淺談激光導引AGV系統原理與應用

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

關鍵詞：激光導引；AGV系統；原理與應用

引言

自動導引小車（AGV）是一種具有光學或電磁特性的自動導引裝置，具有停車選擇、小車編程、安全保護等功能，也是現代物流系統中的重要組成部分。AGV在工業應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，或者設置電磁軌道規范其運行路線，AGV根據電磁軌道提供的信息進行相應動作。和其他移動機器人相比，AGV具有工作效率高、可控性強等優勢。和物流運輸中的其他設備相比，AGV不需要在活動范圍內設置支架等固定裝置，并且不受空間、場地的限制。AGV在自動化物流運輸系統中的應用，由于其具備自動化、可控性高等特征，能夠實現靈活、高效的無人生產模式[1]。AGV的動力源為電池，導引方式有電磁導引、直接坐標導引、激光導引和圖像識別導引等，激光導引是其主要導引方式，可以實現非接觸導引并根據實際需求更換移載機構，以完成不同的操作任務。激光導引AGV系統由地面控制系統、車載控制系統和導航系統三部分組成，不同項目對系統的需求存在差異，也讓系統變得更加復雜。

1 激光導引AGV系統的工作原理與特點

1.1 激光導引的原理

激光導引是AGV系統中比較常見的導引方式，也是AGV發展過程中十分重要的一項技術[2]。除了衛星定位系統外，激光導引也是唯一不用地面處理的導引方式。激光導引AGV系統主要由AGV激光掃描器和AGV反射板兩部分組成[3]。首先在AGV設備中安裝可以接受和發射激光的掃描器，然后將AGV反射板安裝在導引區的四周，之后精確測量每塊發射板的坐標位置，在AGV系統的存儲器中存儲每塊反射板的信息，根據存儲數據進行導引計算。激光導引系統中的指定區域應該設置一定數量的反射板，保證在AGV的工作區域內探測出所有反射信息。

AGV進入導引區域后首先應該確定其準確方位，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確位置。激光導引的連續位置計算一般是根據小車的當前運行速度、轉向角和間隔時間等，估算小車下一時刻的位置。激光掃描器按照固定轉速旋轉的角度為360度，脈沖激光器將激光發射到發射板上后，經發射板反射后被激光掃描儀探測到，將這些信息傳輸給AGV系統中的計算機系統，計算機對信息進行分析處理，準確計算出AGV的位置和運動方向，然后和車載控制系統中預先設置的參數進行對比校正，達到引導AGV運行的目的。

激光導引AGV設備的工作區域分為通信區和非通信區兩種。在通信區內，AGV設備通過其車載通信裝置和計算機控制系統了解其準確位置和狀態，并且根據工作指令動作。在非通信區內，AGV設備根據設備中預先設定的程序運行，不受計算機系統的控制。

1.2 激光導引AGV系統的特點

（1）具備先進性。激光掃描器的定位精度比較高，一般誤差不大于±5mm；在設備運行布局方面，計算機系統的可控性更高，并且可以和小車持續通信；具備無線反饋功能，不受外界干擾，具有強大的內部編程系統支持。（2）適應性強。設備在現有基礎上的安裝能夠和生產同步；設備擴充和停產幾乎不影響生產；系統的運行路線更復雜，不依賴地板表面，可以快速改變運行方向；結構簡單，反射板是唯一的定位裝置。（3）經濟實用。不需要在地下埋線，不需要高功率的放大器設備，反射板的體積小、成本低，數量不多并且安裝方便。

2 激光導引AGV系統的應用方法

2.1 確定AGV的操作方式與數量

AGV系統在應用過程中首先必須確定操作方式和數量。可以根據系統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，一個系統可以運用幾種不同的操作方式[4]。AGV的數量一般根據系統的運輸能力，運用仿真計算的方式確定。

2.2 AGV安全防護的選用

AGV中除了需要安裝聲光報警系統外，還應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，因此工作人員應該根據具體情況合理選用。

2.3 AGV通信方式的選擇

激光導引AGV系統中的通信方式一般為無線數字通信，通信頻率根據相關規定選擇，每臺AGV設備和系統輪流循環通信。無線數字設備的通信速度決定了輪流循環通信的速度，但也限制了同一頻率下AGV的數量。

2.4 AGV中反射板的設置和路徑規劃

AGV中反射板的設置，應該根據設備行駛區域的具體情況進行安裝，安裝數量遵循安全、準確的原則。反射板設置過少不利于安全導引，設置過多也會影響導引的精度[5]。AGV的路徑規劃屬于基礎性的工作，通常和系統的總體方案一起確定，在規劃過程中應該結合AGV的數量、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的車輛調度和任務管理

AGV系統一般根據計算機設置的任務量、小車的位置等進行車輛調度，以此優化車輛分配。AGV的優化計算是連續的，如果某臺AGV被選擇后沒有分配任務，在其運行期間可以選擇優化后的AGV完成相應任務。如果AGV執行的任務較多，計算機會將任務命令儲存起來，等到有空閑AGV再按順序分配任務。

3 結束語

激光導引AGV系統是將多種高新技術結合在一起的輸送系統，具有智能化、自動化和柔性化的優勢，能夠實現靈活、高效的無人生產模式。相信隨著社會生產自動化水平的不斷提高，激光導引AGV系統在物流系統中必將發揮更大的作用。

參考文獻

[1]楊文華，王勇，張智勇.激光導引AGV系統結構及其控制[J].起重運輸機械，2010（12）.

[2]陳順平，梅德慶，陳子辰.激光導引AGV的自動引導系統設計[J].工程設計學報，2012（05）.

[3]張香圃.射頻IC卡在視覺導引AGV運動控制中的應用[J].新技術新工藝，2011（09）.

[4]劉洋.關于激光導引AGV小車激光定位算法的探討[J].物流技術與應用，2010（11）.

[5]張香圃，任乃飛，張海軍.非接觸式IC卡在視覺導引AGV運動控制中的應用[J].機械設計與制造，2011（11）.

作者簡介：劉敏偉（1980，9-），江蘇南京人，男，控制工程專業，本科（工程碩士在讀），研究方向：自動控制。