AGV导引技术的分析与对比

    AGV作为轮式移动机器人(WMR-Wheeled Mobile Robot)的一个分支,自动导引是其主要的特征,也是企业在AGV选型是需要关注的一大问题。随着各类技术的发展,AGV的导引技术也不断提升。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,通过名为“地面控制器”的设备打开或关闭导线中的电磁频率,从而指引AGV沿着预定的路径行驶。20世纪80年代末期,无线式导引技术被运用到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。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。

    目前,常用的导引方式有:电磁导引、磁带导引、色带导引、激光导引、惯性导引、视觉导引、GPS导引、坐标导引等等。多样的导引方式使企业在选择AGV产品时往往无从下手。

    要选择正确的导引技术,企业需要先了解各类导引技术的原理及特点。虽然AGV的导引技术多种多样,但究其本质,可分为“固定路径导引”和“自由路径导引”两大类。“固定路径导引”方式的AGV只是简单地沿着固定的物理线路行驶(如电磁导引、磁带导引、色带导引等),AGV上的导引传感器通过测量AGV与理论路径(电线、磁带、色带等)的偏移量控制AGV的运行方向;而“自由路径导引”的AGV能够根据导航及路径规划信息,自动选择预设的“逻辑线路”行驶(如激光导航、惯性导航等),通过这种方式AGV导航传感器得到的是间接信号,如,激光导航通过激光扫描器测出反射板的夹角和距离;惯性导航通过陀螺仪测出角加速度并配合地面标签位置。目前集中主流的AGV导引技术原理及特点如下:

    电磁导引

    电磁导引是一种较为传统的导引方式,通过在AGV的行驶路径上埋设金属线,并在金属线上加载电流产生导引频率,AGV通过对导引频率的识别和跟踪,确定运行路线。电磁导引的优点是导引线隐蔽,不易污染和破损,导引原理简单而可靠,便于控制通讯,对声光无干扰,投资成本低;缺点是不易扩展或改变路径,对于复杂路径局限性大。

    磁带导引

    磁带导引与电磁导引相近,不同之处在于采用了在地面上铺贴磁带替代在地面下埋设金属线,通过磁带感应信号实现导引。磁带导引的优点是定位精确,灵活性比较好,改变或扩充路径较容易,铺设简单易行,成本也较低;缺点是易受环路周围金属物质的干扰、磁带易受机械损伤,且AGV智能按磁带路径行走,因此在路径变更时也需要重新铺设磁带。

    色带导引

    AGV的行驶路径涂漆或粘贴色带,通过AGV自带的摄像头采集色带图像并进行信号处理实现导引。光学导引的优点是灵活性比较好,路线设置简单易行;缺点是对色带的脏污和机械磨损十分敏感,导引可靠性较差,精度较低。

    激光导引

    激光导引是在行驶路径安装激光定位标致(有高反光性的激光反射板),激光定位标致通常安装在运行路径沿途的墙壁或支柱上。AGV上的激光扫描器发射激光,同时采集通过反射板反射回来的激光并进行信号处理实现定位和确定航向。优点是定位精准,路径灵活多变,满足多种现场环境;缺点是对环境光线、地面、设备反光面有要求,且反射板与AGV的激光扫描器之间不能有障碍物,不适合空中有物流影响的场合。

    依据同样的原理,若将激光扫描器更换为红外发射器、或超声波发射器,则激光导引式AGV可以变为红外导引式AGV和超声波导引式AGV

    惯性导引

    惯性导引是在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。惯性导引的优点是定位准确性高、灵活性强,适用性广;缺点是成本较高且导引的精度和可靠性与陀螺仪的制造精度及使用寿命密切相关。

    视觉导引

    AGV上装有视觉传感设备(CCD摄像机或视觉传感器),在车载计算机中设置有AGV预定行驶路径周围环境的图像数据库。AGV行驶过程中,摄像机动态获取车辆周围环境图像信息并与图像数据库进行比较,从而确定当前位置并对下一步行驶做出决策。视觉导引的优点是不需人为设置物理路径,具有很强的柔性,随着计算机图像采集、储存和处理技术的飞速发展,该种AGV的实用性将越来越强。



根据对各类AGV导引技术的分析,可以得到各类AGV导引技术的对比,如下表。

1 各类AGV导引技术比较

       有的企业认为,最先进的导引方式就是最好的。其实不然,不论是老技术还是新技术,都有其优缺点和使用的局限性,单一的导引技术无法覆盖企业所有的应用需求,企业根据不同的场合,不同的使用需求,需要选择不同导引技术的产品。例如,在经常有叉车或人员来往的路段上,不宜用磁带导引;如果AGV的路径经常变化的话,应考虑使用“自由路径导引”的技术;有高空物流的生产现场,不宜适用激光导引的方式……企业在选择时,需要综合考虑应用需求、环境因素、成本等多方面的因素,因地制宜、灵活运用,才能是投资的效益最大化。