AGV小車的發展現狀研究

陳俊彬

關鍵詞： AGV 小車 發展現狀 應用領域 發展趨勢

中圖分類號： TP23 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）15-0237-04

AGV 小車屬于無人操控的自動化導引運輸裝置，全稱是Automated Guided Vehicle。AGV 小車通常會在內部設置自動化引導系統，該設備能夠使小車沿著既定引導路徑行駛，同時擁有多樣移載、安全保護功能。工業領域中，屬于一種具備較強裝載功能和安全保護功能的自動化運輸系統。

1 AGV 小車特征分析

1.1 先進性

AGV小車全面融合計算機、電、光、機等多種技術，同時融入科學技術領域的先進技術和理論成果，擁有較高定位精度，導引能力強，自動駕駛操作性能優良，也是物理產業自動化發展的典型代表。

1.2 可靠性

因為AGV小車在實際生產操作中的各個環節和運行步驟都是各種信息、數據的通信交換過程，系統后備設置龐大數據庫作為基礎支撐，能夠利用精準信息數據，減少人為元素影響，保證各項操作任務的按時完成，優化AGV小車整體操作可靠性和穩定性。

1.3 靈活性

AGV 小車能夠和貨架、平臺、生產線、傳輸線以及RS/AS出口、不同操作點全面融合，聯系多樣需求，通過多樣組合實現不同功能，通過最少物流周轉周期，縮減材料周轉消耗，促進加工、進料、物料、生產，以及成品銷售等環節的順暢銜接，優化系統生產效率。

1.4 兼容性

AGV小車能夠獨立完成相關任務，或與其他調度、控制、生產系統全面集成，具備良好兼容性和適應性。

1.5 安全性

AGV小車能夠應用于某些較為復雜環境，例如：在人類無法工作的空間內可以應用AGV小車進行相關操作，該種設備具備安全避碰、故障報告、緊急制動、多級預警以及智能化管理等功能[1]。

2 AGV 小車關鍵技術分析

2.1 結構體系

AGV 小車系統可以進一步分成多種功能模塊，包括分析、監測、決策、執行等，各種功能模塊有機結合組成統一整體。導航系統核心功能是對不同行為、功能模塊進行全面連接，共同構成統一整體，涵蓋數據、接口以及通信等，能夠對不同子系統實施協調管理，激發出系統功能，結合現有任務對不同工作合理分配，通過分析可以進一步發現結構體系主要功能是融合各個子系統實施統一調度，AGV 小車相關結構體系設計會影響AGV綜合性能，發展到目前為止，智能導航系統涵蓋分布式結構、分層遞進結構以及包容結構3種類型[2]。

2.2 視覺導航定位

視覺導航作為當前發展速度較快的導航模式，具有較大搜索面積，可以輕易采集附近環境信息，在整個AGV 導航系統內具有較大發展潛力。視覺導航技術下，可以在AGV小車中設置CCD攝像裝置，按照局部視覺實施導航。利用該種方法，可以在AGV 小車中設置各類功能傳感器和工業控制計算機，利用車載計算機實施路徑規劃和圖像處理，自主完成高層決策工作。AGV小車中的視覺系統采集所處環境信息傳輸至AGV，從而對前進路線進行自動規劃，自動躲避障礙物，順利抵達目標點，實施相關任務活動。視覺導航系統核心功能是對周圍環境特征進行準確辨識和全面探測。環境探測主要包括路標識別和障礙探測。車間投入生產的AGV小車，行駛地面十分平整，整個空間的光照條件不會產生太大的變化，優于室外空間。處于該種狀況下，綜合考慮視覺系統實時性、穩定性等性能要求，可以設置滿足具體要求和方便識別的路標標志[3]。

定位主要是AGV 小車處于活動空間內的所處方位與全局位置坐標，對于AGV 導航技術具有較大意義，可以把定位技術分成相對定位和絕對定位。結合AGV 所處位置和初始位置長度、角度對AGV 小車位姿進行定位，無須依靠車體外部其余參考物，針對運動車輪內增設角位傳感器，順利得到旋轉角度，隨后結合機器特性對AGV 小車到出發點的方向、距離進行準確計算，獲得AGV 小車位姿信息。整個過程中不可避免誤差積累，為此需要利用有效方法進行誤差計算。

2.3 路徑規劃

AGV 小車正式進入工作狀態和工作環境內，不管環境范圍大小、環境物體是靜止或運動狀態以及是否知道障礙物方位，核心任務便是進行環境檢測，通過最少能量和最短時間順利繞行障礙物，抵達目標位置，實現相關操作主要措施是路徑規劃。在實施路徑規劃中需要結合相關任務要求，AGV 小車在目標范圍內自主搜尋最佳路徑實現任務目標。結合AGV小車對周圍環境狀況的認知差異，可以進一步把路徑規劃分成局部和全局兩種類型的路徑規劃，在AGV 小車采集全部運行環境信息條件下便是全局路徑規劃，如果AGV 小車內未全部存儲所有工作信息環境條件下，便是局部路徑規劃。全局路徑規劃主要是以柵格法與可視圖等方法為主，其中可視圖法將AGV 小車所處空間內不規則障礙物節點、目標位置和AGV小車當成單獨節點，進一步連接不規則障礙物、目標位置以及AGV小車等節點，把連接線當成弧。規定不同頂點銜接線不能隨意橫穿障礙物，保證連接線段可視性，確定最短線路為最優路線[4]。

2.4 控制系統

AGV小車相關控制系統需要基于計算機控制進行實時控制，核心任務是結合AGV預期功能，聯系AGV小車運動模式和結構特征，實現預期目標，大部分條件下，AGV 小車中的控制系統由下位機和上位機等組成，其中上位機屬于系統決策層，負責對不同部分算法和工作任務進行統一協調；下位機包含多個CPU 構成，基于總線連接上位機和下位機。上位機主要是車載計算機，能夠對相關信息進行全面感知和采集，支持局部導航、自動避障以及跟蹤監控。車載系統通過單板計算機組成，其具備良好兼容性、穩定性以及信息互通性，能夠支持開發機構形成模塊化和開放性控制系統。系統內設置有高速微處理器，可以對外部多個設備進行同步連接，在車載系統內設置仿真、控制軟件。下位機主要是以運動控制卡為主，能夠結合上位機相關運算結果實施靈活控制，借助高性能微處理器針對多伺服電機實施協調控制，涵蓋數據傳輸、計數、脈沖輸出以及D/S傳輸等功能。比起自動控制系統和單片機，運動控制卡具有強大的信息傳輸能力、功能突出，開發設計便捷[5]。

2.5 驅動系統

AGV 小車中通常會應用直流伺服電機，支持對整個AGV小車的前進速度實施合理控制，比起其他電機，具備以下優勢：一是較高轉矩，能夠在小車前進中順利克服相關負載轉矩；二是轉速變化幅度大，能夠提高速度保持性；三是響應速度快，可以促進AGV小車在復雜狀況下進行快速調整；四是電機具備較強過載能力，基于沖擊負載下能夠維持均勻前進速度。直流伺服電機在實際操作中主要通過PWM 脈寬調制來進行調速操作，該種操作方式適合進行微控制器操作控制[6]。

2.6 通信系統

AGV 小車內的信息通信主要分為兩個層面：AGV小車的不同部分進行信息流通，如工控機和傳感器間進行信息傳輸、下位機和上位機進行信息傳輸；AGV小車和外部設備像是工作基站等實現信息流通。利用通信系統可以支持AGV 小車即時傳遞各種內部信息和外部信息，基于工控機對各種有用信息實施高效處理，包括對車體伺服狀態、傳感器參數以及導航信息等實施科學處理，同時可以支持多個AGV 小車實現信息全面共享，實現多AGV 協同操作目標。AGV 小車內各個功能模塊的信息流通包括工控機和傳感器間數據流通以及運動系統內車載控制機和伺服電機控制器實施串口通信。AGV 小車外部通信可以進一步分成無線通信和有線傳輸，有線以太網屬于有線通信系統重要組成部分，可以和網絡連接，實施訪問控制。無線通信普遍適用于AGV 小車和外部通信領域，而AGV 小車自身強大的調節功能可以支持自主規劃，由于所處環境存在較大不確定性，為此可以借助無線通信方式支持AGV 小車間的信息傳輸和計算機系統信息傳輸。

3 AGV 小車發展現狀

3.1 行業政策相繼推出

我國針對機器人產業相繼推出各項政策，扶持先進裝備制造、高端智能產業以及高新技術企業發展，并立足于企業、行業以及產品等層面支持AGV 小車以及工業機器人持續創新發展。

3.2 產業資本大規模擴大

AGV 小車產業的建設資本呈現出大規模上漲趨勢，基于資金支持下能夠促進企業綜合實力大幅度提升，市場發展規模相繼擴大，并促進AGV 小車市場不斷創新發展。物流機器人產業融資規模在2019 年突破13 億元，我國AGV 小車整體市場發展規模在2020年突破42.5 億元，AGV 小車市場新增數量和2019 年比起來總體上漲42.5%。物流機器人產業轉變成整個行業資本重點關注對象。發展到2020 年，我國自動化物流市場整體發展規模突破千億元，基于資本推動下進一步促進AGV 小車產業發展，由此看出AGV 小車領域具有巨大發展潛力。

3.3 AGV 小車制造產業全面發展

近年來，在AGV 小車產業持續發展背景下，相關企業數量持續增加。隨著我國AGV 小車智能技術在工業制造領域飛速發展，AGV 小車從最開始應用于煙草、汽車等產業逐漸朝著電子元件、家用電器、化工、醫藥、機械設備以及食品等領域不斷延伸擴展。AGV 小車整體銷售規模持續上漲；國產AGV 品牌在整個市場中的占據份額比例超出90%。

AGV 小車生產制造流程相對復雜，為此對技術具有較高要求，涉及視覺識別、導航技術、障礙物躲避機制以及運動控制體系等多種技術。在多種技術中，導航技術占據重要地位，借助導航技術能夠促進AGV 小車實現相對路徑設計地圖，簡單實施全局柔性部署，未來AGV 小車發展也將以相關導航技術為主。

3.4 AGV 小車市場快速發展

我國的AGV小車領域在近幾年始終保持快速增長幅度，銷售規模持續擴大。在醫療、新能源、快遞以及電子商務等新興產業持續發展的背景下，汽車家電與生產制造行業市場需求持續上漲，隨著物流領域中自動化倉儲全面轉型發展，進一步擴大了AGV 小車用戶規模。我國在2020年AGV小車應用領域所占比例最高的是汽車產業，約占23.8%，家電制造產業次之，約占21.2%，物流領域第三，所占比例為15.8%，而這3個領域所占比例總和達到60.8%。

4 AGV 小車應用領域分析

4.1 倉儲產業

AGV 小車是現代集成生產體系中的重要運輸裝置，AGV 小車逐漸滲透到物流、制造以及倉儲等行業領域當中，而輔助生產加工也進一步變成AGV 小車應用范圍最廣的領域。AGV 小車最早是應用于倉儲領域，美國第一個AGV 小車在1954 年應用于倉庫，支持倉庫貨物進出自動化運輸，全世界的2 100 個規模不同倉庫內，大約投入了20 000 個不同形式AGV 小車輔助運行，在三維倉庫中合理應用AGV 小車創建靈活自動管理系統，能夠自主完成各項零件處理工作和貨物進出運輸任務。

4.2 制造產業

在制造行業中應用AGV 小車，投入生產線內，能夠準確、靈活、高效地進行物料運輸工作。靈活操控的物流系統涵蓋多個AGV 小車，能夠結合生產調節對處理路線進行及時調整，通過一個生產線能夠制造數十種類型產品，進一步增強企業綜合競爭力，提高整個生產活動的靈活性。例如：瑞典某一汽車裝配企業為提升整個運輸系統的靈活性，相繼采用AGV 小車為基礎載體的轎車自動裝配線，包含多個可裝載轎車體AGV小車構成裝配線，使整體裝配時間縮減20% 左右，人工降低5%，投資回收時間縮短57%，系統裝配故障降低39%。AGV 小車廣泛應用于世界各個汽車廠中，像是大眾汽車、豐田汽車以及通用汽車以及各個汽車廠組裝線和生產線內。

4.3 碼頭、鐵路、機場、圖書館等領域

在機場、鐵路、圖書館、郵局以及碼頭等地區，相關轉移搬運活動通常需要根據實際需求進行動態靈活調節，而AGV小車在實際操作中因為具備較高靈活性、智能化以及自動化等特征，可以充分滿足相關空間場景的運輸需求。為此郵局等開始應用AGV 小車，來對各種郵寄產品進行轉移搬運。荷蘭鹿特丹港便設置有50個堆場拖拉車和自動導引車從船舷把集裝箱運輸至數百碼距離的倉庫中，開展重復性工作，鐵路行業中通常會將AGV小車用于梁場、地下隧道以及綜合管廊等空間。

4.4 食品、醫藥、煙草以及化工領域

因為化工、食品、醫藥以及煙草等產業在運輸轉移等方面存在無污染、安全、清潔排放等需求，提高了對AGV 小車操作運行的重視程度。當前，大部分卷煙廠相繼應用AGV 小車搬運各種托盤貨物。疫情期間，應用AGV 小車能夠對醫院內的食品、標本、藥品等物品實施智能化運輸配送，減少人與人的接觸，降低傳染概率，節約大量人力資源，幫助一線人員減輕任務壓力。

4.5 特殊行業和危險區域

AGV小車全面集成加裝探測、拆卸裝置等功能，從軍事領域分析可應用于戰場排雷以及陣地偵察等活動。例如：英國軍方研發的自動車，具備航路驗證、地雷銷毀、探測等功能。在核電站與核輻射實施保險儲存等區域，通過AGV 小車來進行物品運輸，幫助防止輻射風險。AGV 小車在鋼鐵廠中主要輔助運輸爐料，減輕人工勞動強度。在膠卷和膠片倉庫內，應用AGV 小車可以支持黑暗空間內對各種材料和半成品進行穩定運輸。

5 AGV 小車未來發展趨勢分析

AGV小車在實際操作運行中幾乎無需任何人為操作和人工干預。當前，我國AGV 小車主要應用于室內生產方面，戶外場所在應用AGV 小車中容易被各種惡劣自然環境所影響。為進一步解決相關問題，需要從以下層面入手不斷創新改善：一是實現自動化充電，針對AGV 小車合理研制無線充電系統裝置，促進AGV 小車處于不停車、連續運行條件下迅速充電，確保AGV小車實現24 小時連續運行，檢修除外，提升整體工作效率；二是促進部件實現模塊化生產，打造模塊化制造流程，比如對檢測系統、減速機以及動力電機全面集成，AGV小車主要包括承載架構以及機械模塊構成；三是標準化制造，AGV小車呈現出一種網絡化和標準化發展趨勢，小車相關控制系統逐漸向開放性控制器與PC系統轉型發展，提升整個系統兼容性和擴展性，方便遠程維護、操控；四是遠程化控制，AGV 小車在未來持續發展中，將會更加方便應用，能夠利用手持終端直接進行遠程操控，為此需要進一步優化AGV 小車整體系統性能和感官效果。為迎合現代制造發展，除了需要對AGV 小車設置加速傳感器、速度傳感器和位置傳感器之外，還需要額外設置機器視覺系統與壓力反饋系統，融合多種智能傳感器，輔助決策控制。應注重提升AGV 小車綜合性能，簡化AGV小車維護操作，提高AGV小車操作可靠性、運行精度和運行效率，縮短產品生產周期，降低價格，幫助中小企業擴大盈利。

6 結語

綜上所述，基于各種先進技術支持下，AGV 小車不斷創新發展，市場需求規模相繼擴大，AGV 小車類型持續增加，各種關鍵技術發展和完善，隨著現代智能制造產業創新發展，應該對相關應用方案不斷擴展創新，打造出全新AGV 小車，健全AGV 小車生產體系，通過不斷深入探索，創建靈活、全面開放和可擴展的AGV 小車體系。在人工智能和大數據等技術支持下可以促進AGV 小車實現標準化、自動化發展。