AGV导航技术分析

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  随着工厂自动化,计算机集成的制造系统技术逐步发展和自动化立体仓库的广泛使用,AGV作为物流管理系统一个重要部分,其自身的范围和技术水平都得到了迅猛的发展。但是往往越来越多的人了解它,觉得需要它,但是不怎么了解它,然后担心AGV的种种问题。在这里我给大家简单介绍下AGV导航方式,让那些觉得有需要的公司有一个简单的了解。

图1 AGV导航技术总览图

  激光导航

  激光导航是在AGV行驶路径的周围安装激光反射板,AGV通过发射激光束,同时采集由反射板反射的激光束,来确定其当前的位置和方向,并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导航。

图2 激光导航

  激光导航技术优点:

  AGV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,它是目前国内外许多AGV生产厂家优先采用的先进导航方式。

  技术高大上。

  激光导航技术缺点:

  成本高,对环境要求较相对苛刻(外界光线,地面要求,能见度要求等)。

  激光导航设备价格高。

  激光导航设备适用于无遮挡环境。

  反光板成本高。

  目前激光导航技术已经成为国内外AGV厂商的主流方案,由于其定位精度高、线路变更灵活、导航技术成熟等等因素导致激光导航已经普及。

  磁条导航

  磁条导航被认为是一项非常成熟的技术,主要通过测量路径上的磁场信号来获取车辆自身相对于目标跟踪路径之间的位置偏差,从而实现车辆的控制及导航。磁条导航具有很高的测量精度及良好的重复性,磁导航不易受光线变化等的影响,在运行过程中,磁传感系统具有很高的可靠性和鲁棒性。磁条一旦铺设好后,维护费用非常低,使用寿命长,且增设、变更路径较容易。

图3 磁条导航

  磁条导航的优点:

  现场施工简单。

  成本低、技术成熟可靠。

  对于声光无干扰性。

  AGV运行线路明显性。

  线路二次变更容易、变更成本低、变更周期短。

  对施工人员技术要求低

  磁条导航的缺点:

  磁条易破损

  由于地面铺设磁条,整体美观性下降。

  磁条不能连贯性,由于AGV转弯会碾压磁条,部分磁条会截断不铺设。

  磁条会吸引金属物质,导致AGV设备故障等等。

  需要其他传感器实现定位站点功能。

  磁钉导航

  该导航方式依然是通过磁导航传感器检测磁钉的磁信号来寻找行进路径,只是将原来采用磁条导航时对磁条进行连续感应变成间歇性感应,因此磁钉之间的距离不能够过大,且两磁钉间AGV处于一种距离计量的状态,在该状态下需要编码器计量所行走的距离。其次,磁钉导航所用控制模块与磁条导航控制模块相同。

图4 磁钉导航

  磁钉导航的优点:

  成本低、技术成熟可靠。

  导航的隐秘性好、美观性强,也就是说磁钉预埋打孔填埋在地面下,整个工厂地面以上没有其他导航辅助设备。

  磁钉抗干扰强,抗磨损性强,抗酸碱、油污等影响。

  使用用户外、室内、下雨等等

  磁钉导航的缺点:

  AGV导航地面需满足技术要求,即AGV导航路线内不能有其他磁性物质存在;AGV导航线路不能有消磁、抗磁物质,影响AGV磁钉磁性。

  AGV磁钉导航线路一次铺设,后续修改线路必须执行二次作业,对比激光导航技术,磁钉导航对于后期修改线路增加成本和施工时间。

  AGV磁钉导航施工会对地面进行一定的破坏功能,即在地面开孔,然后回填,对施工技术要求严格,才能恢复原地面美观要求。

  电磁导航

  电磁导航是较为传统的导航方式之一,目前仍被采用,它是在AGV的行驶 路径上埋设金属线,并在金属线加载导引频率,通过对导引频率的识别来实现AGV的导航功能。

图5电磁导航

  该导航技术类似于磁条导航,由于该导航技术美性不足、路径变更困难等缺点,该技术方案逐渐被AGV厂商放弃,但是特定地场合也比较适合该导航技术,具体根据AGV工作环境要求。比如高温环境下、线路平直性要求严格等要求。

  电磁导航的优点:

  成本低、技术成熟可靠。

  导航的隐秘性好、美观性强,也就是说磁钉预埋打孔填埋在地面下,整个工厂地面以上没有其他导航辅助设备。

  磁钉抗干扰强,抗磨损性强,抗酸碱、油污等影响。

  使用用户外、室内等等

  电磁导航的缺点:

  需要额外设备产生电磁信号。

  需要其他传感器实现站点定位功能。

  AGV电磁导航线路一次铺设,后续修改线路必须执行二次作业,对比激光导航技术,电磁导航对于后期修改线路增加成本和施工时间。

  AGV磁钉导航施工会对地面进行一定的破坏功能,即在地面开槽,然后回填,对施工技术要求严格,才能恢复原地面美观要求。

  导航技术不高大上。

  测距导航

  该导航技术主要应用于激光二位扫描仪对其周围环境进行扫描测量,获取测量数据然后结合导航算法实现AGV导航。

图6测距导航

  该导航传感器通常使用具有安全功能的安全激光扫描仪实现,由于采用安全激光扫描仪可以实现安全功能的同时也能够实现导航测量功能。

安全激光扫描仪

  采用测距导航技术的AGV可以实现进入集装箱内部进行自动取货送货功能。

  轮廓导航

  轮廓导航是目前AGV最为先进的导航技术,该技术利用二维激光扫描仪对现场环境进行测量、学习,并绘制导航环境,然后进行多少测量学习,修正地图进而实现轮廓导航功能。

轮廓导航

  利用自然环境(墙壁、柱子以及其它固定物体)进行自由测距导航根据环境测量结果更新位置。

轮廓导航原理

  轮廓导航转弯实现原理

  轮廓导航环境测量实现

  目前轮廓导航传感器类型:

  采用具有测量功能的安全激光扫描仪。

  采用具有测量功能的激光扫描仪

  轮廓导航传感器安装分类:

  获得足够大的视野是轮廓导航的必要条件:

  将单个传感器安装在高处,以获得270度视角。

  安装两个传感器,以获得超过270度的视角。确保水平对齐。

轮廓导航安装方式

  货物应设置在适当范围内(比如最大距离 30 米,在可行性评估时,采用使用 20 米) 以及在两边与前面,以实现完整的位置更新 ,这点很重要。

轮廓导航AGV路径设置

  环境动态变化

  预知传感器视角会因员工、车辆、门与设备移动而临时移动,这在一定程度上是可以接受的。设备、车辆、托盘与其它固体要在车辆行驶时保持静止,这面临的挑战更大。

  至少 50% 的传感器读数来自实测图中的物体。

轮廓导航环境动态评估

  轮廓导航优点:

  不需要反射器或其它人工地标

  降低安装成本

  减少维护工作

  激光导航替代方案

  混合导航

  混合导航是多种导航的集合体,该导航方式是根据现场环境的变化应运而生的。由于现场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。

混合导航技术

  补充一下

  光学导航

  光学导航其实利用工业摄像机识别。该导航分为色带跟踪导航、二维码识别等等功能。接下来,我会重新写一篇文章详细介绍一下光学导航的原理。

光学导航-色带导航

亚马逊KIVA机器人

  目前,亚马逊的仓储机器人AGV就是利用光学导航实现的(上图中地面贴有二维码,KIVA机器人通过识别二维码来实现定位及辅助动作)。由于亚马逊KIVA机器人仅仅服务于亚马逊,目前第九代KAVI已经服务于亚马逊仓库,由于国内电商也存在相同的需求,因此国内很多仓储机器人AGV就是按照亚马逊的KIVA的工艺流程设计的。

  比如国内的新松公司的也有自主研发的仓储机器人,从外观的美观程度与功能上基本与亚马逊KIVA一个水平。

  本文主要目的是让大家初步了解AGV导航技术,在生活中很多人不了解AGV什么、AGV干什么、AGV如何行驶的、AGV导航有哪些?

  本人从事AGV工作,本着让大家了解AGV、关注AGV、同时普及一下AGV相关知识。

  文中有不足之处,希望大家能够谅解。

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