自动导引车导航与路径规划研究

李永湘

（贵州工程应用技术学院机械工程学院，贵州 毕节 55170）

自动导引车（Automated Guided Vehicle，AGV）作为典型的光机电一体化智能装备得到发展和应用，出现了沈阳新松、广东嘉腾、北京机科、云南昆船等一批国内AGV制造企业。广汽丰田、上海大众、武汉神农等汽车厂都率先在汽车生产线上使用了AGV，华为、美的、富士康等科技企业将AGV应用于电子产品生产线，AGV的自动化和智能水平高，大大提高了企业的制造柔性。AGV能否在制造企业和物流行业发挥最大作用，关键在于其导航和路径规划技术。

1 AGV导航和路径规划研究现状

目前国内外AGV厂商已研发出多种AGV导航方式，许多学者对不同AGV导航系统的工作机制和性能进行了研究，例如南京航空航天大学李昊等研究了基于马尔科夫链的AGV激光导航定位方法；陕西科技大学刘笑和郑恩让研究了AGV磁导航的STM32控制方案；西安理工大学朱从民等研究了惯性导航的行走精度问题等。学者们研究的各种导航方式可归纳为图1所示。

在AGV路径规划方面，河北科技大学赵江等研究了基于改进A星算法的AGV路径规划；上海理工大学王玉林等研究了基于Dijkstra算法的AGV最短路径规划；河北工业大学苑光明等用分层方法改进遗传算法来提升AGV路径规划质量。

2 AGV导航和路径规划优化技术措施

上述研究工作从不同的角度研究了AGV导航和路径规划问题，总体上采用的技术比较单一，为更好地适应现代企业对AGV越来越复杂的技术需求，充分发挥和拓展AGV在制造企业和物流行业的应用，可从以下几个方面改进AGV导航和路径规划。

2.1 多种导航技术的集成

由于各种单一的AGV导航技术特点比较明显，而各自的缺点也很突出，采用单一导航方式的AGV越来越不利于生产企业的应用。将磁导航、惯性导航、光学导航、声波导航等技术中的两种或多种导航措施集成到同一台AGV上，提升系统的集成度和融合性，可充分发挥不同导航技术的优点，补全各自的不足，提升AGV导航总体性能。

图1 AGV导航技术分类

2.2 研究高性能的路径规划优化算法

由于现今AGV路径规划已往往不再是只针对最短路径一个规划指标进行优化，例如交叉路口的多少、障碍物的影响、停靠站点的分配、自动充电站点与时间的分配等因素是需要考虑的，要同时对多个规划目标进行优化，分别建立各个目标函数为，，，......，，各个约束函数为，，，......，，从而可以建立AGV路径规划途的多目标优化模型如下：

式（1）难以通过简单算术方法求解，需借助人工智能算法进行最优值搜索，对已有算法进行改进，研究新的高性能路径规划优化算法对解决多目标路径规划优化问题有着重要意义。

2.3 研究新的导航技术与采用新的硬件器材

由于常见的几种AGV导航技术实现过程中柔性不是很好，例如磁导航中，随着AGV路径规划的不同和增减站点等变化常需要改变磁条、磁钉、RFID地标等硬件设施铺设，且在室内铺设这些材料会影响美观，甚至会损坏厂房地面等，无损导航、无地标自然导航技术越来越受到AGV用户的重视和欢迎。在复杂的厂房环境和室外环境下，对AGV导航定位精度的要求越来越高，而AGV导航定位精度的高低主要取决于传感器和控制模块的性能，因此研发和选用性能更优越的硬件器材对提高AGV整体性能有很大帮助，需要不断提高AGV关键部件的国产化率。

3 结语

当前AGV产业发展迅速，企业实力和技术水平参差不齐，若想在竞争中取得优势，关键在于解决好AGV导航和路径规划问题，从系统集成、优化算法和新技术研究角度出发提升AGV产品整体性能和竞争力。