百亿级市场的AGV：初识AGV

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AGV机器人市场需求正迎来高速上涨。据机构预计，未来五年AGV机器人销量的复合增长率可达25%左右，市场规模将达到140亿元。

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AGV介绍

AGV即自动导引车（Automated Guided Vehicle），是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶的运输小车，它以电池为动力，进行非接触式导引，能够根据给定的起点和终点在无人干预的情况下，驶向指定的目标，从而完成各种给定的任务。是一种无人驾驶的智能化搬运设备，属于轮式移动机器人的范畴。具有自动化程度高、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维修方便等诸多优点。它能够沿预先设定的路径行驶并自动进行物流配送，是现代工业自动化物流系统中的关键设备，因而广泛应用于汽车制造、烟草等工厂自动化生产线、仓储物流、机场和港口中的物料传送等，对于提高生产自动化程度和提高生产效率有着重要意义。

20世纪50年代AGV技术在美国开始得到研究，早期的AGV只是完成简单的拉卸货并结合人工进行半人工物流配送，但随着车载计算机软硬件技术的发展，AGV可通过网络、无线或红外信号等接受装置接收中央调度系统的命令，实现其自动导引、优化路线、车辆调度、自动充电等功能，可满足物流系统要求而后在世界各地都得到了深入地研究与广泛地应用，目前已经成为自动化搬运装卸所必须的工具。其智能化、信息化、网络化、柔性化等众多要求。现代的AGV是24小时不间断地智能设备(仅在任务间隙时随机进行短时充电补偿能量)，能主动、有规律地按最安全、快捷的路线执行任务。因此于传统的人工或半人工的物料输送方式相比较，AGV可促进企业技术进步，改善了工人的工作环境条件及工作安全性，帮助提高了自动化生产水平，有效地解放了企业的劳动生产力，同时还能促进了企业管理水平的提高，推进企业的标准化、规范化、信息化的基础建设，同时还降低生产与运输的危险性及破坏性，提高企业生产与运输的效率。

近年来，当今快速发展的科学技术为传统工业的生产方式带来了的巨大革新，越来越多的生产制造企业着眼于提高企业核心竞争力，逐步摒弃传统的生产方式和设备，传统制造业的生产方式随着生产力的不断发展及自动化水平的迅猛提高而发生了深刻的变化。为了达到节约成本、缩短生产周期等方面的要求，柔性制造系统以及工厂自动化这些先进的生产方式就逐步地发展壮大起来。这些生产方式所采用的主要设备都是智能机器人、无人搬运车、自动化立体仓库、物料的检验识别系统等先进设备和装置，企业生产线自动化程度及生产柔性也随着提高。其中无人搬运车以AGV标志，作为物料搬运输送的主要设备，它融合了计算机、信号处理、自动控制、通讯以及机械等多个学科的技术，是一种将环境感知、动态决策和运动控制等技术融于一体的综合控制系统，且能一定程度实现了工业自动化和物流自动化的装置，已经成为现代物流系统中不可或缺的设备。

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AGV应用的特点

AGV自动搬运车能够沿指定预设路径行驶,完成货物装卸、自动充电等自动化操作，能够灵活的组建到现代化生产、管理流水线中。

（1）实现一体化控制系统能够非常方便地与现有物流系统连接,如各种堆垛机、自动传输带、升降机等实现在物料运输期间对物料进行跟踪保证物料能够按计划的进行输送，同时便于查询物流信息与生产线和库存管理系统进行在线连接以向工厂管理系统提供实时信息。

（2）提高生产效率采用系统能够减少人工检取与堆置物料的劳动力，操作人员无需为跟踪物料而进行大量的报表工作，因而显著降低劳动力成本，提高劳动生产率，同时便于生产管理。

（3）通常多台AGV与控制计算机（控制台），导航设备，充电设备以及周边附属设备组成AGV系统，其主要工作原理表现为在控制计算机的监控及任务调度下，AGV可以准确的按照规定的路径行走，到达任务指定位置后，完成一系列的作业任务。

（4）系统可靠性系统由若干台自动搬运车组成，保持连续工作，如果其中一台需要维修，依然能够保证物流生产链的正常工作。

（5）充电自动化当电量使用到一定程度时，它会向系统发出充电请求，控制计算机可根据AGV自身电量决定是否到充电区进行自动充电。通过上位机调度安排，在系统允许后自动到充电站按一定优先级“排队”充电。

（6）节约能源与保护环境的充电和驱动系统耗能少，能量利用率高,噪音极低对制造和仓储环境没有不良影响。

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AGV系统的组成部分

AGV系统是一个庞大多融合的系统， 主要可分为AGV驱动系统、AGV人机交互系统、AGV导引系统、AGV行走系统、AGV制动系统、AGV动力系统、AGV控制系统、AGV移载系统、AGV通讯系统和AGV安全装置等，各个部分及其功能如下：

（1）AGV驱动系统

AGV驱动系统可采用多种类型的电机进行驱动，以蓄电池或者锂电池为供电电源，电机经过电机减速机后带动其出力轴，电机出力轴连接至驱动轮带动驱动轮实现AGV 的行走。

（2）AGV人机交互系统

人机交互系统是AGV系统的基础，人机交互系统提供了AGV系统与用户进行友好信息交互的平台，用户可以收到 AGV 运行状态信息和报警信息，并通过不同要求实现工作模式切换。

（3）AGV导引系统

AGV导引系统主要是由其导航技术所决定的,分为有轨技术与无轨技术，AGV导引系统可通过网络通讯设备发送指令调度AGV前往用户指定的位置进行配送动作，所以AGV 导引系统是AGV系统实现与运行最基本的前提。

（4）AGV行走系统

AGV行走系统包括AGV驱动轮和AGV从动轮，AGV驱动轮主要用于驱动AGV行走及转向，AGV从动轮则主要用来辅助支撑AGV自身和物流重量及辅助平衡AGV的作用。

（5）AGV制动系统

通常AGV制动系统都采用机械制动和电气制动，电气制动是通过采用了与驱动AGV 运动方式相反的电气连接方式失能电机以达到加速停止的效果；机械制动则是采用物理力学的方式抑制电机转动，主要采用机械抱闸的制动方式。

（6）AGV动力系统

AGV动力系统指的是AGV电源部分，主要分为铅蓄电池和锂电池，根据充电技术方式可以分为自动充电和手动充电，电池的容量也会有不同。

（7）AGV控制系统

AGV控制系统是AGV系统的核心部件，主要是AGV主控制器，完成 AGV的导航算法的实现、路径规划、传感器的数据的收集及控制其他系统等工作。

（8）AGV移载系统

AGV移载系统是运输型AGV的关键部件，主要有滚子输送带、挂钩牵引式、固定的升降板等多种方式进行运载货物，是AGV完成运输的基础设备。

（9）AGV通讯系统

AGV通讯系统是AGV系统的关键组成部分，它是AGV的运行命令的输入口与AGV状态数据的输出口，也是AGV与外界连接的“窗口”。

（10）AGV安全装置

AGV安全装置可分为AGV车载安全装置和地面安全装置两部分。AGV车载安全主要用于AGV的自我保护，主要包括了AGV的速度报警、紧停控制、AGV的状态报警等；AGV 地面安全装置是地面防撞避障，其主要采用了防撞条，汽车雷达，红外线和激光多种安全装置，其中激光防撞功能最强大而且最安全，防撞条防撞性价比最高。

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AGV关键技术

AGV是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助功能于一体的综合系统。它集中运用了计算机、传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。AGV关键技术包括如下几个方面：

（1）环境感知与信息融合技术

AGV能够依靠传感器感知外部环境和自身状态，实现自主行驶任务。AGV作为智能搬运工具，既需要感知和判断周围环境，也需要监控自身实时状态，准确的应用传感器技术能有效对AGV小车准确稳定的运行，故具有十分重要的意义。

信息融合又称数据融合，是对多种信息的获取、表示及其内在联系进行综合处理和提炼的技术。AGV系统可靠运行的前提是通过各种传感器准确的捕捉环境和自身的状态信息，并加工处理，随后发出预警或者自动操控。然而到目前为止，没有任何一种传感器能保证在任何情况下能提供完全可靠的信息，采用多传感器信息融合技术，即将多个传感器采集的信息进行合成，形成对环境特征的综合描述的方法，能够充分利用多传感器数据间的冗余和互补特性，获得我们需要的、充分的信息。

利用多源信息的关联组合，充分识别、分析、估计、调度数据，完成下达决策和精确处理信息的任务，并对周围环境、战况等进行适度的估计。AGV作为智能搬运工具，既需要感知和判断周围环境，也需要监控自身实时状态，准确的应用传感器技术能有效对AGV小车准确稳定的运行，因此具有十分重要的意义。

（2）定位和导航导引技术

对于AGV来说导航技术是不可或缺的，是AGV智能化以及完全自主工作的关键技术之一，也是AGV技术研究的核心部分。定位导航技术好坏直接决定了AGV的精确性和性能稳定性，同时也决定AGV功能性、应用实用性、自动化程度等关键因素。定位是即通过传感器来感知外部信息，通过主控制器的有效控制，以确定被控装置在现场布局中的位姿。定位技术即可以控制AGV在路径中的位置，通过位置信息准确下达对应任务。

AGV的导航引导方式也多种多样，主要分为磁导航、光学导航、激光导航、视觉导航、GPS导航和惯性导航等。各种导航引导技术也具有各自的优缺点，适用于不同场合。因为每一种导航方式都有自己的优势与不足，基于多种导航引导方式进行融合的导航方式能够达到相辅相成的引导效果。成为目前研究应用的热点。

AGV的导航引导技术是计算行驶方向和路径的方法，通过一定的定位技术获取在工作区域中的绝对位置，结合的导航引导方法获得运行路径。根据AGV的导引线路的形式，又可分为固定路径导引方式和自由路径导引方式。固定路径导引方式，在其行驶路径上设置导引用的信息媒介物AGV通过检测出它的信息而得到导引的方式，导引技术相对简单；自由路径导引方式，没有轨道，AGV 上储存着布局上的尺寸坐标，通过识别车体当前方位，自由地决定路径而行驶的导引方式。

（3）路径规划

AGV通过导航系统完成周围信息的感知，下一步就是如何根据获取的信息进行行驶路径的规划。根据在路径规划开始时是否存在完整的环境信息，可以将路径规划方法划分为两大类：已知环境中的路径规划与未知环境中的路径规划。其中未知环境包含在路径规划开始时环境信息完全未知或者部分未知、以及环境内存在移动障碍物且移动不可预测等情况。由于全局路径规划中是以路径的始点与终点进行，没有考虑到路径的曲率、方向等细节的变化，加上在行驶过程中的受环境及自身状态影响较大，因此AGV在行驶中主要应用的是局部路径规划技术，通过自身传感系统的感知并综合自身的运动状态不断的规划出在当前环境中无障碍、可通行的路径。

（4）运动控制与路径跟踪

在规划完AGV的行驶路径之后，下一步就是要求AGV准确快速实现期望路径的跟踪。对于AGV的运动控制与目标路径的稳定跟踪是自主行驶的关键技术。目前应用较多的仍然是采用基于误差反馈的闭环控制策略来消除系统跟踪误差。为保证其实时性、鲁棒性及AGV行驶的稳定性要求，AGV的运动学和动力学计算以及如何设计良好的反馈控制律是目前AGV运动控制研究中的一个活跃领域。

（5）智能控制技术

从 20 世纪初，控制理论就得以发展演变，随着现代控制理论不断融入新学科技术，如模糊数学、神经网络等等，目前传统的控制技术已逐步发展为能更好解决复杂系统控制问题的智能控制技术。智能控制（intelligent controls）是效仿人的智能，具备自主学习、推测及决策等功能，并且无需人为干预或帮助，能自主根据控制对象或控制环境的变化做出有效的推测和决策。

智能控制是控制理论发展的必然趋势，在深度和广度上明显优于传统控制方式，是计算机科学技术、信息技术等学科知识的互相渗透，控制科学与工程研究的不断发展。AGV系统在运动控制模型和动力控制模型存在不确定性、复杂性、非线性性等特点，而智能控制正好能很好的实现控制。目前应用于AGV较多的控制方法是模糊控制、神经网络控制、遗传算法控制、模式识别控制等,且前两者应用较多。

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AGV软件功能实现

软件系统的设计也是整个AGV系统正常运行的重要环节之一，它的好坏直接影响到系统功能的实现，它是用户和计算机之间的媒介，要求简单易用，操作方便快捷。控制系统各项功能是通过软件编程得以最终实现的，包含控制流程、数据逻辑运算及处理、状态显示以及参数存储等等。

软件系统的主要任务一般包括界面显示、算法实现及系统设定，实现控制等功能。AGV 系统，其软件系统一般采用上位机和下位机程序设计模式，上位机与下位机程序通过通讯方式实现数据交换。

作为整个系统的主控制单元，PC端上位机软件的设计是较为复杂的，上位机主程序一般采用高级语言编写，主要功能包括算法实现、车体姿态数据的采集、路径规划、手动控制、显示与保存、参数设置、与下位机通讯等。算法实现主要指实现控制策略算法，得到控制参数，是在主程序后台实现的；显示及参数设置属于人机交互界面设计，用户对AGV的操作都是在上位机界面上进行的，要保证界面清晰易懂，并保持界面菜单、对话框风格要统一，最大限度的减小AGV运动错误概率及用户的操作负担。

下位机主要是PLC程序，下位机接收上位机下达的命令，执行运动。主要包括三个方面，一是与上位机之间的通讯，二是与传感器之间的通讯，三是负责顺序控制和信息控制。PLC程序主要负责顺序控制即实现系统按照一定的顺序工作，而信息控制即完成数据采集、存储、变换、逻辑运算处理等任务。控制软件是AGV功能得以实现的基础和前提。

程序采用模块化设计思想对AGV硬件系统的各个模块进行了设计。模块化程序的设计思想主要对AGV各个硬件模块采用各个击破的方式，降低了设计的复杂度起到了加快软件设计的进度的作用，采用模块化设计程序结构清晰合理，代码可读性好。此外，一旦AGV系统的硬件有所改动或者升级，AGV软件程序易于实现修改和维护。

后记

5年前AGV企业不到百家，5年后AGV企业已经有千家了。虽然现在的AGV行业如火如荼，正处于猛增状态，AGV听上去觉得很高大上，很有吸引力，但千万不要头脑一热就上AGV，由于AGV具备较高程度的专业性，企业一定要具备相关专业人员，从业务和技术方面进行需求分析。往往都是客户对需求不是很清楚，盲目跟风而已。一定要了解供应商的综合实力，根据自身需求合理引进AGV，不要让AGV成为企业摆设品，不能给企业带来利益。

注：

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作 者 简 介

王刚

剑指工控运动控制专家

主要从事系统集成，运动控制设备应用二次开发。目前主要从事并联六自由度平台、振动台、道路模拟试验设备、疲劳或加载试验设备等应用开发。