中国卫星导航定位协会

作为AGV的关键技术之一，近年来导航技术的发展引起业界的高度重视。相关企业也在积极推动AGV导航技术的创新，以适应不断变化发展的市场需要。本文在总结分析当前AGV导航的关键技术、主流导航方式以及关键技术创新的基础上，对AGV导航技术的发展趋势进行了展望，希望对行业发展有所裨益。

AGV（Automated Guided Vehicle，自动导向车），因具有良好的柔性和较高的可靠性，能够减少工厂和仓库对劳动力的需求，且安装容易、维护方便，近年来得到越来越广泛的应用。

特别是随着《中国制造2025》战略的全面推进，以及电子商务的迅猛发展，企业对高效、灵活、节能的自动化物流系统的需求越来越强烈，对AGV技术也提出了更高的要求。作为AGV的关键技术之一，导航技术的发展引起业界的高度重视。相关企业也在积极推动AGV导航技术的创新，以适应不断变化发展的市场需要。

AGV导航关键技术

AGV根据路径偏移量来控制速度和转向角，从而保证AGV精确行驶到目标点的位置及航向的过程，叫做“导航”。AGV导航主要涉及三大技术要点：

1.定位

定位是确定移动机器人在运行环境中相对于全局坐标的位置及航向，是AGV导航的最基本环节。目前AGV定位方法分为:

（1）卫星定位。它是一种以空间卫星为基础的高精度导航与定位系统。GPS定位系统用于AGV定位时存在近距离定位精度低等问题。

（2）惯性定位。通过对固联在载体上的三轴加速度计、三轴陀螺仪进行积分，获得载体实时、连续的位置、速度、姿态等信息。但惯性误差经过积分之后都会产生无限的累积，因此纯惯性导航不适合长时间的精确定位。

（3）电子地图匹配定位。利用图像处理技术，将实时获取的环境图像与基准图进行匹配，从而确定载体当前的位置，匹配的特征可以为设定的路标、特定的景象或是道路曲率。电子地图匹配特别适用于对机器人系统长时间的定位误差进行校准。

以上定位方式中，惯性定位为相对定位方式，可以获得连续的位置、姿态信息，但存在累积误差；卫星定位、电子地图匹配等定位方式为绝对定位，可以获得精确的位置信息，但难以获得连续姿态信息。相对定位与绝对定位方式存在较强的互补性，通常采用将两者结合的组合定位方法。

2.环境感知与建模

为了实现AGV自主导航，需要根据多种传感器识别多种环境信息：如道路边界、地形特征、障碍、引导者等。AGV通过环境感知确定前进方向中的可达区域和不可达区域，确定在环境中的相对位置，以及对动态障碍物运动进行预判，从而为局部路径规划提供依据。

目前，多传感器信息融合技术已经被应用于AGV导航系统中，其所起的作用关系着机器人的智能化水平。这种技术的核心在于可以有效地对多传感器收集到的信息进行处理和融合，提高AGV自身对于不确定信息的抵抗能力，确保有更多可靠的信息被利用，有助于AGV更为直观地判断出周围的环境。

3.路径规划

路径规划是导航的一个重要环节。AGV根据环境的变化，对环境信息进行收集和分析，按照某一性能进行搜索，进而找出从起点到目标点的最优无碰撞路径或次优无碰撞路径；能够处理环境模型中的不确定因素和路径跟踪中出现的误差，使外界对机器人的影响降到最小；利用已知信息来引导AGV动作，从而得到相对更优的行为策略。

根据AGV掌握环境信息的程度不同，可分为两种类型：一个是基于环境信息已知的全局路径规划，另一个是基于传感器信息的局部路径规划，后者环境是未知或部分未知的，即障碍物的尺寸、形状和位置等信息必须通过传感器获取。

主流导航方式及其特点

AGV从出现至今，已经衍生出了多种导航方式，每种导航方式均有自己的独特之处和用武之地。目前AGV主流的导航方式有以下几种：

1.磁条导航

磁条导航是一项非常成熟的技术，主要是通过在路面上铺设磁条，通过磁导航传感器不间断地感应磁条产生的磁信号实现导航，通过读取预先埋设的RFID卡来完成指定任务。磁条导航现场施工简单，成本低，对于声光无干扰性，AGV运行线路明显，线路二次变更容易、变更周期短，对施工人员技术要求低。但此导航方式灵活性差，AGV只能沿磁条行走，更改路径需重新铺设磁条，且磁条容易损坏，后期维护成本较高。

2.电磁导航

电磁导航是较为传统的导航方式之一，目前仍被许多系统采用。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的导引。其主要优点是引线隐蔽，不易污染和破损，导航原理简单而可靠，便于控制和通讯，对声光无干扰，制造成本较低。缺点是路径难以更改扩展，对复杂路径的局限性较大。

3.光学导航

光学导航是在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带，通过对摄像机采入的色带图像信号进行简单处理而实现自动导引。该导航方式分为色带跟踪导航、二维码识别等功能。光学导航技术成熟，应用也较为广泛。目前，亚马逊应用的KIVA机器人就是利用光学导航实现的。该导航方式灵活性比较好，地面路线设置简单易行，但对色带的污染和机械磨损十分敏感，对环境要求过高，导引可靠性较差，精度较低。

4.激光导航

激光导航是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过激光扫描器发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和航向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导引。

此项技术最大的优点是，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。缺点是制造成本高，对环境要求比较苛刻（外界光线、地面要求、能见度要求等），不适合室外（尤其是易受雨、雪、雾的影响）应用。

5.视觉导航

视觉导航是在AGV上安装CCD摄像机，AGV在行驶过程中通过视觉传感器采集图像信息，并通过对图像信息的处理确定AGV的当前位置。

视觉导航方式具有路线设置灵活、适用范围广、成本低等优点。但是，由于利用车载视觉系统快速准确地实现路标识别这一技术瓶颈尚未得到突破，因此，目前该方法尚未进入实用阶段。

6.惯性导航

惯性导航是在AGV上安装陀螺仪，在行驶区域的地面上安装定位块，AGV可通过对陀螺仪偏差信号（角速率）的计算及地面定位块信号的采集来确定自身的位置和航向，从而实现导引。

此项技术在军方较早运用，其主要优点是技术先进，定位精准，地面处理工作量小，路径灵活性强。其缺点是制造成本较高，导引的精度和可靠性与陀螺仪的制造精度及其后续信号处理密切相关。

7.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，然后进行测量学习，修正地图进而实现自动导航功能。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。该导航技术的优点是，不需要反射器或其它人工地标，能够降低安装成本，减少维护工作。

导航技术的创新与应用

当前的AGV市场可以说是百花争艳，同质化竞争严重。面对激烈的市场竞争以及电商、制造等行业对智慧物流更强烈的市场需求，一些物流系统集成商、新兴物流机器人企业等在AGV导航技术领域不断发力，寻求创新突破。比较典型的技术创新包括SLAM导航、惯性+视觉导航、无反射板激光导航等。

1.SLAM导航

SLAM（SimultaneousLocalizationandMapping）导航，表示在不具备周围环境先验信息的前提下，让AGV在运动过程中根据自身携带的传感器和对周围环境的感知进行自身定位，同时增量式构建环境地图。SLAM方法可以提高AGV的自主能力和环境适应能力，使AGV可以在未知的环境中进行自主定位和导航。SLAM导航可以不需要预先铺设任何轨迹，方便导航路线的更改，并实现实时避障，有助于实现多AGV的协调控制。

在2017 CeMAT Asia展会上，SLAM导航AGV引起大家的高度关注。

如新松机器人公司最新研发的“移动搬运平台”，便是采用先进的激光SLAM技术，导航精度高，可在高度动态环境下提供迅速的、可追踪的输送流程，进行智能化的自动导航，躲避障碍和选择最佳路径完成任务。艾瑞思机器人参展的SLAM导航移动机器人，可以依靠自身传感器在未知环境中获得感知信息，实时地创建周围环境的地图；同时，可利用创建的地图实现自主定位，还可以主动避开障碍物。

2.惯性+视觉导航

当前，复合导航是AGV导航的主要创新方向，其中惯性+视觉导航最为主流。该组合导航技术通过CCD传感器感知环境，由计算机对图像进行处理分析，获取载体的位置和姿态等导航信息，进而修正惯性误差。一方面，视觉导航为惯性导航提供误差补偿信息，弥补了惯性误差随时间漂移的不足；另一方面，惯性导航凭借系统数据更新率高、不受光照等环境影响、短时定位精度高的优势，弥补了视觉导航处理实时性不足的缺陷。

如海康机器人公司自主研发的阡陌仓储机器人，采用二维码视觉导航+惯性导航双导航技术，实现自主定位，定位精度误差小于5mm，稳定高效，可智能协调作业，大幅提升运维及管理效率。欧铠公司最新研制的小精灵机器人是一款专门针对工厂内简单轻型的物料搬运的产品。它采用惯性+二维码视觉导航，不仅小巧灵活，而且精度高、速度快，集自动躲避障碍物、自由规划路线、姿态保持等强大功能于一身，大大提高仓库作业效率。

3.无反射板激光自主导航

无反射板激光自主导航技术是艾吉威机器人自主研发的，获得国家发明专利。该导航技术无需安装反射板即可实现激光导航AGV小车的定位和避障，其特征在于：无需辅助导航标志，快速自建地图，柔性程度高，可适应布局变动；维护成本低，可远程诊断；可与WMS、MES信息交互，实现库位管理；RFID、二维码自动选配识别托盘和货物，数据库管理；安全，人机可交互，兼容叉车手柄功能，配置高端机器人叉车功能。

无反射板激光自主导航叉车AGV的应用模式比较全面，可以与自动化仓库系统配套使用，也可以用在工业生产线上的物流装配与物料周转。另外艾吉威还在不断开发新的应用领域及应用模式，例如辊筒叉车集成应用。目前，艾吉威无反射板激光自主导航叉车应用在汽车、家电、电子、电力、新能源等行业，且已出口海外。

4.其他技术创新

一些专注于AGV导航技术研发的企业也在积极推动AGV导航技术的创新。如苏州坤厚自动化科技有限公司，主要提供移动机器人定位导航模块KH-NaviKit和基于该技术的无人叉车AGV智能物流系统。该公司独立开发的基于异构系统架构的机器人核心算法处理器可以提供稳定可靠的定位数据，使之成为AGV理想的定位导航解决方案。

综合来看，目前的AGV导航技术复杂多样，不同的场合应选用不同的导航技术，如：在有叉车行驶的场合，不宜选用磁条导航；路径需要经常变换的场合，应考虑激光导航；露天环境，考虑到气候因素，不宜采用激光导航；在环境恶劣的仓库，适宜使用磁钉和RFID导航；在环境比较好的场景，适宜使用二维码导航。

云南昆船智能装备有限公司总经理杨文华对此表示，随着市场需求的不断变化，未来还将有更多的导航技术出现。导航技术没有孰优孰劣，只有合不合适。做任何事情都需要把可靠性摆在第一位，AGV导航也是如此，应根据使用环境因地制宜地灵活运用导航技术。

AGV导航技术发展趋势

近年来，随着AGV应用领域不断扩大，应用的复杂程度越来越高，对其导航及相关技术也提出了许多新的要求。未来，AGV导航技术将呈现如下发展趋势：

1.无标记自然导航将被更多采用

新松机器人公司高级副总裁王宏玉表示，未来，工业互联网、边缘计算、云计算以及人工智能与智能移动机器人相互交融会越来越普及，将给AGV行业带来天翻地覆的变化，要求AGV更加智能，更具柔性化。导航技术方面也将更先进，越来越多的AGV将采用无标记自然导航技术以适应复杂、开放的动态环境。如自然轮廓导航，打破了传统固定式导航方式，无需铺设磁条、反射板等固定标记物，同时具有自主避障能力，具有更高的柔性和极强的适应性。

2.视觉导航仍是重要发展方向

视觉导航由于具有探测范围广、目标信息完整等优点，被多位专家认为是今后AGV导航技术的重要发展方向。目前来看，视觉导航技术已取得了很多研究成果，但由于现有计算设备的运算速度和存储容量的限制，其中的图像处理速度慢始终没有得到很好的解决。随着计算机技术的发展及快速图像处理关键技术的突破，视觉导航技术将成为具有广阔前景的AGV导航技术。

3.新技术引发新的解决思路

一些新技术、新产品的出现，将为AGV导航提供新的解决途径。如围绕个人移动终端的室内定位技术发展方兴未艾，基于Wi-Fi、蓝牙的多种方案趋于成熟，并投入市场应用。将这些技术与机器人导航技术相结合，或将为AGV室内导航开辟新思路。

4.新型传感器技术的研发

记者在采访中了解到，常规传感器和多传感器信息融合技术在移动机器人导航中的应用已取得许多重大成果，但在一些特殊的环境中，非视觉传感器的探测范围和精度与视觉导航系统相比不是很理想，对于一些高精度的导航任务还不能胜任，需要开发出新型传感器及提出新的信息融合方法来弥补不足。因此，针对AGV导航的新型传感器的研发和信息融合是业界今后研究的一个重要课题。

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