尚俊云，暴海寧，馮艷麗，胡　靜

（中國航天科技集團(tuán)第九研究院第十六研究所，西安710100）

自動導(dǎo)引車在工業(yè)4.0中的應(yīng)用

尚俊云，暴海寧，馮艷麗，胡靜

（中國航天科技集團(tuán)第九研究院第十六研究所，西安710100）

隨著工業(yè)4.0概念的逐步成熟，智能化工廠、智能化生產(chǎn)以及智能化物流將是未來很長一段時間的發(fā)展模式，傳統(tǒng)的制造企業(yè)會面臨智能化的升級和轉(zhuǎn)型。在此背景下，從提高工業(yè)化生產(chǎn)的自動化程度的角度入手，在生產(chǎn)流水線中引入自動導(dǎo)引車。然后針對每一種導(dǎo)航方式分析其優(yōu)缺點(diǎn)，并且結(jié)合現(xiàn)代化生產(chǎn)方式的特點(diǎn)，通過對具體的應(yīng)用案例進(jìn)行分析，從原理上重點(diǎn)闡述了激光導(dǎo)引的情況，同時分析了自動導(dǎo)引車（AGV）的發(fā)展趨勢，為企業(yè)后續(xù)在選擇適合自身特點(diǎn)的自動導(dǎo)引車方面提供了參考。

工業(yè)4.0；工業(yè)自動化；自動導(dǎo)引車；導(dǎo)引方式；激光導(dǎo)航

0　引言

學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界將工業(yè)4.0的出現(xiàn)看作是以智能生產(chǎn)制造為主要標(biāo)志的第四次工業(yè)化革命。與機(jī)械化、電氣化和自動化為標(biāo)志的前三次工業(yè)革命不同，它的革命性主要體現(xiàn)在工業(yè)化的生產(chǎn)方法方面，即并不局限于某一種特定技術(shù)，而是在信息通信技術(shù)基礎(chǔ)上，通過充分挖掘數(shù)據(jù)，并結(jié)合物理信息系統(tǒng)的配套支持，將傳統(tǒng)的制造業(yè)進(jìn)行智能化升級和轉(zhuǎn)型。它主要包含三個方面的內(nèi)容：首先是“智能化工廠”，重點(diǎn)研究的方向是智能化的生產(chǎn)過程及智能生產(chǎn)系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施在工業(yè)流水線上的實現(xiàn)；其次是“智能化生產(chǎn)”，主要涵蓋企業(yè)的物資管理領(lǐng)域、人機(jī)交互領(lǐng)域以及3D打印技術(shù)在自動化工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用領(lǐng)域等；最后是“智能化物流”，主要是指通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及物流網(wǎng)，整合企業(yè)從原材料儲備到用戶手中的產(chǎn)品過程中的物流資源，大幅度發(fā)揮現(xiàn)有物流資源網(wǎng)絡(luò)，提升供應(yīng)方的生產(chǎn)效率，使中間用戶和最終用戶都能夠快速獲得與之匹配的服務(wù)，得到物流系統(tǒng)的支持。

隨著工業(yè)4.0技術(shù)的高速發(fā)展，工業(yè)自動化也得到了長足的發(fā)展。工業(yè)自動化裝備作為智能設(shè)備的重要組成部分之一，隸屬于國家“十二五”計劃以及“十三五”計劃期間得到重點(diǎn)扶持和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)［1-3］。在未來一段時間里，隨著有效勞動力的減少、生產(chǎn)原材料價格以及能源價格的大幅上漲，傳統(tǒng)意義上的中國制造業(yè)將會經(jīng)歷一段由低附加值的粗放型生產(chǎn)方式向高附加值的集約型生產(chǎn)方式的逐步轉(zhuǎn)變。工業(yè)自動化裝備作為高端制造業(yè)的“基石”，在新時期面臨著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級改造以及新興產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的雙重機(jī)遇，高端智能裝備在行業(yè)內(nèi)獲得了高速的增長。前期滲透率較高的數(shù)控機(jī)床、過程自動化系統(tǒng)、變頻器等產(chǎn)品增速在明顯放緩，而隨著低端勞動力成本加速上行、產(chǎn)業(yè)升級進(jìn)入白熱階段，“替代人工”屬性更強(qiáng)、前期滲透率較低的“高端智能裝備”（如工業(yè)機(jī)器人、自動化裝配線、自動化倉儲設(shè)備等）有望越過產(chǎn)品導(dǎo)入期，直接進(jìn)入高速成長期，甚至能夠保持年均20%～30%的快速增長。

自2013年以來，中國工業(yè)機(jī)器人市場表現(xiàn)強(qiáng)勁，市場容量不斷擴(kuò)大，一些大型跨國公司開始逐步進(jìn)軍中國的機(jī)器人市場，這一發(fā)展動向引起了行業(yè)內(nèi)部相關(guān)協(xié)會的注意，國內(nèi)新興機(jī)器人戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)近期發(fā)布的產(chǎn)業(yè)投資報告認(rèn)為，2014年會是工業(yè)機(jī)器人的元年，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將迎來跳躍式的增長［4-7］。

1　自動導(dǎo)引車

在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迎來飛速發(fā)展的大背景下，傳統(tǒng)的物流配送方式和生產(chǎn)方式正在向自動化和智能化的方向發(fā)展。在這種發(fā)展要求下，柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacture System，F(xiàn)MS）、物料輸搬運(yùn)系統(tǒng)（Material Handling System，MHS）以及立體化智能倉儲系統(tǒng)（Stereoscopic Warehouse System，SWS）應(yīng)運(yùn)而生，而且隨著相關(guān)概念和技術(shù)的不斷發(fā)展，這三個系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，在現(xiàn)實的工業(yè)化生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用［8］。隨著工業(yè)4.0概念的逐漸成熟，它蘊(yùn)含的是一種由集中式控制系統(tǒng)向分散式強(qiáng)化型控制系統(tǒng)的模式轉(zhuǎn)變，主要任務(wù)和目標(biāo)是營造出一個高靈敏度和高可靠性的環(huán)境，構(gòu)造出個性化和數(shù)字化的工業(yè)產(chǎn)品與社會服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這樣的生產(chǎn)模式下，以往不同行業(yè)間的界限將逐步淡化，使得21世紀(jì)制造業(yè)將進(jìn)入一個新階段，智能化制造正逐步成為企業(yè)的主要發(fā)展模式，能否把握市場機(jī)遇研發(fā)設(shè)計出新一代的產(chǎn)品，并且更進(jìn)一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率將會是企業(yè)在激烈的市場競爭中取得勝利的關(guān)鍵途徑。

工業(yè)自動化是指生產(chǎn)過程或機(jī)器設(shè)備在無需人工直接參與的條件下，能夠依照預(yù)先設(shè)定的任務(wù)實現(xiàn)測量、反饋及操作等信息處理任務(wù)和過程控制任務(wù)的統(tǒng)稱。其核心是自動化技術(shù)，它是不斷探索和研究如何更快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確地實現(xiàn)自動化生產(chǎn)過程的技術(shù)和方法；它是一門綜合性技術(shù)，涉及機(jī)械、微電子、計算機(jī)等多方面技術(shù)領(lǐng)域。按照自動化發(fā)展的過程而言，工業(yè)革命的出現(xiàn)是自動化技術(shù)發(fā)展的助產(chǎn)士，正是因為工業(yè)革命提出進(jìn)一步的需求，自動化技術(shù)才能夠沖破現(xiàn)有的束縛，得到蓬勃高速的發(fā)展，同時工業(yè)自動化技術(shù)的不斷發(fā)展也在一定程度上促進(jìn)了工業(yè)的進(jìn)步。

如今，隨著科技的發(fā)展和各種技術(shù)的集成化和通用化，自動化技術(shù)已經(jīng)在機(jī)械加工制造、信息技術(shù)、電力設(shè)施、建筑施工、交通運(yùn)輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用，成為了提高企業(yè)和社會勞動生產(chǎn)率的最重要的手段。與此同時，工業(yè)自動化技術(shù)還是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要特征之一，工業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)只有通過不斷推廣應(yīng)用自動化控制技術(shù)，才能夠在提高產(chǎn)品質(zhì)量及勞動生產(chǎn)效率的同時，節(jié)省勞動力成本、降低生產(chǎn)過程中的原材料和能源的消耗，并且確保整個生產(chǎn)環(huán)境及過程處于安全可控的狀態(tài)中。根據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計可知，企業(yè)對自動化生產(chǎn)設(shè)備及自動化系統(tǒng)的投入資金與生產(chǎn)效益提升所得的產(chǎn)出收益比例一般可高達(dá)1∶4～1∶6［9-11］。得益于機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的不斷升級以及國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的蓬勃高速發(fā)展，由最近的一個五年計劃的完成情況可以看到，國內(nèi)的工業(yè)自動化行業(yè)得到了飛速的發(fā)展，年均增長率達(dá)到了兩位數(shù)。截至2015年底，中國國內(nèi)的工業(yè)自動化市場的規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了943億元［6］。自動導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle，AGV）在生產(chǎn)制造系統(tǒng)中的柔性程度較高，同時具有較好的適應(yīng)性以及較高的可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)全過程和搬運(yùn)移載任務(wù)的自動化，由于其集成性較高，在很多行業(yè)都得到廣泛的發(fā)展及應(yīng)用。在中國，目前能夠生產(chǎn)AGV的企業(yè)越來越多，隨著自動化生產(chǎn)、存儲以及運(yùn)輸在各行各業(yè)的的不斷深入和發(fā)展，對AGV系統(tǒng)的應(yīng)用需求也越來越大，同時對AGV的需求也多種多樣［12-13］。

原美國物流領(lǐng)域的協(xié)會對自動導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle，AGV）的概念是這樣描述的：AGV是自身裝備有電磁導(dǎo)引或光學(xué)導(dǎo)引等自動導(dǎo)引設(shè)備，可以沿著規(guī)定的路徑行駛，并完成轉(zhuǎn)彎、停車等系列功能，同時還應(yīng)該具有編程設(shè)備、安全保護(hù)功能以及各種移載功能的運(yùn)輸車輛。AGV組成示意圖如圖1所示，它是一種依靠酸鉛電池為動力來源的輪式智能機(jī)器人，被廣泛應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線和港口、機(jī)場的行李物品傳送以及倉儲物流的物料流轉(zhuǎn)，為生產(chǎn)系統(tǒng)的集成化、柔性化以及高效穩(wěn)定的運(yùn)行提供了重要保證［14］。自動導(dǎo)引車能夠在物流系統(tǒng)或者自動化生產(chǎn)線中完成物料搬運(yùn)、轉(zhuǎn)移、輸送的任務(wù)，是整個工業(yè)生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)和物流運(yùn)輸自動化系統(tǒng)的最核心組成部分之一。它屬于一種復(fù)合控制系統(tǒng)，能夠依據(jù)感知到的周邊環(huán)境情況作出實時連續(xù)動態(tài)決策，由運(yùn)動控制系統(tǒng)對車體的行進(jìn)過程進(jìn)行控制操作，能夠滿足生產(chǎn)制造企業(yè)的FMS、MHS 和SWS的需求。由于自動導(dǎo)引車具有自主規(guī)劃路徑、可編程和可協(xié)調(diào)作業(yè)等特點(diǎn)，它將成為敏捷制造生產(chǎn)裝備及系統(tǒng)的重要組成部分，為傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)向柔性化敏捷制造企業(yè)的跨越式飛速發(fā)展提供技術(shù)理論的支持。隨著現(xiàn)代化科技水平的高速發(fā)展，以AGV為代表的柔性運(yùn)輸系統(tǒng)和無人化工廠得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)在智能港口、機(jī)場和自動化立體倉庫等物流樞紐場所獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，日益顯示出巨大的優(yōu)越性。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，在現(xiàn)代生產(chǎn)制造業(yè)中，企業(yè)用于物料轉(zhuǎn)移及傳送所耗費(fèi)的時間占總時間的70%～80%，物料傳送、轉(zhuǎn)移與存儲所花的費(fèi)用占生產(chǎn)加工總費(fèi)用的30%～40%，由此可見，對于制造行業(yè)而言，生產(chǎn)過程中物料傳送轉(zhuǎn)移設(shè)備的自動化生產(chǎn)水平的高低直接決定了它的生產(chǎn)效率及成本。作為完成物料傳遞和轉(zhuǎn)移過程的專用平臺，AGV可以通過不同程序的設(shè)置來實現(xiàn)單車獨(dú)立運(yùn)行以及多車聯(lián)動系統(tǒng)的實時控制管理功能。在實際生產(chǎn)過程中，AGV在上位計算機(jī)的指揮和監(jiān)控下，能夠依據(jù)相關(guān)的命令自動沿著既定的路線行駛至指定工位并平穩(wěn)停車，完成預(yù)先設(shè)定的任務(wù)。一套完整的AGV控制系統(tǒng)包含了導(dǎo)航信息的獲取和識別、車體速度的控制與運(yùn)動調(diào)整、RFID精確定位以及實時與上位機(jī)無線通信等多種關(guān)鍵技術(shù)，是一個具有高度自動化的智能信息處理系統(tǒng)［15］。

圖1　AGV組成示意圖Fig.1　Schematic diagram of AGV composition

2013年底，工業(yè)與信息化部在其官方網(wǎng)站上發(fā)布了《工業(yè)與信息化部關(guān)于推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指明了智能裝備的發(fā)展方向和市場前景：到2020年要形成較為完善的產(chǎn)業(yè)體系，使工業(yè)機(jī)器人行業(yè)及其企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和國際競爭能力明顯增強(qiáng)。部分省市還提出了“以空間換面積，以機(jī)器換人力”的裝備發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃［16］。受到產(chǎn)業(yè)政策的鼓舞，各行業(yè)對傳統(tǒng)裝備的升級換代充滿了期待。正是因為看到了AGV的市場潛力，許多企業(yè)積極研發(fā)、生產(chǎn)出了各自的產(chǎn)品。2013年，在上海亞洲國際物流展和廣州國際物流展上，眾多AGV企業(yè)紛紛亮相，展出了不同特點(diǎn)的產(chǎn)品，如圖2、圖3所示。

圖2　濰柴動力股份有限公司產(chǎn)品Fig.2　Products of Weichai power limited by share ltd

圖3　激光導(dǎo)引叉車Fig.3　Laser guided fork lift truck

按產(chǎn)品發(fā)展模式，目前市場上的AGV產(chǎn)品主要分為三類：第一類，擁有國產(chǎn)自主技術(shù)的AGV產(chǎn)品；第二類，采用進(jìn)口技術(shù)國內(nèi)生產(chǎn)的AGV產(chǎn)品；第三類，簡易的進(jìn)口或自主技術(shù)的AGV產(chǎn)品。

按生產(chǎn)企業(yè)的性質(zhì)，國內(nèi)的AGV企業(yè)分為三類：第一類，是以國營資本為主的企業(yè)，也是國產(chǎn)自主技術(shù)AGV的倡導(dǎo)者，在市場上占有主導(dǎo)地位。這類公司容易獲得國家政策和財政的支持，企業(yè)資本相對雄厚，在企業(yè)榮譽(yù)和社會責(zé)任的驅(qū)使下，能夠長期對AGV的技術(shù)研發(fā)進(jìn)行投入，謀求長期的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是我國AGV產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。企業(yè)以產(chǎn)品滿足用戶的實際應(yīng)用為目標(biāo)，以技術(shù)和品牌來贏得用戶。第二類，是以民營資本為主的企業(yè)，占AGV產(chǎn)業(yè)中的多數(shù)，一般企業(yè)規(guī)模不大，但市場意識強(qiáng)，技術(shù)上追求簡易、實用，產(chǎn)品價格具有極強(qiáng)的競爭力。該類企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品被稱為AGC或簡易的AGV，其技術(shù)門檻相對較低，對AGV不做運(yùn)行姿態(tài)的要求，可廣泛用于“單一路徑、固定流程”的應(yīng)用環(huán)境，在汽車制造業(yè)已經(jīng)有了大規(guī)模的應(yīng)用。第三類是國外企業(yè)在中國的公司或代理商，其產(chǎn)品價格相對較高，銷售方式主要是與物流系統(tǒng)集成商配套。

2　導(dǎo)航方式對比

具體導(dǎo)航方式分為固定路徑導(dǎo)引和自由路徑導(dǎo)引兩大類，其工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

3　應(yīng)用實例

如圖4所示，在AGV自動沿預(yù)定路徑行駛過程中，激光導(dǎo)引定位系統(tǒng)能夠完成對車體的實時定位與導(dǎo)航的任務(wù)，安裝在車體上的激光定位掃描儀一邊不間斷地向四周發(fā)射激光束，一邊接收由工作區(qū)域內(nèi)預(yù)先放置的具有高反光性能的反射膠貼反射回來的激光束，通過發(fā)射與接收到激光束的時間間隔來推導(dǎo)出AGV車體在該時刻的實時位置以及車頭的運(yùn)動方向，系統(tǒng)將當(dāng)前位置和運(yùn)動方向與內(nèi)置的數(shù)字地圖進(jìn)行對比來判斷并校正行駛方位，實現(xiàn)對AGV運(yùn)動過程的實時定位與導(dǎo)航功能。在將AGV裝備到自動化的流水生產(chǎn)系統(tǒng)之前，需要把車間的工作環(huán)境及地圖存入到控制系統(tǒng)中，尤其是生產(chǎn)線整體尺寸、車體坐標(biāo)原點(diǎn)的設(shè)定、預(yù)定軌道的曲線特點(diǎn)以及路徑周邊各個反射板的編號及對應(yīng)位置，使車載計算機(jī)控制系統(tǒng)能夠依據(jù)這些場景構(gòu)建出一個完整的數(shù)字地圖，以便在生產(chǎn)流水線工作中與實時采集到的位置信息進(jìn)行對比［17］。

圖4　激光導(dǎo)引AGV工作示意圖Fig.4　Schematic diagram of laser guided AGV

激光導(dǎo)引AGV的運(yùn)行示意圖如圖5所示。根據(jù)激光的準(zhǔn)直性和不發(fā)散性可知，它在傳播過程中具有很強(qiáng)的抗干擾能力。激光掃描儀能夠較完整地接收到經(jīng)過反光板反射的激光信號，通過與發(fā)射的激光信號進(jìn)行比對處理，就能夠達(dá)到精確定位的目的。為了減少反射次數(shù)，避免干擾，激光掃描儀一般安裝在AGV的頂部，不斷地進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)周期在數(shù)十毫秒左右，同時發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的激光束。對發(fā)射出的激光束與接收到的激光束進(jìn)行調(diào)質(zhì)解調(diào)處理，就能夠得到車體的位置信息。

表1　AGV導(dǎo)引方式對比Table 1　Comparison of AGV guided modes

由于激光的準(zhǔn)直性以及不發(fā)散性，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛地用于測距定位系統(tǒng)。它通過發(fā)射一條激光束，再接收到從物體反射回來的信號，根據(jù)兩者的時間差，來計算獲得兩者之間的距離。同時根據(jù)激光束發(fā)射與接收過程偏轉(zhuǎn)的角度來確定被測物體與激光發(fā)射器之間的相對角度，從而獲得物體的絕對位置信息。三角反射測量法需要形成兩個相對獨(dú)立的坐標(biāo)系，即絕對的世界坐標(biāo)系和相對機(jī)身保持不變的相對坐標(biāo)系。絕對坐標(biāo)系以車間廠房為參考，包含了所有經(jīng)過初始化的激光反光板的位置信息，作為AGV在運(yùn)行過程中的位置參考。而相對坐標(biāo)系固定在AGV車體上，隨著車體的移動而移動，保持與AGV的相對位置不變［18-20］。

在激光掃描器導(dǎo)航工作的過程中，需要計算出AGV在絕對坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置信息（x，y）。由車載的NAV激光掃描器不斷地掃描周邊反光板的位置信息，得到激光掃描器到周圍各個固定的反光板間的距離，通過計算來確定AGV載運(yùn)行過程中的實時坐標(biāo)。其計算原理如圖6所示，設(shè)A、B、C三點(diǎn)固定處有位置已知的激光反射板，它們到NAV激光掃描儀的距離分別為lPA、lPB、lPC，由它們在坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)關(guān)系可得以下關(guān)系：

從式（1）計算可知，當(dāng)激光掃描器知道了周邊每一個反光板的準(zhǔn)確坐標(biāo)信息時，就可以精確地計算出AGV的當(dāng)前位置坐標(biāo)，得到位置信息。AGV在實際工作的過程中，激光掃描系統(tǒng)能夠通過連續(xù)的計算，可以得到AGV在預(yù)定軌跡上行駛的位置信息和行駛狀態(tài)。

AGV控制系統(tǒng)主要由主控電路、光電導(dǎo)引電路、多功能電路、驅(qū)動電路、超聲波避障、按鍵組、報警裝置等幾部分構(gòu)成。多功能電路主要用于各I/O信號的調(diào)理；光電導(dǎo)引電路主要用于色帶導(dǎo)引信號的采集；驅(qū)動電路用于實現(xiàn)電機(jī)的功率驅(qū)動；主控電路主要由DSP芯片和CPLD芯片組成，完成對各種信號的處理，并與手控器進(jìn)行通信。

AGV控制系統(tǒng)的組成包括：主控板、驅(qū)動板、多功能板、導(dǎo)引電路、顯示電路和控制系統(tǒng)軟件。主控板是控制系統(tǒng)的核心，采用DSP作為控制器，用于實現(xiàn)AGV車電機(jī)驅(qū)動控制、路徑選擇，安全避障等功能；驅(qū)動板控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、減速和停止；導(dǎo)引電路是路徑檢測模塊，把采集的光電信號處理后送給控制器，為其路徑的決策提供參考。其控制系統(tǒng)組成如圖7所示。

圖6　導(dǎo)航坐標(biāo)系Fig.6　Navigation coordinate system

圖7　AGV控制系統(tǒng)組成框圖Fig.7　Block diagram of AGV control system

在AGV進(jìn)入自主導(dǎo)航工作狀態(tài)前，首先應(yīng)確定車體自身所在的位置，并對車體坐標(biāo)系進(jìn)行初始化操作，即通過掃描器確定周邊每一個激光反光板的坐標(biāo)信息，來矯正相對坐標(biāo)系的原點(diǎn)。其初始化過程流程如下：

1）將AGV小車移動到絕對坐標(biāo)系的零點(diǎn)位置后停車，在保持靜止的狀態(tài)下，開啟激光掃描器，使激光掃描器能夠掃描到三塊以上的激光反射板。

2）根據(jù)激光反光板與激光掃描器之間的角度和距離信息，通過計算獲得激光反光板的坐標(biāo)位置，這些反光板的坐標(biāo)信息構(gòu)成離線地圖中絕對坐標(biāo)系的坐標(biāo)參考點(diǎn)。

3）根據(jù)計算得到的各個參考點(diǎn)的坐標(biāo)位置，激光導(dǎo)引系統(tǒng)生成工作場地地圖。

4　意義及發(fā)展方向

從2013年的市場情況來看，AGV在中國的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，分布在煙草行業(yè)、汽車制造行業(yè)、電子加工行業(yè)以及紡織行業(yè)等。物流操作涉及各行各業(yè)，AGV是物流裝備中自動化水平最高的產(chǎn)品，擁有巨大的市場空間。呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景。據(jù)物流專業(yè)媒體統(tǒng)計，2013年物流系統(tǒng)及裝備的市場總額是360億元，其中包括AGV在內(nèi)的智能搬運(yùn)類裝備的占比為6.86%，也就是24.7億元。和關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人不一樣的是，AGV并沒有在汽車等制造業(yè)大規(guī)模的使用，受成本、應(yīng)用技術(shù)等因素影響，除了煙草、汽車制造等領(lǐng)域，AGV應(yīng)用推廣并不順利，市場規(guī)模相對偏小。從需求行業(yè)來看，汽車制造業(yè)對AGV的需求仍然保持了旺盛態(tài)勢，在電力行業(yè)，AGV作為物流倉儲的配套設(shè)備，呈現(xiàn)了上升趨勢；醫(yī)藥行業(yè)由于GMP認(rèn)證的推動，包括AGV在內(nèi)的物流設(shè)備需求有明顯提高。

AGV在系統(tǒng)技術(shù)上，串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)都有了切實的應(yīng)用，AGV已經(jīng)從原來單一的自動搬運(yùn)，發(fā)展成為了生產(chǎn)中必不可少的工藝裝備，應(yīng)用模式多種多樣：用于重卡橋裝的AGV，實現(xiàn)了不同型號產(chǎn)品的裝配工藝位置變化；用于化工行業(yè)的AGV，實現(xiàn)了不同配方的自動配料工藝流程；用于機(jī)械加工行業(yè)的AGV，實現(xiàn)了工料在不同工序間復(fù)雜的轉(zhuǎn)運(yùn)流程。在單機(jī)技術(shù)上，AGV的導(dǎo)引形式多種多樣，混合導(dǎo)引的方式得到了成功應(yīng)用；驅(qū)動形式不拘泥于電動，成功實現(xiàn)了液壓伺服驅(qū)動，用于重工行業(yè)的AGV，單車承載能力超過了20t；供電方式多樣化，CPS無接觸能量傳輸，自動換電池，車載充電機(jī)等方式都有了成功的應(yīng)用。由上述分析可知，AGV主要的發(fā)展趨勢如下：

1）AGV的技術(shù)水平將日益提高。現(xiàn)代AGV技術(shù)的最顯著特征是具有智能化。車載計算機(jī)的硬軟件技術(shù)日益強(qiáng)大，使AGV具有從網(wǎng)絡(luò)、無線或紅外線信號接受裝置接收調(diào)度中心或客戶指令，自動導(dǎo)引，自動行駛，優(yōu)化路線，自動作業(yè)，運(yùn)行管理，車輛調(diào)度，安全避碰，自動充電，自動診斷等功能，實現(xiàn)了AGV的智能化、信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、敏捷化、節(jié)能化、綠色化?，F(xiàn)代AGV是24h不知疲倦的聰明車輛（僅在任務(wù)間隙時隨機(jī)進(jìn)行短時充電），能主動、自序、有節(jié)拍按最安全、快捷的路線執(zhí)行作業(yè)。

2）AGV的動力性能將更趨強(qiáng)勁。AGV設(shè)計的難點(diǎn)之一是其動力源裝置的設(shè)計。動力源的功率大小直接影響AGV的功用，而動力源的體積大小直接影響整車的體積及外觀造型。傳統(tǒng)的AGV采用鉛酸電池，能量密度小，體積大。隨著電池技術(shù)的發(fā)展，今年來電池逐步由高能酸性電池發(fā)展到開始采用高能堿性電池，以提高環(huán)保性能，大幅提高充放電比，目前由充電時間/放電時間比為1∶1提高到現(xiàn)在的1∶12，大幅縮短了AGV的待機(jī)充電的時間。動力電池性能及充放電技術(shù)的進(jìn)步，使得現(xiàn)代AGV的動力性能普遍提高，運(yùn)載能力與行駛特性進(jìn)一步優(yōu)化。

3）AGV的綜合技術(shù)將逐步機(jī)器人化。AGV本身就是一種移動機(jī)器人，是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中了傳感器技術(shù)、機(jī)械工程、電子工程、計算機(jī)工程、自動化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機(jī)電一體化的最高成就，是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。AGV的機(jī)器人化一直是AGV研究的熱點(diǎn)技術(shù)。實際上，在機(jī)器人發(fā)展的整個過程中，其相關(guān)技術(shù)都先后在AGV中得到了應(yīng)用。如智能移動機(jī)器人技術(shù)涉及的機(jī)器人導(dǎo)航與定位，路徑規(guī)劃、運(yùn)動控制等，均在AGV中得到了體現(xiàn)。使得現(xiàn)代AGV無論是專項技術(shù)還是綜合性能，均得到了普遍提高，并仍將繼續(xù)提高。由于AGV的機(jī)器人化，現(xiàn)代AGV已不僅僅是一種沿固定路徑行駛的搬運(yùn)工具，幾乎可以適合于各種固定的或不固定的運(yùn)輸場所。

5　結(jié)論

隨著工業(yè)4.0概念的逐步成熟，AGV應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。同時，由于現(xiàn)代化生產(chǎn)觀念日益受到重視，對生產(chǎn)線運(yùn)行、物流系統(tǒng)的柔性要求越來越高。所以在產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級、多種產(chǎn)品混合生產(chǎn)線運(yùn)行以及重新組合生產(chǎn)線等方面，AGV必將得到迅速發(fā)展和普及應(yīng)用，這不僅是現(xiàn)代化工業(yè)迅速發(fā)展的需要，更主要是由AGV本身所獨(dú)具的優(yōu)越性決定的。在“十三五”計劃期間，國家大力強(qiáng)調(diào)工業(yè)4.0以及一路帶一路的發(fā)展模式，在這樣的大環(huán)境下，AGV的生產(chǎn)制造企業(yè)迎來了春天。目前，AGV在我國煙草、印鈔、汽車、造紙等行業(yè)已有大規(guī)模應(yīng)用，呈日益上升的勢頭，并出現(xiàn)了一些新的技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用趨勢。盡管現(xiàn)在成熟的案例多是AGV在室內(nèi)的應(yīng)用情況，但隨著需求的發(fā)展，戶外或半戶外AGV技術(shù)將逐步完善并進(jìn)入應(yīng)用階段。它在工作中與戶外機(jī)器人作業(yè)相輔相成，完成在相對惡劣的自然條件下的特殊任務(wù)生產(chǎn)作業(yè)內(nèi)容。

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TheApplication ofAutomated Guided Vehicle in Industry 4.0

SHANG Jun-yun，BAO Hai-ning，F(xiàn)ENG Yan-li，HU Jing
（The 16thInstitute，ChinaAerospace Science and Technology Corporation，Xi’an 710100）

With 4.0 industry gradually mature of the concept of intelligent factory，intelligent manufacturing and logistics will be the developing mode of the future for a long time，the traditional manufacturing enterprises will face the intelligent upgrading and transformation.In this background，from the angle of enhance the automation of industrial production，introduced the automated guided vehicle（AGV）in production line.Then analyses the advantages and disadvantages of each kind of navigation way，combining the characteristics of the modern mode of production，from the principle of focusing on the situation of the laser seeker，follow-up for the enterprise in the choice of suitable automated guided vehicle provides reference.

industrial 4.0；industrial automation；automated guided vehicle（AGV）；direct way；laser navigation

TP242.6

A

1674-5558（2016）07-01252

10.3969/j.issn.1674-5558.2016.02.001

2016-01-14

2012年戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)高端裝備專項（發(fā)改辦產(chǎn)業(yè)［2012］432號）

尚俊云，男，碩士，研究方向為工業(yè)自動化及工業(yè)機(jī)器人。