浅析智能包装无人工厂中AGV导航的九种主流方式

在智能包装无人工厂中AGV发挥着至关重要的作用，而AGV的导航也是直接决定AGV的运行方向以及路径的。目前常用的AGV导航导引方式主要有磁导引、电磁导引、光带导引、惯性导航、激光导航、视觉导航、二维码导航、直接坐标导航、GPS导航等9种导航方式具体如下：

1. 磁导引

磁导引又分为磁带导引、磁点（磁钉）等导引方式，也即在AGV的行驶路径上贴磁带或打磁点（磁钉），通过磁感应信号实现导引。目前，磁带、磁点（磁钉）导引技术比较成熟，应用也较为广泛。

2. 电磁导引

该导引方式的基本工作原理为：在AGV的行驶路径上埋设金属导线，并加载低频、低压电流，使导线周围产生磁场，AGV上的感应线圈通过对导航磁场强弱的识别和跟踪，实现AGV的导引。

其优点为引线隐蔽，不易被污染和破损，导引原理简单可靠，便于控制和通讯，无声光干扰，制造成本较低；缺点则为路径更改的灵活性差，调整变动麻烦，感应线圈对周围的铁磁物质较敏感。在国外，对于一些路线比较简单、需要24小时连续作业的工况（比如发动机等装配生产线），基于非接触供电技术的电磁导引AGV应用是比较多见的。

3. 光学导引

该导引方式的主要基本工作原理为：在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带，通过对光学传感器采入的色带图像信号进行识别实现导引。此外，用CCD摄像机和图像处理系统替代普通的光学传感器可以有效提高导引系统的可靠性。目前，光学导引技术成熟，应用也较为广泛。

光学导引与磁带导引比较类似，主要优点为灵活性较好，地面路线设置十分简单；缺点则是易受色带污染和磨损的影响，对环境要求较高，导引可靠性受制于地面条件，停位精度比较低。

4. 激光导航

最初的激光导航需要反射板来做辅助，称为反射板激光导航模式，即在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和方向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导航。依据同样的导航原理，若将激光扫描器更换为红外发射器或超声波发射器，则反光板激光导航可以变为红外导航或超声波导航。

激光导航的主要优点为定位精确，能适应复杂的路径条件及工作环境，能快速变更行驶路径和修改运行参数；主要缺点则为激光定位装置成本较高。对环境要求（如外界光线、地面要求、能见度要求等）相对较高，不适合室外（尤其是易受雨、雪、雾的影响）应用。

5. 惯性导航

惯性导航，即在AGV上安装陀螺仪，在行驶区域的地面上安装定位块，AGV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方向，从而实现AGV的自动导引。惯性导航作为AGV领域新兴的导航方式，在军方较早运用。其优点是技术先进，定位精准，地面处理工作量小，路径灵活性强。缺点则是制造成本较高，导航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。

6. 视觉导航

AGV领域的视觉导航，是指通过摄像头来获取可见的光信号，基于模拟视觉的导航系统，也即在AGV上安装了CCD的摄像机和传感器，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。

视觉导航方式不需要人为设置任何物理路径，具有路线设置灵活，适用范围广，成本低，允许无固定参照物等优点，理论上具有最佳导航柔性，也是未来的发展方向。但是，由于基于无固定参照的视觉导航AGV其定位精度往往不高，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。

7. 二维码导航

二维码导航比磁导航定位精确，在铺设、改变路径上也较容易，便于控制，对声光无干扰。缺点则是路径需要定期维护，在项目现场需要铺设大量二维码，且二维码易磨损，比较适合全自动无人化环境。

8. 直接坐标导航

直接坐标导航，即用定位块将AGV的行驶区域分成若干坐标小区域，通过对小区域的计数实现导引，一般有光电式（将坐标小区域以两种颜色划分，通过光电器件计数）和电磁式（将坐标小区域以金属块或磁块划分，通过电磁感应器件计数）两种形式。

9. GPS导航

GPS（Global Positioning System，全球定位系统）导航，即通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导，其精度取决于卫星在空中的固定精度和数量，以及控制对象周围环境等因素。因GPS定位系统用于AGV定位时存在近距离定位精度低等问题，由此也衍生出iGPS（室内GPS）和dGPS（用于室外的差分GPS）导航系统，其精度要远远高于民用GPS。目前应用于AGV上的GPS导航技术还在发展和完善之中。

可以说AGV的技术发展史，也就是AGV导航导引方式的演进史。随着技术的变革与应用，AGV导航方式也从最初的固定路径导引（电磁导引），发展到半固定路径导引（磁导引和光带导引），再发展到自由路径导引（如基于“灯塔”信息的激光导航、GPS导航，基于地标信息的惯性导航、标签导航，基于环境信息的环境导航或自然导航等）。随着导航技术的发展，AGV对特定标志物的依赖逐渐较少，对环境的适应性则逐渐增强。

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