2012-11-06
在《2012年工研院簡(jiǎn)報(bào)二季度刊》的技術(shù)論壇中，介紹了一種全方位型AGV的特點(diǎn)及應(yīng)用前景，本文作為其續(xù)篇，介紹該類(lèi)型AGV的導(dǎo)引及定位方式。
根據(jù)原美國(guó)物流協(xié)會(huì)定義，AGV(Automated Guided Vehicle)是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)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(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車(chē)輛。由此可見(jiàn)，自動(dòng)導(dǎo)引是AGV的重要指標(biāo)之一。目前常見(jiàn)的AGV導(dǎo)引方式有直接坐標(biāo)導(dǎo)引、電磁導(dǎo)引、磁條導(dǎo)引、光學(xué)導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、慣性導(dǎo)引、圖像識(shí)別導(dǎo)引、GPS導(dǎo)引這8種，這些導(dǎo)引技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法及優(yōu)劣對(duì)比，有較多的文獻(xiàn)資料介紹，本文不再贅述，而是結(jié)合全方位AGV的行走特點(diǎn)重點(diǎn)介紹適合該類(lèi)型AGV的導(dǎo)引方式。
采用45°Mecanum輪的全方位AGV，具有極大的靈活性。我們習(xí)慣以“兩個(gè)任意”作為此種高靈活性的概括，即：任意方向行走和任意圓心旋轉(zhuǎn)。另外，為了有更廣的應(yīng)用范圍及更高的移載精度，經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)研，對(duì)該型全方位AGV提出了10mm定位精度的技術(shù)指標(biāo)。這種高靈活性的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及高精度的定位要求，對(duì)該型AGV的導(dǎo)引及定位都提出極大的挑戰(zhàn)。上節(jié)中提到的多種導(dǎo)引方式還能否滿(mǎn)足我們的需求呢？讓我們來(lái)逐一解析。
1、直接坐標(biāo)導(dǎo)引將AGV的行駛區(qū)域分成若干坐標(biāo)小區(qū)域，通過(guò)對(duì)小區(qū)域的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，導(dǎo)引精度和定位精度均較低，且無(wú)法滿(mǎn)足復(fù)雜路徑的要求，不適合于全方位AGV。
2、電磁導(dǎo)引屬于早期的導(dǎo)引技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用中需要在地面下鋪設(shè)載波電纜，施工量大，靈活性低，不適合于全方位AGV。
3、磁條導(dǎo)引類(lèi)似于電磁導(dǎo)引，是在地面上貼磁條替代地面下鋪電纜，通過(guò)磁感應(yīng)信號(hào)導(dǎo)引，目前此種導(dǎo)引方式在普通型AGV上有非常廣泛的應(yīng)用，但磁條是一種厚度約為1mm的橡膠材質(zhì)物品，全方位AGV在橫向移動(dòng)及原地旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪系對(duì)磁條的猛烈碾搓極易損壞磁條，所以該導(dǎo)引方式也不適合全方位AGV。
4、光學(xué)導(dǎo)引是在AGV的行駛路線(xiàn)上涂漆或粘帖色帶，通過(guò)相機(jī)拍攝色帶圖像進(jìn)行二值化處理而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引，該種導(dǎo)引精度取決于相機(jī)的像素及拍攝視場(chǎng)大小，通常情況下其定位精度可達(dá)1mm級(jí)別，并且可以通過(guò)色帶在視場(chǎng)中的傾斜度計(jì)算出AGV的姿態(tài)角，所以該導(dǎo)引方式適用于全方位AGV。
5、激光導(dǎo)引是在AGV行走路線(xiàn)周?chē)惭b反射板，AGV上發(fā)射旋轉(zhuǎn)激光束并采集反射的激光束，通過(guò)計(jì)算AGV與反射板的距離及角度來(lái)固定一系列的三角形，從而計(jì)算出AGV的位置。該種方式的定位精度取決于AGV與反光板的距離，一般情況下可以滿(mǎn)足10mm級(jí)別的定位精度要求，是一種非常理想的導(dǎo)引及定位方式。但該種方式要求AGV上的激光發(fā)射器有較高的安裝位置（2m以上），這樣在實(shí)際使用時(shí)才不容易被遮擋，而本文提及的這種全方位AGV是一種背馱式結(jié)構(gòu)，整車(chē)高度不超過(guò)0.5m，且整車(chē)的全部上層空間均為移載料臺(tái)，所以該導(dǎo)引方式無(wú)法被應(yīng)用。
6、慣性導(dǎo)引是在AGV上安裝慣導(dǎo)儀（包括加速度計(jì)和陀螺儀），并在行駛區(qū)域的地面上安裝若干定位塊。系統(tǒng)根據(jù)測(cè)得的加速度信號(hào)計(jì)算出AGV在各個(gè)方向上的位移來(lái)推算其當(dāng)前位置，這種推算的累積誤差很大，需要利用地面的定位塊信號(hào)來(lái)不斷的進(jìn)行修正。所以，慣性導(dǎo)引實(shí)質(zhì)是一種兩級(jí)導(dǎo)引方式的結(jié)合應(yīng)用，其實(shí)施起來(lái)的難度雖很大，但此種導(dǎo)引方式的思路非常值得借鑒。
7、圖像識(shí)別導(dǎo)引是對(duì)AGV行駛區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行圖像識(shí)別，實(shí)現(xiàn)智能行駛，這是一種誘人的導(dǎo)引技術(shù)，但其實(shí)際應(yīng)用仍停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，尚不能在環(huán)境多變的工廠環(huán)境中得以應(yīng)用。
8、GPS是室外環(huán)境下的全球定位系統(tǒng)，定位精度在10米級(jí)，并且在室內(nèi)無(wú)法適用。而在此，我們將該種導(dǎo)引方式延伸為對(duì)無(wú)線(xiàn)定位的解讀。無(wú)線(xiàn)定位是當(dāng)前研究的熱門(mén)課題，常見(jiàn)的有2.4GHZ工作頻率的WIFI和ZIGBEE定位方式，但定位精度低，約5米級(jí)，還有一種頻段更高的超寬帶UWB（Ultra Wide Band）定位，精度約在50cm級(jí)，目前成本很高，在國(guó)內(nèi)鮮有應(yīng)用。但隨著科技的進(jìn)步，精度更高、成本更低的室內(nèi)無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)定將被發(fā)展起來(lái)。
總結(jié)以上可知，傳統(tǒng)的8大導(dǎo)引方式中，僅有光學(xué)導(dǎo)引可使用、慣性導(dǎo)引可借鑒、無(wú)線(xiàn)導(dǎo)引可研究。那么我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)呢？我們可以借鑒慣性導(dǎo)引中兩級(jí)導(dǎo)引結(jié)合的方式，在廣域的行走區(qū)域采用其他精度稍低的導(dǎo)引方式，這樣既維持了其高靈活性的特點(diǎn)，又保證了定位的高精度要求，二者取長(zhǎng)補(bǔ)短、相輔相成。
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