物流用自動引導小車（AGV）的專利技術分析

劉文梅

【摘要】 AGV （Automatic Guided Vehicle） 是指自動引導小車，它是以電池為動力，裝有導航系統的無人駕駛自動化搬運車輛。本文主要以物流用自動引導小車（AGV）的相關專利申請為研究對象，對其全球專利申請進行了統計和分析，包括申請量趨勢、國別分布、申請人分布、專利技術分支及各分支的發展，并根據涉及到AGV的導引和行駛路線的控制方法對專利技術發展路線進行了梳理。

【關鍵字】 AGV 導引 定位

一、引言

AGV主要由導向模塊、行走模塊、控制模塊、通訊裝置、移載裝置和蓄電池等構成，其中，導向模塊和控制模塊是AGV的關鍵模塊。AGV的導引和控制方法的專利涉及較多的分類號為G05D1/02，即二維的位置或航道控制。目前，已經被研究開發和應用的導引方法中，主要有：電磁感應式、光學導引式、化學導引式、磁感應式、位置推斷法、參考標志法、慣性導航法和圖像識別法等。一類是基于尋跡的導引模式，另一種是無軌跡式全局自主定位導航。本文主要對G05D1/00下、涵蓋上述導引方式以及涉及到AGV的行走方法的主題進行分析。

二、專利技術統計分析

2.1專利申請量分析

1986年之前關于AGV的僅有極少量專利申請，實際上AGV技術最先出現于美國，1913年美國福特汽車公司首先使用有軌引導的AGV代替輸送機用于汽車底盤裝配線上，開啟了AGV應用之路；1953年年美國Barrett Electric公司應用電磁感應原理進行路徑導航，設計制造了第一臺自動導引車，這一期間相應的專利申請有US3147817A、US3245493A等。20世紀70年代左右，由于歐洲的公司對托盤的尺寸和結構進行標準化，促進了AGV的發展。

20世紀80年代以來，特別是1995年到1999年出現了第一個小高峰，主要是因為無線導引技術開始引入到AGV系統中，如激光和慣性導引，使得AGV的定位更精準、行走更靈活。

2000年-2009年期間，AGV的申請量呈下滑趨勢，可能是由于AGV在工業生產過程中需要精準的定位技術和大型的調度系統，而關于這兩方面的技術缺陷還處于瓶頸階段。

從2010年以后，由于大型服務器、數據處理器的開發和新型導引方式的應用，如視覺導引、多傳感器融合技術，使得AGV趨于智能化、模塊化的方向發展，且一些關于機器人控制領域的多智能體理論和智能控制方法開始逐步應用到AGV領域中，使得AGV迎來了另一個發展高峰期[1]。

與發達國家相比，我國對AGV的研究與應用起步較晚，在工業生產中以引進國外先進設備和技術為主，由于國家對知識產品戰略的重視，從1998年至今國內申請量變化整體呈現上升趨勢，從2010年以后為快速發展期，其中發明專利為64%、實用新型為36%，由于發明專利從申請到公開可能需要18個月，而國內涉及AGV的專利申請主要集中在2010年以后，因此年專利申請數量與實際可能存在偏差。

2.2專利申請人分析

AGV的專利申請主要集中在日本、美國、歐洲、韓國、中國等國家，其中日本的擁有專利申請數量最多，達到全球總量的42%，其次為中國的申請量占有21%，美國、歐洲、韓國分別的申請比例為14%、9%、7%。雖然美國、歐洲作為AGV領域的先驅，但是在專利申請方面，日本的企業占有重要比重，AGV作為行走機器人的一種分支，日本關于AGV的行走控制方法的研究也進一步促進了AGV的發展。日本在1963年引進第一臺AGV，通過對先進技術的研發開始涉獵AGV生產行業，發展至今已有村田機械株式會社、三菱重工株式會社、神鋼電機等多個重要的AGV生產供應廠家，研發出幾十種適用于生產制造、物流服務等行業的各類型AGV，成為亞洲第一大AGV生產國。

而對于中國的泰怡凱電器（蘇州）有限公司，其專利申請雖然占有一定比例，但是發明內容涉及到較多的為清潔領域的自動引導裝置。

國內的專利申請人主要集中在高校和中小企業，其中高校申請人如蘇州工業園區職業技術學院、南京航空航天大學、合肥工業大學等，中小企業申請人為無錫普智聯科高新技術有限公司、成都四威高科技產業園有限公司、蘇州工業園區艾吉威自動化有限公司等。

通過進一步閱讀國內專利申請可以發現，大部分專利申請涉及到AGV導引方式的選擇和控制器的設計，雖然我國近幾年AGV的專利申請量急劇增長，但是我國的AGV專利申請中很少涉及到AGV的核心技術改進，還需要加大科研力度。

三、專利技術

3.1專利技術分支分布

通過對涉及到AGV的專利申請進行人工標引，以其應用到物流領域作為搬運或運輸設備作為關鍵詞進一步限定，從發明的技術方案進行分析，一方面發現AGV類型有多種方式，根據小車運行時有無固定軌道，AGV可分為兩種形式：有軌AGV小車，如專利CN103163883 A、US2014100723 A1、JP2009051597A、US4993507 A等，小車沿固定軌道行駛，但軌道鋪設工作量大，屬于早期的導引技術；無軌式AGV，如CN103823468、JP2008176380A、US6345217 B1等，可以根據實際需要，調整設定的運行路徑，需要克服精準定位、循跡、避障等多個技術困難。

另一方面，涉及到AGV的專利申請主要集中在導引方式和行走方式兩種，也有一部分涉及到AGV自身的結構特征和包括充電控制系統在內的能源系統。本文的側重點為導引和行走方式，其具體分支框架如圖3-1所示[2]。

3.2專利技術分支涉及的改進點

通過對AGV相關專利文獻的標引，發現專利申請側重領域很多，其核心包括提高AGV自身定位精度、控制系統和路徑規劃方法，如通過改進導引設備自身以提高定位精度、集成控制系統的設計、路徑規劃方法的選擇。下面將根據文獻標引情況具體闡述。

而在導引方式方面所做出的改進中，電磁導引方式占有27%的比例，作為最早應用于無軌AGV的導引方式，其技術已經成熟，它是利用在AGV行走的路線下設置專門的電纜線，利用低頻導引線形成的交變電磁場及安裝在AGV上的感應線圈等裝置實現導引，如專利US6799099 B2、US5023790 A、KR20020038751A等。該方法可靠性高、成本低、對環境要求不嚴格，但是路徑改變困難，適合短距離的物料運輸。

激光導引方式也占有19%的比例，通過在運行區域的路徑上設置反射板，在AGV上設置發射和接收激光的掃描器，根據系統中存儲的反射板位置信息進行比較來調整AGV的行走方向，如專利JP2010197865A、JP23657298A、CN104149875 A等。

為實現AGV的精確定位，實際應用時應根據具體的應用環境選取特定的導引方式，或者采用多種導引方式結合的方式取長補短以達到較好的綜合效果，如CN103941733A提出利用室外采用北斗導航系統為主并輔以地面標識和信號增強系統實現系統整體定位和導航，室內采用雙目視覺系統導航為主并輔以射頻識別技術，同時滿足室內和室外的定位要求。

對于行走方式的控制方面，由于AGV在通過各導引方式獲得自身位置信息的同時，經過信息處理，獲得控制命令，驅動AGV按預定軌跡行走，在行走過程中需要考慮障礙物和多AGV之間的協調問題，主要體現在智能算法的使用和基于成本、最短時間等因素進行調度方案的改進。

四、結束語

綜上所述，AGV隨著計算機技術和智能控制策略的發展，開始走向集成化和智能化，主要關注點為AGV自身定位的精準性和行走方式的控制，且涉及核心技術的申請量主要集中在歐美日韓等國家，我國在AGV方面起步較晚，且在工業生產領域主要以引進國外先進設備為主，中小企業和高校的專利申請大部分是依據不同環境下選擇不同的導引方式，很少涉及到AGV自身結構的改進或者側重于集中控制系統的開發，因此，通過專利分析，為AGV后續研究提供更有價值的研究方向。

參 考 文 獻

[1] 周馳東.磁導航自動導向小車（AGV）關鍵技術與應用研究[D].南京航空航天大學，2012年1月。

[2]孫奇.AGV系統路徑規劃技術研究[D].浙江大學，2012年3月。