【導(dǎo)讀】AGV是自動(dòng)導(dǎo)引車的縮寫，是一種自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)控制的運(yùn)輸機(jī)器人，常見類型包括自動(dòng)導(dǎo)向叉車和自動(dòng)導(dǎo)向揀選機(jī)器人，通常用于制造和倉儲(chǔ)，但也可用于檢驗(yàn)、運(yùn)輸、軍事和勘探應(yīng)用，是提高流程效率和提高業(yè)務(wù)盈利能力的一種安全可靠的方式。
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自動(dòng)導(dǎo)引車
AGV是自動(dòng)導(dǎo)引車的縮寫，是一種自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)控制的運(yùn)輸機(jī)器人，常見類型包括自動(dòng)導(dǎo)向叉車和自動(dòng)導(dǎo)向揀選機(jī)器人，通常用于制造和倉儲(chǔ)，但也可用于檢驗(yàn)、運(yùn)輸、軍事和勘探應(yīng)用，是提高流程效率和提高業(yè)務(wù)盈利能力的一種安全可靠的方式。
AGV和AMR是什么關(guān)系？
在工業(yè)界，除了AGV，AMR也是出鏡率很高的一種機(jī)器人。AGV和AMR這兩種機(jī)器人有著許多相似之處，在介紹AGV的內(nèi)容里AMR常常會(huì)相伴左右，有時(shí)兩者還會(huì)被混在一起討論。因此，在介紹AGV之前，我們先看看它們之間到底是什么關(guān)系。
AGV可以說是一種無人導(dǎo)引車（UGV），它常常沿著一組預(yù)定的路徑在整個(gè)設(shè)施中移動(dòng)。AGV不是移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)子類，它應(yīng)該是移動(dòng)機(jī)器人的前身，自20世紀(jì)50年代問世直至今日，在現(xiàn)代制造或倉庫環(huán)境中仍有多種用途。自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）屬于無人值守地面車輛，它比AGV具有更多的功能。比如，AMR能夠自由移動(dòng)和實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃，使其能夠與人類合作執(zhí)行材料處理任務(wù)。相比基本都是輪式車輛的AGV，AMR擁有多種運(yùn)動(dòng)配置，除了輪式車輛，還包括履帶車輛、兩足機(jī)器人、四足機(jī)器人和多足機(jī)器人等。
兩者區(qū)別
要想理解AGV和AMR之間的主要區(qū)別，下面這個(gè)比喻可能比較形象：AGV就像一列火車，只能在其軌道上運(yùn)行。而AMR就好比一輛出租車，它能夠在任何兩點(diǎn)之間自由移動(dòng)，并在交通過于擁擠時(shí)重新規(guī)劃路線。具體來講，AGV在靜態(tài)環(huán)境中工作時(shí)，需要借助磁條或?qū)б€，其運(yùn)動(dòng)路徑是高度結(jié)構(gòu)化的。如果路徑中有任何障礙物，必須將其立即移除，AGV才能繼續(xù)工作。當(dāng)環(huán)境設(shè)施發(fā)生變化時(shí)，如翻新、升級或位置變化，則需要重新部署磁條或?qū)б€等制導(dǎo)技術(shù)。與AGV相反，AMR可在具有自主導(dǎo)航的動(dòng)態(tài)環(huán)境中工作，它創(chuàng)建并保存設(shè)施的位置或地圖，以便在定義的路線中存在障礙物時(shí)找到替代路徑。此外，即便發(fā)生與設(shè)施相關(guān)的更改，如果AMR已經(jīng)與設(shè)施映射，它仍可以在一小時(shí)內(nèi)開箱并投入使用，部署極其靈活。
那么，是否意味著“墨守成規(guī)”的AGV會(huì)被“智能靈活”的AMR完全取代呢？
目前來看這種情況還沒有出現(xiàn)，主要是因?yàn)锳GV和AMR均有各自的定位和應(yīng)用場景。從負(fù)載角度看，AGV更適合較大的負(fù)載應(yīng)用，尤其是需要處理超過500Kg的大型貨物或托盤。另外，AGV往往具有更強(qiáng)大的托舉能力，當(dāng)用戶需要將托盤裝載到貨架上時(shí)，AGV肯定是不二之選。
由于AMR可以根據(jù)檢測到的環(huán)境變化實(shí)時(shí)做出反應(yīng)并調(diào)整自己的活動(dòng)和動(dòng)作，因此這類機(jī)器人是動(dòng)態(tài)工作環(huán)境下的理想選擇，比如機(jī)場、醫(yī)院等。但是，如果你的操作是固定的，比如將材料從固定的存儲(chǔ)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到固定的生產(chǎn)線，或?qū)⒊善忿D(zhuǎn)移到暫存區(qū)等等，AGV完全能夠勝任這些工作，相比AMR較高的前期投入，AGV的成本更低一些。
AGV市場有多大？
移動(dòng)機(jī)器人（包括AGV和AMR）能夠優(yōu)化物流和制造業(yè)中的倉儲(chǔ)設(shè)施空間，由于人工智能（AI）、機(jī)器視覺、自動(dòng)分揀和放置操作能力以及機(jī)器人機(jī)械的進(jìn)步，我們正在見證AMR和AGV在物流和制造之外的更多新應(yīng)用，市場范圍不斷擴(kuò)大。
根據(jù)LogisticsIQ的全新市場研究，到2026年，AGV和AMR兩種機(jī)器人市場合計(jì)將達(dá)到132億美元，增長率約為35%，預(yù)計(jì)二者將共同突破150萬的安裝基數(shù)，使移動(dòng)機(jī)器人成為我們?nèi)粘＿\(yùn)營活動(dòng)的新常態(tài)。
來自Statzon的分析數(shù)據(jù)表明，2021年全球AGV市場的價(jià)值約為40.177億美元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到86.611億美元，2022年至2030年的復(fù)合年增長率為8.93%。按行業(yè)劃分，半導(dǎo)體和電子行業(yè)是對AGV市場貢獻(xiàn)巨大，2021年達(dá)到9.198億美元，預(yù)計(jì)到2030年將增至16.533億美元，復(fù)合年增長率為6.73%。在2021年，這兩個(gè)行業(yè)約占整個(gè)AGV市場38.6%的份額，前者約占22.9%的份額。在預(yù)測期內(nèi)，鐵路和食品飲料部門預(yù)計(jì)將分別以11.21%和10.57%的復(fù)合年增長率實(shí)現(xiàn)顯著增長。目前，這兩個(gè)細(xì)分市場在全球自動(dòng)導(dǎo)引車整體市場中的份額約為11.7%，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到13.8%。
AGV是如何工作的？
一般來說，AGV機(jī)器人由五個(gè)基本組件構(gòu)成，即：導(dǎo)航系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和車輛控制器。
導(dǎo)航系統(tǒng)：作為AGV機(jī)器人的一部分，導(dǎo)航系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收和處理信息，使得AGV按照預(yù)設(shè)的路線或方向行駛。實(shí)際應(yīng)用中有多種導(dǎo)航類型，包括激光導(dǎo)航、有線導(dǎo)航和磁性導(dǎo)航等。
安全系統(tǒng)：每個(gè)AGV機(jī)器人都有與其功能相適應(yīng)的安全組件，確保所有移動(dòng)和操作都在安全條件下進(jìn)行。這個(gè)概念很容易理解，那就是機(jī)器人在撞到什么東西或人之前必須能夠停下來。其中的主要部件是安全激光掃描儀和安全可編程邏輯控制器（PLC）。
動(dòng)力系統(tǒng)：AGV機(jī)器人配備了一個(gè)電池，為車輛運(yùn)動(dòng)和附件功能提供所需的能量。主要元件是電池和充電解決方案。
運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)：AGV機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)集成了多個(gè)組件，使車輛能夠移動(dòng)和執(zhí)行任務(wù)。從電機(jī)和輪子到桅桿和用來提升負(fù)載的液壓系統(tǒng)的所有組件都屬于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。
車輛控制器：車輛控制器是AGV的大腦，它收集并協(xié)調(diào)從其他系統(tǒng)接收到的所有信息，如導(dǎo)航、安全、運(yùn)動(dòng)等。
AGV采用了哪些關(guān)鍵的導(dǎo)航技術(shù)？
AGV主要通過電磁、光學(xué)或其他自動(dòng)導(dǎo)引裝置實(shí)現(xiàn)自主規(guī)劃路線和自動(dòng)駕駛的過程，安全性很高。AGV有多種類型，包括LGV（激光導(dǎo)引車）、移動(dòng)機(jī)器人、SGV（自動(dòng)導(dǎo)引車）和無人駕駛車等，這些分類主要由其導(dǎo)航環(huán)境的傳感機(jī)制來定義。市場上常見的AGV導(dǎo)航方法包括：電磁導(dǎo)航、磁條導(dǎo)航、二維碼導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航等。那么，這些導(dǎo)航技術(shù)各自又有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢？
1?基于電磁場的AGV導(dǎo)航
電磁導(dǎo)航是一種傳統(tǒng)的導(dǎo)航方法，是AGV非常受歡迎的方法，所需硬件簡單，易于部署，是一種具有成本效益的選擇。具體導(dǎo)引方法是，通過在AGV的驅(qū)動(dòng)路徑上埋設(shè)金屬導(dǎo)線，并加載低頻和低電壓電流，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，而AGV上的感應(yīng)線圈可以識別和跟蹤導(dǎo)航磁場的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。電磁導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)絲隱蔽，不易被污染和損壞，簡單可靠，易于控制，對聲光無干擾，投資成本低。缺點(diǎn)是改變或擴(kuò)展路徑很麻煩，導(dǎo)絲的鋪設(shè)也比較困難。AGV上配備的磁性傳感器可用來檢測磁帶的磁性區(qū)域，并按照路線驅(qū)動(dòng)AGV。
Honewell 03SR系列霍爾效應(yīng)位置傳感器
霍尼韋爾（Honewell）公司的103SR系列霍爾效應(yīng)位置傳感器將組件密封在鋁或不銹鋼螺紋外殼中，堅(jiān)固耐用。產(chǎn)品包括數(shù)字單極、鎖存和線性磁性類型，可提供多種靈敏度，以滿足各種應(yīng)用的要求。其中，103SR系列霍爾效應(yīng)位置傳感器的數(shù)字版本在-40°C至100°C的溫度范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的輸出，具有20mA的電流吸收能力，可以接受4.5Vdc至24Vdc的直流電源電壓。線性版本的工作溫度為-40°C至125°C，供電電壓范圍為4.5Vdc至10.5Vdc。這兩種產(chǎn)品很容易與通用電子電路接口，如微處理器、集成邏輯、離散晶體管等。
圖1：103SR系列霍爾效應(yīng)位置傳感器
（圖源：Mouser）
與電磁導(dǎo)航相類似的是基于磁條的AGV導(dǎo)航技術(shù)。不同之處在于，后者的磁條是鋪在地面上而不是埋在地下?；诖艞l的AGV導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是AGV定位準(zhǔn)確，路徑的鋪設(shè)、改變或擴(kuò)展比電磁導(dǎo)航更容易，并且磁條的成本更低。缺點(diǎn)是磁條很容易損壞，需要定期維護(hù)。路徑更改后需要重新鋪設(shè)磁條。另外，AGV只能沿著磁條行走，無法通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能規(guī)避或?qū)崟r(shí)改變?nèi)蝿?wù)。
類似于磁條導(dǎo)航原理的還有磁性標(biāo)記導(dǎo)航和色帶導(dǎo)航。磁性標(biāo)記導(dǎo)航是在地面上放置磁性標(biāo)記，具有隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)、耐磨、耐酸堿等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是容易受到鐵磁性物質(zhì)的影響，改變路徑的施工量大，容易對地面造成損壞，通常只在碼頭上使用。色帶導(dǎo)航是將色帶或油漆粘貼在地面上，通過車載光學(xué)傳感器采集的圖像信號識別來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。由于色帶容易被污染和損壞，因此對環(huán)境的要求更高。同時(shí)，其較低的定位精度有時(shí)也會(huì)限制其應(yīng)用。
2?基于激光雷達(dá)的AGV導(dǎo)航
激光導(dǎo)航是目前比較流行的一種AGV導(dǎo)引方式，這種導(dǎo)引方式的原理是在AGV車上安裝可以發(fā)射及接收激光的掃描器，在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過發(fā)射激光束，同時(shí)采集由反射板反射的激光束，來確定其當(dāng)前的位置和方向，并通過連續(xù)的三角幾何運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)航，最后達(dá)到控制運(yùn)行路線，完成一系列自動(dòng)化操作。激光導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是定位與導(dǎo)向精度較高，并且可以任意規(guī)劃路徑，結(jié)構(gòu)方便且適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是制造成本高，對環(huán)境的要求相對較高，包括外部光線、地面條件、能見度等。
目前，基于激光雷達(dá)的AGV導(dǎo)航主要分為兩條技術(shù)路線，一個(gè)是帶反射器，另一個(gè)是不帶反射器（即激光SLAM）。在基于帶反射器的激光的AGV導(dǎo)航中，激光雷達(dá)可以獲得更精確的信息，實(shí)現(xiàn)更精確的AGV定位和導(dǎo)航?；跓o反射器激光的AGV導(dǎo)航精度相對較弱，但也可以通過算法提高激光雷達(dá)定位和導(dǎo)航的精度。用于AGV導(dǎo)航的激光雷達(dá)分為2D導(dǎo)航激光雷達(dá)（LiDAR）和3D導(dǎo)航激光雷達(dá)。2D LiDAR只能實(shí)時(shí)導(dǎo)航，因缺乏高度信息故無法成像。3D LiDAR可以進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)成像，并可以恢復(fù)物體的形狀和大小，恢復(fù)空間中的三維信息。
LightWare 激光雷達(dá)LW20傳感器
LightWare激光雷達(dá)LW20傳感器體積小巧，易于集成，測距范圍覆蓋100米，堅(jiān)固的IP67防護(hù)等級確保其防塵防水。LW20提供4.5V至5.5V的電源電壓范圍、100mA的電源電流和1cm的分辨率，能夠容忍背景照明條件、風(fēng)和噪音的變化。該傳感器具有對最近和最遠(yuǎn)探測表面的測量、可調(diào)節(jié)的測量更新率、內(nèi)部狀態(tài)監(jiān)測、可選擇的濾波器以調(diào)整對移動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以及用于掃描應(yīng)用的伺服驅(qū)動(dòng)器等功能。
圖2：激光雷達(dá)傳感器LW20
（圖源：LightWare）
3? 基于視覺傳感器的AGV導(dǎo)航
視覺導(dǎo)航是通過AGV車載視覺傳感器獲取操作區(qū)域周圍的圖像信息來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的一種方法。在硬件上，需要一個(gè)俯視攝像頭（比如ToF相機(jī)）、補(bǔ)光燈和引擎蓋來支持這種導(dǎo)航方法的實(shí)現(xiàn)。在該方法中，攝像頭在AGV運(yùn)動(dòng)過程中捕捉到地面紋理，自動(dòng)構(gòu)建地圖，然后將操作過程中獲得的地面紋理信息進(jìn)行配準(zhǔn)，并與自建地圖中的紋理圖像進(jìn)行比較，以估計(jì)AGV的當(dāng)前姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)AGV的定位?；谝曈X傳感器的AGV導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是硬件成本低，定位準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是對使用環(huán)境（地面、光線等）要求很高，運(yùn)行場地需要有紋理信息。當(dāng)作業(yè)場地面積較大時(shí)，導(dǎo)航測繪的時(shí)間比基于激光的AGV導(dǎo)航要長。因此，基于視覺的AGV導(dǎo)航技術(shù)還在不斷的完善中。
ADI ToF模塊使機(jī)器人
ADI ToF模塊使機(jī)器人能夠拾取和放置桌子上的物體，在障礙物中導(dǎo)航，并將物體放置在另一個(gè)位置。ADSD3100是其中的一款基于CMOS 3D飛行時(shí)間（ToF）的3D深度和2D視覺光成像器，可集成到3D傳感器系統(tǒng)中。包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、像素偏置電路和傳感器控制邏輯，均被內(nèi)置在芯片中，集成度和性價(jià)比較高。ADSD3100還能通過移動(dòng)工業(yè)處理器接口（MIPI）、相機(jī)串行接口2（CSI-2）接口與主機(jī)系統(tǒng)電連接。當(dāng)然，成像還需要一個(gè)透鏡加上光學(xué)帶通濾波器，紅外光源加上相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器才能完成工作子系統(tǒng)的建立。
圖3：ADSD3100 ToF模塊
（圖源：ADI）
Basler Blaze ToF 3D相機(jī)
Basler公司的Blaze ToF 3D相機(jī)可在一次拍攝中提供2D和3D圖像，為包括物流、工廠自動(dòng)化和生物識別在內(nèi)的各種應(yīng)用提供有吸引力的解決方案。Blaze ToF 3D相機(jī)可用于高對比度場景的精確3D成像，分辨率640x480，幀速率30fps，工作范圍0到10米，測量的精度達(dá)到毫米級。由于其緊湊的設(shè)計(jì)以及具有千兆以太網(wǎng)接口，因此很容易集成到一個(gè)系統(tǒng)中。
圖4：Blaze ToF 3D相機(jī)
（圖源：Mouser）
4? 基于二維碼的AGV導(dǎo)航
基于二維碼的導(dǎo)航其原理是通過相機(jī)掃描放置在地面上的二維碼，分析碼信息后獲得當(dāng)前的位置信息。二維碼導(dǎo)航通常與慣性導(dǎo)航相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)精確定位。慣性導(dǎo)航是利用移動(dòng)機(jī)器人傳感器（光電編碼器、陀螺儀）獲取機(jī)器人的位置和姿態(tài)，通常用作輔助定位?；诙S碼的AGV導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是定位準(zhǔn)確，小巧靈活，易于鋪設(shè)和更改路徑，便于管理和控制信息通信，不受聲光干擾。缺點(diǎn)是路徑需要定期維護(hù)，頻繁地更換二維碼，并且對陀螺儀的精度和使用壽命有著嚴(yán)格要求，對場地的平整度也有一定的要求，價(jià)格水平相對較高。
ADI公司的S16470板設(shè)計(jì)用于包括工業(yè)機(jī)器人、智能農(nóng)業(yè)和自動(dòng)駕駛汽車等各種應(yīng)用，是一款6自由度IMU，配有3軸陀螺儀和3軸加速度計(jì)，可直接插入RoboRIO上的SPI端口，方便易用。
AGV機(jī)器人有哪些應(yīng)用？
AGV機(jī)器人負(fù)責(zé)執(zhí)行物流操作，如在設(shè)施的不同存儲(chǔ)區(qū)之間分配庫存、在收發(fā)貨區(qū)裝卸貨物以及其他任務(wù)。由于AGV機(jī)器人可以運(yùn)輸重物，它們也被用于生產(chǎn)中心，將不同尺寸的零件運(yùn)送到裝配線上。以下是它們常見的幾大應(yīng)用場景。
卡車裝卸：AGV機(jī)器人可以執(zhí)行叉車或其他類型的傳統(tǒng)裝卸設(shè)備的功能。例如，這些機(jī)器人可以自動(dòng)將貨物卸下或裝載到卡車上。
產(chǎn)品存儲(chǔ)和檢索：AGV機(jī)器人可以將物品放置在相應(yīng)的存儲(chǔ)位置，并將貨物運(yùn)送到訂單履行區(qū)。這些庫存移動(dòng)有助于為產(chǎn)品和操作員靈活、安全和自動(dòng)地補(bǔ)充貨架和分揀站。
與生產(chǎn)中心的連接：AGV機(jī)器人可以配置為運(yùn)輸大型、重型和笨重的貨物。這使得AGV移動(dòng)機(jī)器人成為生產(chǎn)中心附近倉庫的首選。自動(dòng)導(dǎo)向車輛將貨物運(yùn)輸?shù)窖b配線，尤其是在汽車和航空業(yè)等行業(yè)。
配件配送：AGV機(jī)器人不僅僅是搬運(yùn)重物；他們還將庫存分配到設(shè)有裝備站的設(shè)施中。按照預(yù)定的路線，這些自動(dòng)駕駛汽車簡化了向不同套件裝配站的貨物補(bǔ)給，以所需的確切數(shù)量運(yùn)送庫存。
AGV機(jī)器人是20世紀(jì)中期出現(xiàn)的自動(dòng)導(dǎo)引搬運(yùn)設(shè)備，用于加快倉庫和生產(chǎn)中心的貨物運(yùn)輸。這些自動(dòng)導(dǎo)引車輛移動(dòng)時(shí)，無需操作員駕駛，AGV機(jī)器人可以被設(shè)計(jì)成執(zhí)行廣泛的功能，包括遠(yuǎn)程處理、包裝和分揀、掃描、測量和監(jiān)控、信號和檢測、機(jī)器視覺和運(yùn)輸?shù)?。除了能夠?zhí)行多項(xiàng)任務(wù)外，AGV還配備了優(yōu)秀的安全技術(shù)，這意味著幾乎不存在碰撞或安全隱患。近年來，具有人工智能的AGV機(jī)器人得到了發(fā)展，它們被稱為自動(dòng)駕駛智能車輛(AIV)。這些全新的AGV非常適合需要高流量貨物且沒有固定路線的倉庫。
現(xiàn)在，AGV在世界各地的使用率越來越高，是用于倉儲(chǔ)自動(dòng)化的有效工具之一?；旧?，我們可以在任何商業(yè)或工業(yè)場所都能看到移動(dòng)機(jī)器人的身影，從制造業(yè)到食品飲料、半導(dǎo)體制造和汽車行業(yè)，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用將大放異彩。
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