随着智能制造的发展，工厂智能化已成为必然趋势,无人搬运车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)作为自动化运输搬运的重要工具，近年来的应用越来越广泛。而导航技术作为AGV的核心技术之一，随着各类技术的发展，AGV的导航技术也不断提升。
1. AGV导航的技术要点
AGV的导航是指AGV根据路径偏移量来控制速度和转向角，从而保证AGV精确行驶到目标点的位置及航向的过程。主要涉及三点：
1.1 定位
定位是确定AGV在工作环境中相对于全局坐标的位置及航向，是AGV导航的最基本环节。
1.2 环境感知与建模
AGV通过环境感知，确定在环境中的相对位置，以及对动态障碍物运动进行预判，为局部路径规划提供依据。
1.3 路径规划
根据掌握环境信息的程度不同，可分为两种类型：一个是基于环境信息已知的全局路径规划，另一个是基于传感器信息的局部路径规划。
2. AGV导引导航方式介绍
目前主流的AGV导航技术有：电磁导航、磁带导航、色带导航、激光导航、惯性导航、视觉导航、GPS导航、坐标导航等。最初，AGV只是简单地沿着固定的物理线路行驶，被称为“固定路径导航”(如电磁导航、磁带导航、色带导航等）；后来，AGV能够根据导航及路径规划信息，自动选择预设的“逻辑线路”行驶，被称为“自由路径导航”(如激光导航、惯性导航等）。
导航方式 | 简介 | 原理图 | 优势 | 缺点 | |
固定路径导航 | 电磁导航 | 给行驶路径上埋设的金属线加载电流产生导航频率，AGV通过对导航频率的识别和跟踪，确定运行路线 |
图片来自： https://blog.csdn.net/nickelwang/article/detail | .导航线隐蔽 .不易污染和破损 .导航原理简单而可靠 .便于控制通讯 .抗干扰性强 .投资成本低 | .不易扩展或改变路径 .对复杂路径局限性大 .环境要求严格 (高温环、线路平直性) |
磁带导航 | 在地面上铺贴磁带, AGV通过磁带感应信号实现导航 |
图片来自： https://blog.csdn.net/nickelwang/article/detail | .定位精确 .灵活性比较好 .改变或扩充路径容易 .铺设简单易行 .成本也较低 | .易受环路周围金属物质的干扰 .易受机械损伤 .固定路径行走，路径变更需重新铺设磁带。 | |
自由路径导航 | 激光导航 | 行驶路径安装有高反光性的激光反射板,AGV的激光扫描器发射激光，同时采集反射回的激光并进行信号处理实现定位和航向 |
图片来自： https://blog.csdn.net/nickelwang/article/detail | .定位精确 .地面无需其他定位设施 .行驶路径可灵活多变 .能够适合多种现场环境 | .设备成本高 .对环境要求较相对苛刻,比如环境光线，地面,设备反光面等 .反射板与AGV的激光扫描器之间不能有障碍物，不适合空中有物流影响的场合。 |
激光SLAM导航 | 无需使用反射板，通过工作场景中的自然环境作为定位参照物以实现定位导航 |
图片来自： https://blog.csdn.net/nickelwang/article/detail | .可靠性高，技术成熟 .无需其他定位设施 .形式路径灵活多变 .能够适应多种现场环境 .精度高，无累计误差 | .受雷达探测范围限制 .安装结构有要求 | |
视觉SLAM导航 | 通过车载视觉摄像头采集运行区域的图像信息，通过图像信息的处理来进行定位和导航 |
图片来自： https://blog.csdn.net/nickelwang/article/detail | .高灵活性, 引导柔性强 .适用范围广 .成本低 | .技术成熟度一般 . 对环境光线需求大 .运算负荷大 .传感器动态性能需提高 .信息处理有累计误差 | |
惯性导航 | AGV装有陀螺仪,在地面上安装定位块,通过陀螺仪偏差信号的计算及定位块信号的采集确定位置和航向 |
图片来自： https://wenku.baidu.com/view/ | .定位准确性高 .灵活性强，适用性广 .电子陀螺仪成本较低 | .机械陀螺仪成本较高 .导航的精度和可靠性与陀螺仪的制造精度及使用寿命密切相关。 | |
二维码导航 | 通过离散铺设QR二维码,AGV车载摄像头扫描解析二维码获取实时坐标, 进而确定运行路线 |
图片来自： https://www.kollmorgen.cn/zh-cn/ | .相对灵活 .铺设和改变路径较方便 | .二维码易磨损，需定期维护 . 使用环境需比较好 | |
混合导航 | 多种导航集合体，根据环境的变化导致某种导航暂时无法满足要求，进而切换到另一种导航方式继续满足AGV连续运行。主流的导航方式是二维码+惯导 |
图片来自： https://www.kollmorgen.cn/zh-cn | .相对灵活 .铺设或改变路径也比较容易 | . 路径需要定期维护 . 场地复杂则要频繁更换二维码 . 对陀螺仪的精度及使用寿命要求严格 | |
3. 常见导航方式示例
早期的AGV多是用磁带或电磁导航，两种方案原理简单、技术成熟，成本低，但是后期的维护比较麻烦，并且只能按固定路线行走，无法实现智能避让，或通过控制系统实时更改任务, 随着SLAM算法的发展，SLAM成为了许多AGV厂家优先选择的先进导航方式，SLAM方式无需其他定位设施，行驶路径灵活多变，能够适应多种现场环境.
3.1磁导航
3.1.1原理
磁导航是在地面上铺贴磁带，AGV通过磁带感应信号实现导航。
3.1.2应用场景
磁导航灵活性比较好，磁带铺设相对简单，但易受环路周围金属物质的干扰，由于磁带外露，易被污染难以避免机械损伤，因此可靠性受外界因素影响较大，适合环境条件较好，地面无金属物质干扰的场合。
3.1.3磁导航组件设计选型注意点：
1. 安装高度
磁导航传感器安装距离磁条表面与导航磁条有关，
例如：兴颂机器人公司的CNS-MGS-08N传感器配合1.2mm厚度30mm宽磁条(最大可检测高度：60mm)时传感器安装高度：30mm（20mm~40mm）。
注意：安装高度需要考虑传感器安装位置变化，确保传感器移动范围在最大检测高度范围内。
H:磁条最大可检测高度 h：传感器安装高度
2. 磁条宽度
磁条宽度一般为30mm或50mm,磁条最小间距为50mm，磁道周围50mm不能有强磁和导磁体，磁道接缝应小于2mm
3. 采样点数量
磁导航传感器采样点间隔为10mm，采样点越多,采集的信号越多,精度也越高
4. 检测精度
检测精度基础误差为1mm，与传感器的安装高度、磁性介质的外形尺寸有关
5. 通信接口
u RS232-HS 19200bps,115200bps
u RS485-HS 9600bps-115200bps
u RS485-MODBUS 9600bps-115200bps
u CAN-HS/CAN 2.0A
u CANOPEN
6. 使用环境
IP等级要求，环境温度要求等。
3.2激光SLAM导航
3.2.1原理
激光SLAM导航是一种自然导航方式，通过激光测距结合SLAM算法建立小车的整套行驶路径地图，不需要任何的辅助 材料，柔性化程度更高，适用于全局部署
3.2.2应用场景
图片来自：http://www.leishen-lidar.com/solution/54
激光导航技术在航天和军事上较早运用，其主要优点是技术先进，定位准确性高，灵活性强，地面无需其他定位设施，行驶路径可灵活多变，能够适合多种现场环境，是目前许多AGV生产厂家优先采用的先进导引方式。
3.2.3激光SLAM导航组件(激光雷达)设计选型注意点:
1. 激光波长
目前市场上三维成像激光雷达最常用的波长是905nm和1550 nm。
2. 测距分辨率
测距分辨率衡量在给定距离下测距的精确程度，通常与距离真实值相差在2-20mm,误差越小,越精确
3. 扫描半径
激光雷达测距的范围，与反射率有关，需根据实际选择合适扫描半径的激光雷达
4. 扫描频率
激光雷达单位时间内完成多少次测距输出，市售激光雷达通常在10Hz以上。
5. 角度分辨率
直接决定激光雷达一次完整扫描能返回多少个样本点。
一般水平方向分辨率较高可以达到0.01°级别。垂直方向分辨率一般可以达到0.1°~1°级别。
6. 激光线程
激光线程一般有16/32/64/128几种，线程越多测量数据越逼真。
7. 测定速度
激光雷达单位时间内能够测得点数，一般在几万点/秒到几十万点/秒左右。
8. 安全等级
激光雷达的安全等级是否满足Class 1，需要考虑特定波长的激光产品在完全工作时间内的激光输出功率，即激光辐射的安全性是波长、输出功率，和激光辐射时间的综合作用的结果。
9. 可视范围
激光雷达完整扫描的广角，可视范围之外即为盲区
AGV的导航技术多种多样，不同的场合可采用不同的导航技术。单一的导航技术无法覆盖所有的应用。导航技术没有孰优孰劣，而应根据使用环境，因地制宜地灵活运用。AGV导航技术一直朝着更高柔性、更高精度和更强适应性的方向发展，且对辅助导航标志的依赖性越来越低。像SLAM这种即时定位与地图构建的自由路径导航方式，无疑是未来的发展趋势。相信不久的将来，5G、AI、云计算等技术与智能机器人的交互融合，将给AGV行业带来翻天覆地的变化，而有更高柔性、更高精度和更强适应性的SLAM导航方式也将更适应复杂、多变的动态作业环境。(✳文中图片引自网络,仅供参考✳)
