淺談激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)原理與應(yīng)用

摘 要：自動導(dǎo)引小車（AGV）是一種具有光學(xué)或電磁特性的自動導(dǎo)引裝置，具有停車選擇、安全保護(hù)等功能，也是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的重要組成部分。AGV的動力源為電池，激光導(dǎo)引是其主要導(dǎo)引方式，可以實現(xiàn)非接觸導(dǎo)引并根據(jù)實際需求更換移載機(jī)構(gòu)，以完成不同的操作任務(wù)。文章對激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)的原理與應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：激光導(dǎo)引；AGV系統(tǒng)；原理與應(yīng)用

引言

自動導(dǎo)引小車（AGV）是一種具有光學(xué)或電磁特性的自動導(dǎo)引裝置，具有停車選擇、小車編程、安全保護(hù)等功能，也是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的重要組成部分。AGV在工業(yè)應(yīng)用中的動力源為可充電蓄電池，一般通過電腦控制其運行路線和行為，或者設(shè)置電磁軌道規(guī)范其運行路線，AGV根據(jù)電磁軌道提供的信息進(jìn)行相應(yīng)動作。和其他移動機(jī)器人相比，AGV具有工作效率高、可控性強等優(yōu)勢。和物流運輸中的其他設(shè)備相比，AGV不需要在活動范圍內(nèi)設(shè)置支架等固定裝置，并且不受空間、場地的限制。AGV在自動化物流運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用，由于其具備自動化、可控性高等特征，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活、高效的無人生產(chǎn)模式[1]。AGV的動力源為電池，導(dǎo)引方式有電磁導(dǎo)引、直接坐標(biāo)導(dǎo)引、激光導(dǎo)引和圖像識別導(dǎo)引等，激光導(dǎo)引是其主要導(dǎo)引方式，可以實現(xiàn)非接觸導(dǎo)引并根據(jù)實際需求更換移載機(jī)構(gòu)，以完成不同的操作任務(wù)。激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)由地面控制系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)三部分組成，不同項目對系統(tǒng)的需求存在差異，也讓系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。

1 激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)的工作原理與特點

1.1 激光導(dǎo)引的原理

激光導(dǎo)引是AGV系統(tǒng)中比較常見的導(dǎo)引方式，也是AGV發(fā)展過程中十分重要的一項技術(shù)[2]。除了衛(wèi)星定位系統(tǒng)外，激光導(dǎo)引也是唯一不用地面處理的導(dǎo)引方式。激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)主要由AGV激光掃描器和AGV反射板兩部分組成[3]。首先在AGV設(shè)備中安裝可以接受和發(fā)射激光的掃描器，然后將AGV反射板安裝在導(dǎo)引區(qū)的四周，之后精確測量每塊發(fā)射板的坐標(biāo)位置，在AGV系統(tǒng)的存儲器中存儲每塊反射板的信息，根據(jù)存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)引計算。激光導(dǎo)引系統(tǒng)中的指定區(qū)域應(yīng)該設(shè)置一定數(shù)量的反射板，保證在AGV的工作區(qū)域內(nèi)探測出所有反射信息。

AGV進(jìn)入導(dǎo)引區(qū)域后首先應(yīng)該確定其準(zhǔn)確方位，這里就涉及到初始位置計算。初始位置計算時小車必須停止不動，保證激光掃描儀測得的光束大于四條，并且知道各反射板的準(zhǔn)確位置。激光導(dǎo)引的連續(xù)位置計算一般是根據(jù)小車的當(dāng)前運行速度、轉(zhuǎn)向角和間隔時間等，估算小車下一時刻的位置。激光掃描器按照固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的角度為360度，脈沖激光器將激光發(fā)射到發(fā)射板上后，經(jīng)發(fā)射板反射后被激光掃描儀探測到，將這些信息傳輸給AGV系統(tǒng)中的計算機(jī)系統(tǒng)，計算機(jī)對信息進(jìn)行分析處理，準(zhǔn)確計算出AGV的位置和運動方向，然后和車載控制系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行對比校正，達(dá)到引導(dǎo)AGV運行的目的。

激光導(dǎo)引AGV設(shè)備的工作區(qū)域分為通信區(qū)和非通信區(qū)兩種。在通信區(qū)內(nèi)，AGV設(shè)備通過其車載通信裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)了解其準(zhǔn)確位置和狀態(tài)，并且根據(jù)工作指令動作。在非通信區(qū)內(nèi)，AGV設(shè)備根據(jù)設(shè)備中預(yù)先設(shè)定的程序運行，不受計算機(jī)系統(tǒng)的控制。

1.2 激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)的特點

（1）具備先進(jìn)性。激光掃描器的定位精度比較高，一般誤差不大于±5mm；在設(shè)備運行布局方面，計算機(jī)系統(tǒng)的可控性更高，并且可以和小車持續(xù)通信；具備無線反饋功能，不受外界干擾，具有強大的內(nèi)部編程系統(tǒng)支持。（2）適應(yīng)性強。設(shè)備在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的安裝能夠和生產(chǎn)同步；設(shè)備擴(kuò)充和停產(chǎn)幾乎不影響生產(chǎn)；系統(tǒng)的運行路線更復(fù)雜，不依賴地板表面，可以快速改變運行方向；結(jié)構(gòu)簡單，反射板是唯一的定位裝置。（3）經(jīng)濟(jì)實用。不需要在地下埋線，不需要高功率的放大器設(shè)備，反射板的體積小、成本低，數(shù)量不多并且安裝方便。

2 激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)的應(yīng)用方法

2.1 確定AGV的操作方式與數(shù)量

AGV系統(tǒng)在應(yīng)用過程中首先必須確定操作方式和數(shù)量?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的具體情況以及用戶需求選擇操作方式，常用的操作方式有叉車式、牽引式等。如果遇到特殊情況，一個系統(tǒng)可以運用幾種不同的操作方式[4]。AGV的數(shù)量一般根據(jù)系統(tǒng)的運輸能力，運用仿真計算的方式確定。

2.2 AGV安全防護(hù)的選用

AGV中除了需要安裝聲光報警系統(tǒng)外，還應(yīng)該安裝一些障礙探測器，便于車輛在運行路徑中探測障礙物。常用的探測方式有超聲波探測、光電探測和激光掃描探測等。激光掃描探測具有更大的優(yōu)勢，但成本較高，光電探測簡單實用，但探測效果不佳，因此工作人員應(yīng)該根據(jù)具體情況合理選用。

2.3 AGV通信方式的選擇

激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)中的通信方式一般為無線數(shù)字通信，通信頻率根據(jù)相關(guān)規(guī)定選擇，每臺AGV設(shè)備和系統(tǒng)輪流循環(huán)通信。無線數(shù)字設(shè)備的通信速度決定了輪流循環(huán)通信的速度，但也限制了同一頻率下AGV的數(shù)量。

2.4 AGV中反射板的設(shè)置和路徑規(guī)劃

AGV中反射板的設(shè)置，應(yīng)該根據(jù)設(shè)備行駛區(qū)域的具體情況進(jìn)行安裝，安裝數(shù)量遵循安全、準(zhǔn)確的原則。反射板設(shè)置過少不利于安全導(dǎo)引，設(shè)置過多也會影響導(dǎo)引的精度[5]。AGV的路徑規(guī)劃屬于基礎(chǔ)性的工作，通常和系統(tǒng)的總體方案一起確定，在規(guī)劃過程中應(yīng)該結(jié)合AGV的數(shù)量、操作方式等信息，以及運行場所的具體情況，盡量保障AGV的運行路徑暢通。

2.5 AGV的車輛調(diào)度和任務(wù)管理

AGV系統(tǒng)一般根據(jù)計算機(jī)設(shè)置的任務(wù)量、小車的位置等進(jìn)行車輛調(diào)度，以此優(yōu)化車輛分配。AGV的優(yōu)化計算是連續(xù)的，如果某臺AGV被選擇后沒有分配任務(wù)，在其運行期間可以選擇優(yōu)化后的AGV完成相應(yīng)任務(wù)。如果AGV執(zhí)行的任務(wù)較多，計算機(jī)會將任務(wù)命令儲存起來，等到有空閑AGV再按順序分配任務(wù)。

3 結(jié)束語

激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)是將多種高新技術(shù)結(jié)合在一起的輸送系統(tǒng)，具有智能化、自動化和柔性化的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活、高效的無人生產(chǎn)模式。相信隨著社會生產(chǎn)自動化水平的不斷提高，激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)在物流系統(tǒng)中必將發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]楊文華，王勇，張智勇.激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其控制[J].起重運輸機(jī)械，2010（12）.

[2]陳順平，梅德慶，陳子辰.激光導(dǎo)引AGV的自動引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計[J].工程設(shè)計學(xué)報，2012（05）.

[3]張香圃.射頻IC卡在視覺導(dǎo)引AGV運動控制中的應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2011（09）.

[4]劉洋.關(guān)于激光導(dǎo)引AGV小車激光定位算法的探討[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2010（11）.

[5]張香圃，任乃飛，張海軍.非接觸式IC卡在視覺導(dǎo)引AGV運動控制中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2011（11）.

作者簡介：劉敏偉， 本科 （工程碩士在讀）， 控制工程專業(yè)，研究方向：自動控制。endprint