一、AGV簡介

　　無人搬運車(Automated Guided Vehicle，簡稱AGV)，指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，工業(yè)應(yīng)用中不需駕駛員的搬運車，以可充電之蓄電池為其動力來源。一般可透過電腦來控制其行進路線以及行為，或利用電磁軌道(electromagnetic path-following system)來設(shè)立其行進路線，電磁軌道貼在地板上，無人搬運車則依循電磁軌道所帶來的信息進行移動與動作。

　　AGV以輪式移動為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可控性強、安全性好等優(yōu)勢。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比，AGV的活動區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。因此，在自動化物流系統(tǒng)中，最能充分地體現(xiàn)其自動性和柔性，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟、靈活的無人化生產(chǎn)。

　　二、AGV的結(jié)構(gòu)

　　AGV控制系統(tǒng)分為地面（上位）控制系統(tǒng)、車載（單機）控制系統(tǒng)及導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng)，其中，地面控制系統(tǒng)指AGV系統(tǒng)的固定設(shè)備，主要負責(zé)任務(wù)分配，車輛調(diào)度，路徑（線）管理，交通管理，自動充電等功能；車載控制系統(tǒng)在收到上位系統(tǒng)的指令后，負責(zé)AGV的導(dǎo)航計算，導(dǎo)引實現(xiàn)，車輛行走，裝卸操作等功能；導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng)為AGV單機提供系統(tǒng)絕對或相對位置及航向。

　　1 .地面控制系統(tǒng)

　　AGV地面控制系統(tǒng)（Stationary System）即AGV上位控制系統(tǒng)，是AGV系統(tǒng)的核心。其主要功能是對AGV系統(tǒng)（AGVS）中的多臺AGV單機進行任務(wù)分配，車輛管理，交通管理，通訊管理等。

　　2. 任務(wù)管理

　　任務(wù)管理類似計算機操作系統(tǒng)的進程管理，它提供對AGV地面控制程序的解釋執(zhí)行環(huán)境；提供根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級和啟動時間的調(diào)度運行；提供對任務(wù)的各種操作如啟動、停止、取消等。

　　3. 車輛管理

　　車輛管理是AGV管理的核心模塊，它根據(jù)物料搬運任務(wù)的請求，分配調(diào)度AGV執(zhí)行任務(wù)，根據(jù)AGV行走時間最短原則，計算AGV的最短行走路徑，并控制指揮AGV的行走過程，及時下達裝卸貨和充電命令。

　　4.交通管理

　　根據(jù)AGV的物理尺寸大小、運行狀態(tài)和路徑狀況，提供AGV互相自動避讓的措施，同時避免車輛互相等待的死鎖方法和出現(xiàn)死鎖的解除方法；AGV的交通管理主要有行走段分配和死鎖報告功能。

　　5.通訊管理

　　通信管理提供AGV地面控制系統(tǒng)與AGV單機、地面監(jiān)控系統(tǒng)、地面IO設(shè)備、車輛仿真系統(tǒng)及上位計算機的通信功能。和AGV間的通信使用無線電通信方式，需要建立一個無線網(wǎng)絡(luò)，AGV只和地面系統(tǒng)進行雙向通信，AGV間不進行通信，地面控制系統(tǒng)采用輪詢方式和多臺AGV通信；與地面監(jiān)控系統(tǒng)、車輛仿真系統(tǒng)、上位計算機的通信使用TCP/IP通信。

　　6.車輛驅(qū)動

　　小車驅(qū)動負責(zé)AGV狀態(tài)的采集，并向交通管理發(fā)出行走段的允許請求，同時把確認段下發(fā)AGV。

　　三、AGV的導(dǎo)航導(dǎo)引方式

　　AGV之所以能夠?qū)崿F(xiàn)無人駕駛，導(dǎo)航和導(dǎo)引對其起到了至關(guān)重要的作用，隨著技術(shù)的發(fā)展，目前能夠用于AGV的導(dǎo)航/導(dǎo)引技術(shù)主要有以下幾種：

　　1.直接坐標 （Cartesian Guidance）

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

　　2．電磁導(dǎo)引（Wire Guidance）

　　電磁導(dǎo)引是較為傳統(tǒng)的導(dǎo)引方式之一，目前仍被許多系統(tǒng)采用，它是在AGV的行駛路徑上埋設(shè)金屬線，并在金屬線加載導(dǎo)引頻率，通過對導(dǎo)引頻率的識別來實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。其主要優(yōu)點是引線隱蔽，不易污染和破損，導(dǎo)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(fù)雜路徑的局限性大。

　　3．磁帶導(dǎo)引 （Magnetic Tape Guidance）

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

　　4．光學(xué)導(dǎo)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(xiàn)導(dǎo)引，其靈活性比較好，地面路線設(shè)置簡單易行，但對色帶的污染和機械磨損十分敏感，對環(huán)境要求過高，導(dǎo)引可靠性較差，精度較低。

　　5．激光導(dǎo)航（Laser Navigation）

　　激光導(dǎo)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(fā)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(xù)的三角幾何運算來實現(xiàn)AGV的導(dǎo)引。

　　此項技術(shù)最大的優(yōu)點是，AGV定位精確；地面無需其他定位設(shè)施；行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現(xiàn)場環(huán)境，它是目前國外許多AGV生產(chǎn)廠家優(yōu)先采用的先進導(dǎo)引方式；缺點是制造成本高，對環(huán)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(dǎo)航 （Inertial Navigation）

　　慣性導(dǎo)航是在AGV上安裝陀螺儀，在行駛區(qū)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(xiàn)導(dǎo)引。

　　此項技術(shù)在軍方較早運用，其主要優(yōu)點是技術(shù)先進，較之有線導(dǎo)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(dǎo)引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續(xù)信號處理密切相關(guān)。

　　7．GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航 （Global Position System）

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

　　由此發(fā)展出來的是iGPS（室內(nèi)GPS）和dGPS（用于室外的差分GPS），其精度要遠遠高于民用GPS，但地面設(shè)施的制造成本是一般用戶無法接受的。

　　8、圖像識別引導(dǎo)

　　圖像識別AGV小車是模擬人通過眼睛來識別環(huán)境，通過大腦分析，來進行走行的方法。是建立在用攝像頭攝取照片圖形，通過計算機圖形識別軟件進行圖形分析和識別，找出小車體與已設(shè)置路徑的相對位置，從而引導(dǎo)小車走行的一種引導(dǎo)方法。

　　圖形識別有兩種基本思想方法：

　　一種是高級方法，即是只需觀察走行實際環(huán)境，不需人工改變實際環(huán)境（不需畫線、做標志符號等）即可認路走行，但是，這種方法的軟件智能化程度的要求非常高，目前難以實現(xiàn)，但是是今后不斷發(fā)展的方向。

　　另一種是低級方法，必須在走行處人工事先設(shè)立好標志如畫線、做標志符號等，在車體上向下的方向上安置攝像頭，對引導(dǎo)路線和標志的位置進行拍攝并進行圖像分析，找出車體對于引導(dǎo)線的偏差距離和偏差角，從而引導(dǎo)小車正確走行。這種方法比較簡單，在目前的自動化發(fā)展水平上可以實現(xiàn)。下面討論的均是指這一種低級方法。

　　圖像識別AGV小車的特點以及與其他方式的比較

　　圖像識別AGV小車用攝像頭作為傳感器，設(shè)備標準化、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、價格低，主要的技術(shù)是智能化高的軟件技術(shù)，發(fā)展前景好。系統(tǒng)的識別能力抗環(huán)境的污染和干擾性強（即不易由于地面引導(dǎo)彩色線的輕度弄骯臟或受損影響到路徑的正確識別），大大優(yōu)于光導(dǎo)航。

　　四、AGV的優(yōu)點

　　1.自動化程度高；

　　由計算機，電控設(shè)備，激光反射板等控制。 當車間某一環(huán)節(jié)需要輔料時，由工作人員向計算機終端輸入相關(guān)信息，計算機終端再將信息發(fā)送到中央控制室，由專業(yè)的技術(shù)人員向計算機發(fā)出指令，在電控設(shè)備的合作下，這一指令最終被AGV接受并執(zhí)行——將輔料送至相應(yīng)地點。

　　2.充電自動化；

　　當AGV小車的電量即將耗盡時，它會向系統(tǒng)發(fā)出請求指令，請求充電（一般技術(shù)人員會事先設(shè)置好一個值），在系統(tǒng)允許后自動到充電的地方“排隊”充電。

　　3.AGV小車的電池壽命很長（10年以上），并且每充電15分鐘可工作4h左右。

　　4.美觀，提高觀賞度，從而提高企業(yè)的形象。

　　5.方便，減少占地面積；生產(chǎn)車間的AGV小車可以在各個車間穿梭往復(fù)。

　　五、AGV的應(yīng)用領(lǐng)域

　　1．倉儲業(yè)

　　倉儲業(yè)是AGV最早應(yīng)用的場所。1954年世界上首臺AGV在美國的South Carolina州的Mercury Motor Freight公司的倉庫內(nèi)投入運營，用于實現(xiàn)出入庫貨物的自動搬運。目前世界上約有2萬臺各種各樣AGV運行在2100座大大小小倉庫中。海爾集團于2000年投產(chǎn)運行的開發(fā)區(qū)立體倉庫中，9臺AGV組成了一個柔性的庫內(nèi)自動搬運系統(tǒng)，成功地完成了每天23400的出入庫貨物和零部件的搬運任務(wù)。

　　2．制造業(yè)

　　AGV在制造業(yè)的生產(chǎn)線中大顯身手，高效、準確、靈活地完成物料的搬運任務(wù)。并且可由多臺AGV組成柔性的物流搬運系統(tǒng)，搬運路線可以隨著生產(chǎn)工藝流程的調(diào)整而及時調(diào)整，使一條生產(chǎn)線上能夠制造出十幾種產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)的柔性和企業(yè)的競爭力。1974年瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配廠為了提高運輸系統(tǒng)的靈活性，采用基于AGVS為載運工具的自動轎車裝配線，該裝配線由多臺可裝載轎車車體的AGVS組成，采用該裝配線后，裝配時間減少了20%，裝配故障減小39%，投資回收時間減小57%，勞動力減小了5%。目前，AGV在世界的主要汽車廠，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾等汽車廠的制造和裝配線上得到了普遍應(yīng)用。

　　近年來，作為CIMS的基礎(chǔ)搬運工具，AGV的應(yīng)用深入到機械加工、家電生產(chǎn)、微電子制造、卷_煙等多個行業(yè)，生產(chǎn)加工領(lǐng)域成為AGV應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。

　　3．郵局、圖書館、港口碼頭和機場

　　在郵局、圖書館、碼頭和機場等場合，物品的運送存在著作業(yè)量變化大，動態(tài)性強，作業(yè)流程經(jīng)常調(diào)整，以及搬運作業(yè)過程單一等特點，AGV的并行作業(yè)、自動化、智能化和柔性化的特性能夠很好的滿足上式場合的搬運要求。瑞典于1983年在大斯得哥爾摩郵局、日本于1988年在東京多摩郵局、中國在1990年于上海郵政樞紐開始使用AGV，完成郵品的搬運工作。在荷蘭鹿特丹港口，50輛稱為“yard tractors”的AGV完成集裝箱從船邊運送到幾百碼以外的倉庫這一重復(fù)性工作。

　　4．煙草、醫(yī)藥、食品、化工

　　對于搬運作業(yè)有清潔、安全、無排放污染等特殊要求的煙草、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)中，AGV的應(yīng)用也受到重視。在國內(nèi)的許多卷_煙企業(yè)，如青島頤中集團、玉溪紅塔集團、紅河卷_煙廠、淮陰卷_煙廠都應(yīng)用了激光引導(dǎo)式AGV完成托盤貨物的搬運工作。

　　5．危險場所和特種行業(yè)

　　在軍事上，以AGV的自動駕駛為基礎(chǔ)集成其他探測和拆卸設(shè)備，可用于戰(zhàn)場排雷和陣地偵察，英國軍方正在研制的MINDER Recce是一輛偵察車，具有地雷探測、銷毀及航路驗證能力的自動型偵察車。在鋼鐵廠，AGV用于爐料運送，減輕了工人的勞動強度。在核電站和利用核輻射進行保鮮儲存的場所，AGV用于物品的運送，避免了危險的輻射。在膠卷和膠片倉庫，AGV可以在黑暗的環(huán)境中，準確可靠的運送物料和半成品。