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一．AGV简介
AGV(Automated Guided Vehicles ,AGV)又名无人搬运车, 出现于20 世纪50 年代,是一种自动化的无人驾驶的智能化搬运设备, 属于移动式机器人系统, 能够沿预先设定的路径行驶,是现代工业自动化物流系统如计算机集成制造系统(CIMS)中的关键设备之一[1] 。
世界上的第一台自主导航车是美国Basrrett电子公司于1953 年开发成功的, 它是由一辆牵引式拖拉机改造而成的, 带有车兜, 在一间杂货仓库中沿着布置在空中的导线运输货物[12] 。到了 60 年代和 70 年代，除 Barrett 公司外，Webb 和 Clark 公司在市场中也占有相当的份额。在这个时期，欧洲的 AGV技术发展较快,欧洲的主要厂家有 Wagner、HJC、ACS、BT、CFC、FATA、Saxby、Denford 和 Bleehert 等。70 年代中期，欧洲约装备了 520 个 AGV 系统，共有 4800台小车，1985 年发展到 10000 台左右，为美,欧,日之首。其应用领域分布为：汽车工业(57%)，柔性制造系统 FMS(8%)和柔性装配系统 FAS(44%)。日本的第一家 AGV 工厂于 1996 年由一家运输设备供应厂与美国的 Webb 公司合资开设。到1998 年,日本 AGV 制造厂已达 20 多家，如大福，Fanuc 公司,Murata 公司等[15，16]。
AGV集成了计算机、自动控制、电子、图像处理、通信、机械等多个学科技术[17]，具有灵活性、智能化等显著特点, 可以方便地重组系统, 达到生产过程的柔性化运输。与传统的人工或半人工的物料输送方式相比,AGV 系统减轻了劳动强度,降低了危险性, 提高了生产效率, 在各行各业均可发挥重要作用。早期的AGV 主要是自动拖车。在20 世纪70年代中期, 由于负载AGV(又称自动搬运车)的引入,AGV 产业得到了第一次较大的发展[8]。目前, 已经有许多厂家制造的几百种负载AGV 系统, 运行于仓库、工厂、作坊、医院以及其它许多领域。在邮局、图书馆、车站、码头和机场等场合, 物品的运送存在着作业量变化大、动态性强、作业流程经常调整, 以及搬运作业过程单一等特点,AGV的并行作业、自动化、智能化和柔性化的特性能够很好地满足上述场合的搬运要求。不仅如此, 在军事以及危险场所, 以AGV 的自动驾驶为基础集成其他探测和拆卸设备, 可用于战场排雷、阵地侦察、危险环境作业, 如军用机器人、危险品处理机器人、钢铁炉料运送车、放射性物料搬运车、海底电缆铺设等。
二．AGV小车的运行机构的选择
目前常用的移动机器人运行机构的方式有轮式、履带式、腿式以及上述几种方式的结合。轮式和履带式机器人适合于条件较好的路面,而腿式步行机器人则适合于条件较差的路面。为了适应各种路面的情况,可采用轮、腿、履带并用。在各种实用的移动机器人中以轮式机器人(Wheeledmoblle:obot,wMR)最为常见[6],它具有悠久的历史,在机械设计上非常成熟。AGV智能小车的设计思想是作为在路面环境较好的场合中工作的机器人使用,所以采用轮式机器人。
三、AGV小车的主要模块及其通信方式的选择
AGV小车通过各种传感器感知周围环境并判断方向,识别障碍物等,以便自主运动,具有视觉处理,路径规划,语音识别等功能。AGV小车包含众多模块,例如电机控制模块,速度反馈模块,超声波测距模块,遥控器和上位机通信模块,图像采集模块,语音识别模块,人机接口(车灯显示,液晶显示模块)等。如此众多的模块之间数据传递是非常庞大和复杂的，不同模块的控制功能不同,数据转换速度,各控制命令优先级也不同,因此需要一种具有优先权竞争模式的数据交换网络,并且该系统应具有极高的通讯速率、容错能力和快速处理能力[7]。同时,多个模块相互作用又相对独立,存在着相应的干扰,这些众多因素都决定了AGV小车采用基于CAN网络的整车电气控制的方式是一种理想的选择[5,7]。CAN具有完善的通信协议,可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,缩短开发周期, 这些是只有电气协议的RS-485所无法比拟的[4]。
四．AGV的导航
AGV 的导航是指其决定AGV 运行方向和路径的方法。AGV 要实现导航所涉及的基本行为有:自身位姿和工作环境的辨识、全局与局部路径规划、预设路径跟踪、障碍物避让等[10]。目前常用的AGV 导航方式主要有车外预定路径方式和非预定路径方式两种。所谓车外预定路径导航方式是指在行驶的路径上设置导航用的信息媒介物, AGV 通过检测其信息而得到导向的导航方式, 如电磁导引、光学导引、磁带导引(又称磁性导引)等[2]。所谓非预定路径(自由路径)导航方式是指AGV 不预先确定行驶路径, AGV 根据调度要求,在运行过程中通过方位识别确定行驶路径，如激光导航、坐标或地理信息识别导航、视觉导航、路径规划等[3]。
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