一、激光引導(dǎo)的原理及特點(diǎn)

1.AGV引導(dǎo)方式簡介

目前，引導(dǎo)方式有很多種，但并非所有的方法都可以在AGV系統(tǒng)中應(yīng)用，除了激光引導(dǎo)外，AGV通常還可以采用一下幾種引導(dǎo)方式：

(1)電磁引導(dǎo)

在AGV的行駛路徑上埋設(shè)金屬線，并加載引導(dǎo)頻率，其主要優(yōu)點(diǎn)是引導(dǎo)線隱蔽，不易污染和破損，引導(dǎo)原理簡單，便于控制和通信，對聲光無干擾，缺點(diǎn)是靈活性差，改變或擴(kuò)充路徑較麻煩，對引導(dǎo)線路附近的鐵磁物質(zhì)有干擾，電線鋪設(shè)工作量大，維護(hù)困難。

(2)直接坐標(biāo)引導(dǎo)

用定位塊將AGV的行駛區(qū)域分成若干坐標(biāo)小塊，通過計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)路徑的修改，引導(dǎo)的可靠性好，對環(huán)境無特別要求，缺點(diǎn)是地面測量安裝復(fù)雜，工作量大，引導(dǎo)精度低。

(3)慣性引導(dǎo)

在AGV上裝有陀螺儀，根據(jù)陀螺儀的偏差進(jìn)行導(dǎo)引，其主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)，準(zhǔn)確度高，靈活性強(qiáng)，便于組合和兼容，適用領(lǐng)域廣，缺點(diǎn)是成本較高，維護(hù)保養(yǎng)等后續(xù)問題較難解決，地面也需要磁性塊作輔助定位。

(4)圖像識別引導(dǎo)

對AGV行駛區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行圖像識別，實(shí)現(xiàn)智能行駛，這是一種大有潛力的技術(shù)，但仍在研究中，可以想象，圖像識別技術(shù)與激光引導(dǎo)技術(shù)相結(jié)合將會為自動化工程提供意想不到的可能，如引導(dǎo)的可靠性，行駛的安全性。智能化的記憶識別等都將更加完美。

2.激光引導(dǎo)原理

激光引導(dǎo)是在九十年代中期開始采用的先進(jìn)的引導(dǎo)方式，是除GPS外唯一不需要地面處理的引導(dǎo)方式，激光引導(dǎo)AGV小車采用激光掃描器和預(yù)先在AGV小車運(yùn)行區(qū)域周圍布置好位置的反光板作為激光定位所需的基礎(chǔ)環(huán)境。激光引導(dǎo)AGV小車的導(dǎo)航系統(tǒng)有靜態(tài)位置計(jì)算模式和在運(yùn)動狀態(tài)下持續(xù)動態(tài)位置的計(jì)算兩種計(jì)算模式，下面分別進(jìn)行分析。

(1)AGV小車靜態(tài)位置計(jì)算模式：

當(dāng)小車第一次進(jìn)入系統(tǒng)，AGV小車的當(dāng)前位置不知道時，要進(jìn)行初始位置計(jì)算，通過比較一些已知反光板的已知方位，小車控制器中的導(dǎo)航模塊計(jì)算出小車的位置。

1)初始化靜態(tài)位置計(jì)算需要的條件：小車靜止;激光掃描器能找到至少三個的反光板的方位；反光板的位置已知。

2)初始化靜態(tài)位置計(jì)算的原則和方法：

①最后知道的位置優(yōu)先

如在激光掃描器旋轉(zhuǎn)一周中捕捉到的小車方位與最后知道的期望方位相匹配，則這個位置就可作為當(dāng)前位置，如果沒有儲存最后知道的位置或匹配發(fā)生錯誤，則采取下面的定位方法。

②采用激光定位算法

激光掃描器旋轉(zhuǎn)一圈，三個分布較好的方位被選擇，通過計(jì)算可確定出小車

       在坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置，如位置正確，則余下的大部分可測量的方位與已知的放光板相匹配。

反光板應(yīng)放在操作區(qū)合適的位置處，并且放光板對AGV的運(yùn)行路線來說應(yīng)盡量呈三角形排列。

(2)AGV小車在運(yùn)動狀態(tài)下持續(xù)動態(tài)位置計(jì)算模式

當(dāng)初始化位置計(jì)算結(jié)束后，小車就開始運(yùn)動，在運(yùn)動的過程中，小車需要進(jìn)行持續(xù)位置計(jì)算。下面采用位姿估算矯正法進(jìn)行分析。這種估算法的數(shù)學(xué)運(yùn)動模型是以“位姿估算”為基礎(chǔ)的。它利用小車當(dāng)前運(yùn)行的速度、轉(zhuǎn)向的角度、間隔時間等參數(shù)對下一位置進(jìn)行估算，計(jì)算出的是相對于前一位置的新位置。

當(dāng)小車進(jìn)行完畢初始化位置計(jì)算，則導(dǎo)航模式自動切換到另外的操作模式——持續(xù)位置計(jì)算，當(dāng)小車運(yùn)動時采用這個模式，激光導(dǎo)航模塊將預(yù)期的假象位置與實(shí)際的小車位置到放光板的方位結(jié)合起來決定小車的位置。

通過從小車控制模塊傳來的當(dāng)前小車的速度、轉(zhuǎn)向和測量的小車到放光板的方位，就可以計(jì)算小車的位置。作為首要條件，小車的最初X,Y位置必須知道，然后每50ms進(jìn)行一次位置計(jì)算。

3.激光引導(dǎo)AVG的特點(diǎn)

激光引導(dǎo)是目前AGV系統(tǒng)中普遍采用的引導(dǎo)方式，根據(jù)它的引導(dǎo)原理，AGV小車在引導(dǎo)區(qū)中可自由行走并精確定位；在導(dǎo)航范圍內(nèi)，小車的行走路徑可根據(jù)實(shí)際要求隨時改動，可充分發(fā)揮AGV的柔性，提高生產(chǎn)效率。有許多系統(tǒng)需要在現(xiàn)有的場地條件下進(jìn)行，這時，激光引導(dǎo)AGV系統(tǒng)將會顯得尤為合適。

二、激光引導(dǎo)AGV控制系統(tǒng)簡介

AGV的控制系統(tǒng)主要可分為兩部分：地面控制系統(tǒng)和車載控制系統(tǒng)。

1.地面控制系統(tǒng)

即地面固定設(shè)備，主要負(fù)責(zé)任務(wù)的分配，車輛調(diào)度，交通管理，電池充電等功能。

2.車載控制系統(tǒng)

即車載移動設(shè)備，在收到上位系統(tǒng)的指令后，負(fù)責(zé)AGV的引導(dǎo)，路徑選擇，小車行走，裝卸操作等。

激光引導(dǎo)AGV系統(tǒng)的應(yīng)用

1.AGV的操作方式與數(shù)量

在AGV系統(tǒng)的應(yīng)用中，首先必須根據(jù)系統(tǒng)的總體要求確定AGV的操作方式與數(shù)量。AGV的操作方式應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況和用戶需求具體設(shè)計(jì)，通常采用的操作方式有：叉車式，測叉式，牽引式等，在特殊情況下，同一系統(tǒng)可在不同的AGV上引用不同的操作方式；AGV的數(shù)量可根據(jù)系統(tǒng)要求的運(yùn)輸能力，并通過仿真的結(jié)果確定。

2.AGV的安全防護(hù)

在AGV上，出聲光報警、機(jī)械防撞擋板外，還安裝了非接觸式的障礙物探測器，用來探測行駛路徑腎功能的障礙物，一般采用的形式有：光電探測，超聲波探測，激光掃描探測等。其中，激光掃描探測的可靠性和智能性最高，但成本臺的，而光電探測最簡單易用，但可能出現(xiàn)探測不到的盲區(qū)，因此，應(yīng)根據(jù)AGV運(yùn)行的環(huán)境來具體選用。

3.AGV的通信

   在激光引導(dǎo)AGV系統(tǒng)中采用的是無線數(shù)字通信，通信的頻帶應(yīng)根據(jù)國家有關(guān)的規(guī)定選用。各臺AGV小車與系統(tǒng)的通信時“輪循”進(jìn)行的。無線調(diào)制解調(diào)器的波特率確定了“輪循”通信的速度，從而限定了在該頻帶下所能控制AGV小車的最大數(shù)量。

4.AGV的路徑規(guī)劃及放射板布置

AGV的路徑規(guī)劃是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，一般與系統(tǒng)的總體方案同時確定。在規(guī)劃時應(yīng)充分考慮到AGV的實(shí)際數(shù)量，操作方式，車身?xiàng)l件，行走指標(biāo)及場地的實(shí)際情況等因素，并盡可能使AGV的行駛路徑通暢無阻。

放射板的布置是系統(tǒng)安裝的第一步，應(yīng)根據(jù)已確定的行駛區(qū)域進(jìn)行安裝，安裝的數(shù)量應(yīng)以“安全引導(dǎo)”，“確保定位”為原則。放射板過少將危害引導(dǎo)，過多也會影響AGV的定位精度。

5.AGV的任務(wù)管理及車輛調(diào)度

當(dāng)需執(zhí)行的命令多而沒有空閑的AGV時，上位控制計(jì)算機(jī)應(yīng)將這些命令暫時儲存起來，然后按循序逐步完成，各種命令會有等級之分，等級高的將會優(yōu)先執(zhí)行，其中有些命令可能使必須立即執(zhí)行的，如充電等。

上位控制計(jì)算機(jī)根據(jù)所需執(zhí)行的任務(wù)，以及各臺小車所處的當(dāng)前位置來優(yōu)化車輛的分配，這種優(yōu)化計(jì)算式連續(xù)進(jìn)行的。當(dāng)選擇了某臺AGV后，任務(wù)并沒有真正的分配給它，在它行駛期間，可能選擇更優(yōu)化的AGV來完成此項(xiàng)任務(wù)。只有當(dāng)AGV行駛到目標(biāo)點(diǎn)的前一點(diǎn)時，才會真正得到此項(xiàng)任務(wù)。

小結(jié): 激光引導(dǎo)AGV系統(tǒng)充分發(fā)揮了激光技術(shù)的優(yōu)勢，使AGV行走過程從傳統(tǒng)的分段盲走后進(jìn)行位置矯正上升到連續(xù)計(jì)算。因此，定位精度高，指標(biāo)先進(jìn)。AGV系統(tǒng)是集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)于一體的高新技術(shù)，是柔性化、智能化程度極高的輸送系統(tǒng)，它已經(jīng)成為企業(yè)自動化物料系統(tǒng)解決方案中的一個重要的組成部分。