是較為合理的路徑規劃，一般情況下也常常被采用。第四類，將以上三類曲線的優點都集于一身，但是要生產這類曲線十分復雜，因此在實踐當中，這類曲線很難被采用。

2)動態環境中確定的路徑規劃

在動態復雜環境的中的路徑規劃不同于靜態環境中的路徑規劃。因為環境變化之后，很多信息無法被掌握，要保證最優性在這種情況下是無法被實現的。在進行路徑規劃時，應當在安全性以及時間性之間進行衡量。在較為復雜的環境下，不管決定適用何種性能指標，都必須要考慮目標吸引、動態安全性以及時間約束三個方面的內容。

3.AGV的導引

AGV的導引（Guidance）是指根據AGV導航（Navigation）所得到的位置信息，按AGV的路徑所提供的目標值計算出AGV的實際控制命令值，即給出AGV的設定速度和轉向角，這是AGV控制技術的關鍵。簡單看來，AGV的導引控制就是AGV軌跡跟蹤。這對有線式的導引（電磁，磁帶等導引方式）不會有太多的問題，但對無線式的導引（激光，慣性等導引方式）卻不是一件容易的事。

AGV運行的路徑軌跡

AGV的路徑規劃是根據AGV運行的實際環境設計出AGV運行的路徑軌跡，AGV單機按照地面控制系統下發的段表中的路徑（段）屬性自動行駛。AGV的導引控制算法就是解決段表下發后AGV的參考點如何沿著既定軌跡行走，一般需要實現直線段和四次方曲線的導引控制。對于不同驅動方式的AGV來說，由于它的運動學模型不一樣，對應的導引控制算法也是不同的。這里簡單討論SD（Steer Driving）型AGV的導引算法：

我們的控制目標是AGV的參考點，目的是使AGV能很好地沿著既定軌跡行走。對SD型AGV來說，可以控制的只有AGV前輪的轉角和速度，通過運動模型可知：參考點的運行軌跡只和前輪的轉向角有關，所以，要實現對參考點軌跡跟蹤的控制，實際上就是對前輪轉向角的控制。

在具體的設計過程中，利用一種“追蹤導引方法”，即在AGV的運行過程中參考點始終追蹤著路徑軌跡上的虛擬點，這個虛擬點就像在賽狗時所用到的兔子，AGV永遠追不上，但又永遠在AGV前面不遠的地方；AGV前進的方向始終指向虛擬點，通過這樣周期性的調節，就可以使AGV以很小的誤差沿著路徑軌跡行走。

三、總結

AGV系統是集光、機、電、計算機于一體的高新技術，是柔性化、智能化程度極高的輸送系統。AGV 技術仍在發展中,隨著現代高科技的進步,AGV 的性能與功能都將不斷得到提高。AGV系統由于自身的技術優勢,將適合更為廣泛的工業或非工業需求,得到越來越廣泛的應用。