AGV小车的发展现状研究

陈俊彬

关键词： AGV 小车 發展现状 应用领域 发展趋势

中图分类号： TP23 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2023）15-0237-04

AGV 小车属于无人操控的自动化导引运输装置，全称是Automated Guided Vehicle。AGV 小车通常会在内部设置自动化引导系统，该设备能够使小车沿着既定引导路径行驶，同时拥有多样移载、安全保护功能。工业领域中，属于一种具备较强装载功能和安全保护功能的自动化运输系统。

1 AGV 小车特征分析

1.1 先进性

AGV小车全面融合计算机、电、光、机等多种技术，同时融入科学技术领域的先进技术和理论成果，拥有较高定位精度，导引能力强，自动驾驶操作性能优良，也是物理产业自动化发展的典型代表。

1.2 可靠性

因为AGV小车在实际生产操作中的各个环节和运行步骤都是各种信息、数据的通信交换过程，系统后备设置庞大数据库作为基础支撑，能够利用精准信息数据，减少人为元素影响，保证各项操作任务的按时完成，优化AGV小车整体操作可靠性和稳定性。

1.3 灵活性

AGV 小车能够和货架、平台、生产线、传输线以及RS/AS出口、不同操作点全面融合，联系多样需求，通过多样组合实现不同功能，通过最少物流周转周期，缩减材料周转消耗，促进加工、进料、物料、生产，以及成品销售等环节的顺畅衔接，优化系统生产效率。

1.4 兼容性

AGV小车能够独立完成相关任务，或与其他调度、控制、生产系统全面集成，具备良好兼容性和适应性。

1.5 安全性

AGV小车能够应用于某些较为复杂环境，例如：在人类无法工作的空间内可以应用AGV小车进行相关操作，该种设备具备安全避碰、故障报告、紧急制动、多级预警以及智能化管理等功能[1]。

2 AGV 小车关键技术分析

2.1 结构体系

AGV 小车系统可以进一步分成多种功能模块，包括分析、监测、决策、执行等，各种功能模块有机结合组成统一整体。导航系统核心功能是对不同行为、功能模块进行全面连接，共同构成统一整体，涵盖数据、接口以及通信等，能够对不同子系统实施协调管理，激发出系统功能，结合现有任务对不同工作合理分配，通过分析可以进一步发现结构体系主要功能是融合各个子系统实施统一调度，AGV 小车相关结构体系设计会影响AGV综合性能，发展到目前为止，智能导航系统涵盖分布式结构、分层递进结构以及包容结构3种类型[2]。

2.2 视觉导航定位

视觉导航作为当前发展速度较快的导航模式，具有较大搜索面积，可以轻易采集附近环境信息，在整个AGV 导航系统内具有较大发展潜力。视觉导航技术下，可以在AGV小车中设置CCD摄像装置，按照局部视觉实施导航。利用该种方法，可以在AGV 小车中设置各类功能传感器和工业控制计算机，利用车载计算机实施路径规划和图像处理，自主完成高层决策工作。AGV小车中的视觉系统采集所处环境信息传输至AGV，从而对前进路线进行自动规划，自动躲避障碍物，顺利抵达目标点，实施相关任务活动。视觉导航系统核心功能是对周围环境特征进行准确辨识和全面探测。环境探测主要包括路标识别和障碍探测。车间投入生产的AGV小车，行驶地面十分平整，整个空间的光照条件不会产生太大的变化，优于室外空间。处于该种状况下，综合考虑视觉系统实时性、稳定性等性能要求，可以设置满足具体要求和方便识别的路标标志[3]。

定位主要是AGV 小车处于活动空间内的所处方位与全局位置坐标，对于AGV 导航技术具有较大意义，可以把定位技术分成相对定位和绝对定位。结合AGV 所处位置和初始位置长度、角度对AGV 小车位姿进行定位，无须依靠车体外部其余参考物，针对运动车轮内增设角位传感器，顺利得到旋转角度，随后结合机器特性对AGV 小车到出发点的方向、距离进行准确计算，获得AGV 小车位姿信息。整个过程中不可避免误差积累，为此需要利用有效方法进行误差计算。

2.3 路径规划

AGV 小车正式进入工作状态和工作环境内，不管环境范围大小、环境物体是静止或运动状态以及是否知道障碍物方位，核心任务便是进行环境检测，通过最少能量和最短时间顺利绕行障碍物，抵达目标位置，实现相关操作主要措施是路径规划。在实施路径规划中需要结合相关任务要求，AGV 小车在目标范围内自主搜寻最佳路径实现任务目标。结合AGV小车对周围环境状况的认知差异，可以进一步把路径规划分成局部和全局两种类型的路径规划，在AGV 小车采集全部运行环境信息条件下便是全局路径规划，如果AGV 小车内未全部存储所有工作信息环境条件下，便是局部路径规划。全局路径规划主要是以栅格法与可视图等方法为主，其中可视图法将AGV 小车所处空间内不规则障碍物节点、目标位置和AGV小车当成单独节点，进一步连接不规则障碍物、目标位置以及AGV小车等节点，把连接线当成弧。规定不同顶点衔接线不能随意横穿障碍物，保证连接线段可视性，确定最短线路为最优路线[4]。

2.4 控制系统

AGV小车相关控制系统需要基于计算机控制进行实时控制，核心任务是结合AGV预期功能，联系AGV小车运动模式和结构特征，实现预期目标，大部分条件下，AGV 小车中的控制系统由下位机和上位机等组成，其中上位机属于系统决策层，负责对不同部分算法和工作任务进行统一协调；下位机包含多个CPU 构成，基于总线连接上位机和下位机。上位机主要是车载计算机，能够对相关信息进行全面感知和采集，支持局部导航、自动避障以及跟踪监控。车载系统通过单板计算机组成，其具备良好兼容性、稳定性以及信息互通性，能够支持开发机构形成模块化和开放性控制系统。系统内设置有高速微处理器，可以对外部多个设备进行同步连接，在车载系统内设置仿真、控制软件。下位机主要是以运动控制卡为主，能够结合上位机相关运算结果实施灵活控制，借助高性能微处理器针对多伺服电机实施协调控制，涵盖数据传输、计数、脉冲输出以及D/S传输等功能。比起自动控制系统和单片机，运动控制卡具有强大的信息传输能力、功能突出，开发设计便捷[5]。

2.5 驱动系统

AGV 小车中通常会应用直流伺服电机，支持对整个AGV小车的前进速度实施合理控制，比起其他电机，具备以下优势：一是较高转矩，能够在小车前进中顺利克服相关负载转矩；二是转速变化幅度大，能够提高速度保持性；三是响应速度快，可以促进AGV小车在复杂状况下进行快速调整；四是电机具备较强过载能力，基于冲击负载下能够维持均匀前进速度。直流伺服电机在实际操作中主要通过PWM 脉宽调制来进行调速操作，该种操作方式适合进行微控制器操作控制[6]。

2.6 通信系统

AGV 小车内的信息通信主要分为两个层面：AGV小车的不同部分进行信息流通，如工控机和传感器间进行信息传输、下位机和上位机进行信息传输；AGV小车和外部设备像是工作基站等实现信息流通。利用通信系统可以支持AGV 小车即时传递各种内部信息和外部信息，基于工控机对各种有用信息实施高效处理，包括对车体伺服状态、传感器参数以及导航信息等实施科学处理，同時可以支持多个AGV 小车实现信息全面共享，实现多AGV 协同操作目标。AGV 小车内各个功能模块的信息流通包括工控机和传感器间数据流通以及运动系统内车载控制机和伺服电机控制器实施串口通信。AGV 小车外部通信可以进一步分成无线通信和有线传输，有线以太网属于有线通信系统重要组成部分，可以和网络连接，实施访问控制。无线通信普遍适用于AGV 小车和外部通信领域，而AGV 小车自身强大的调节功能可以支持自主规划，由于所处环境存在较大不确定性，为此可以借助无线通信方式支持AGV 小车间的信息传输和计算机系统信息传输。

3 AGV 小车发展现状

3.1 行业政策相继推出

我国针对机器人产业相继推出各项政策，扶持先进装备制造、高端智能产业以及高新技术企业发展，并立足于企业、行业以及产品等层面支持AGV 小车以及工业机器人持续创新发展。

3.2 产业资本大规模扩大

AGV 小车产业的建设资本呈现出大规模上涨趋势，基于资金支持下能够促进企业综合实力大幅度提升，市场发展规模相继扩大，并促进AGV 小车市场不断创新发展。物流机器人产业融资规模在2019 年突破13 亿元，我国AGV 小车整体市场发展规模在2020年突破42.5 亿元，AGV 小车市场新增数量和2019 年比起来总体上涨42.5%。物流机器人产业转变成整个行业资本重点关注对象。发展到2020 年，我国自动化物流市场整体发展规模突破千亿元，基于资本推动下进一步促进AGV 小车产业发展，由此看出AGV 小车领域具有巨大发展潜力。

3.3 AGV 小车制造产业全面发展

近年来，在AGV 小车产业持续发展背景下，相关企业数量持续增加。随着我国AGV 小车智能技术在工业制造领域飞速发展，AGV 小车从最开始应用于烟草、汽车等产业逐渐朝着电子元件、家用电器、化工、医药、机械设备以及食品等领域不断延伸扩展。AGV 小车整体销售规模持续上涨；国产AGV 品牌在整个市场中的占据份额比例超出90%。

AGV 小车生产制造流程相对复杂，为此对技术具有较高要求，涉及视觉识别、导航技术、障碍物躲避机制以及运动控制体系等多种技术。在多种技术中，导航技术占据重要地位，借助导航技术能够促进AGV 小车实现相对路径设计地图，简单实施全局柔性部署，未来AGV 小车发展也将以相关导航技术为主。

3.4 AGV 小车市场快速发展

我国的AGV小车领域在近几年始终保持快速增长幅度，销售规模持续扩大。在医疗、新能源、快递以及电子商务等新兴产业持续发展的背景下，汽车家电与生产制造行业市场需求持续上涨，随着物流领域中自动化仓储全面转型发展，进一步扩大了AGV 小车用户规模。我国在2020年AGV小车应用领域所占比例最高的是汽车产业，约占23.8%，家电制造产业次之，约占21.2%，物流领域第三，所占比例为15.8%，而这3个领域所占比例总和达到60.8%。

4 AGV 小车应用领域分析

4.1 仓储产业

AGV 小车是现代集成生产体系中的重要运输装置，AGV 小车逐渐渗透到物流、制造以及仓储等行业领域当中，而辅助生产加工也进一步变成AGV 小车应用范围最广的领域。AGV 小车最早是应用于仓储领域，美国第一个AGV 小车在1954 年应用于仓库，支持仓库货物进出自动化运输，全世界的2 100 个规模不同仓库内，大约投入了20 000 个不同形式AGV 小车辅助运行，在三维仓库中合理应用AGV 小车创建灵活自动管理系统，能够自主完成各项零件处理工作和货物进出运输任务。

4.2 制造产业

在制造行业中应用AGV 小车，投入生产线内，能够准确、灵活、高效地进行物料运输工作。灵活操控的物流系统涵盖多个AGV 小车，能够结合生产调节对处理路线进行及时调整，通过一个生产线能够制造数十种类型产品，进一步增强企业综合竞争力，提高整个生产活动的灵活性。例如：瑞典某一汽车装配企业为提升整个运输系统的灵活性，相继采用AGV 小车为基础载体的轿车自动装配线，包含多个可装载轿车体AGV小车构成装配线，使整体装配时间缩减20% 左右，人工降低5%，投资回收时间缩短57%，系统装配故障降低39%。AGV 小车广泛应用于世界各个汽车厂中，像是大众汽车、丰田汽车以及通用汽车以及各个汽车厂组装线和生产线内。

4.3 码头、铁路、机场、图书馆等领域

在机场、铁路、图书馆、邮局以及码头等地区，相关转移搬运活动通常需要根据实际需求进行动态灵活调节，而AGV小车在实际操作中因为具备较高灵活性、智能化以及自动化等特征，可以充分满足相关空间场景的运输需求。为此邮局等开始应用AGV 小车，来对各种邮寄产品进行转移搬运。荷兰鹿特丹港便设置有50个堆场拖拉车和自动导引车从船舷把集装箱运输至数百码距离的仓库中，开展重复性工作，铁路行业中通常会将AGV小车用于梁场、地下隧道以及综合管廊等空间。

4.4 食品、医药、烟草以及化工领域

因为化工、食品、医药以及烟草等产业在运输转移等方面存在无污染、安全、清洁排放等需求，提高了对AGV 小车操作运行的重视程度。当前，大部分卷烟厂相继应用AGV 小车搬运各种托盘货物。疫情期间，应用AGV 小车能够对医院内的食品、标本、药品等物品实施智能化运输配送，减少人与人的接触，降低传染概率，节约大量人力资源，帮助一线人员减轻任务压力。

4.5 特殊行業和危险区域

AGV小车全面集成加装探测、拆卸装置等功能，从军事领域分析可应用于战场排雷以及阵地侦察等活动。例如：英国军方研发的自动车，具备航路验证、地雷销毁、探测等功能。在核电站与核辐射实施保险储存等区域，通过AGV 小车来进行物品运输，帮助防止辐射风险。AGV 小车在钢铁厂中主要辅助运输炉料，减轻人工劳动强度。在胶卷和胶片仓库内，应用AGV 小车可以支持黑暗空间内对各种材料和半成品进行稳定运输。

5 AGV 小车未来发展趋势分析

AGV小车在实际操作运行中几乎无需任何人为操作和人工干预。当前，我国AGV 小车主要应用于室内生产方面，户外场所在应用AGV 小车中容易被各种恶劣自然环境所影响。为进一步解决相关问题，需要从以下层面入手不断创新改善：一是实现自动化充电，针对AGV 小车合理研制无线充电系统装置，促进AGV 小车处于不停车、连续运行条件下迅速充电，确保AGV小车实现24 小时连续运行，检修除外，提升整体工作效率；二是促进部件实现模块化生产，打造模块化制造流程，比如对检测系统、减速机以及动力电机全面集成，AGV小车主要包括承载架构以及机械模块构成；三是标准化制造，AGV小车呈现出一种网络化和标准化发展趋势，小车相关控制系统逐渐向开放性控制器与PC系统转型发展，提升整个系统兼容性和扩展性，方便远程维护、操控；四是远程化控制，AGV 小车在未来持续发展中，将会更加方便应用，能够利用手持终端直接进行远程操控，为此需要进一步优化AGV 小车整体系统性能和感官效果。为迎合现代制造发展，除了需要对AGV 小车设置加速传感器、速度传感器和位置传感器之外，还需要额外设置机器视觉系统与压力反馈系统，融合多种智能传感器，辅助决策控制。应注重提升AGV 小车综合性能，简化AGV小车维护操作，提高AGV小车操作可靠性、运行精度和运行效率，缩短产品生产周期，降低价格，帮助中小企业扩大盈利。

6 结语

综上所述，基于各种先进技术支持下，AGV 小车不断创新发展，市场需求规模相继扩大，AGV 小车类型持续增加，各种关键技术发展和完善，随着现代智能制造产业创新发展，应该对相关应用方案不断扩展创新，打造出全新AGV 小车，健全AGV 小车生产体系，通过不断深入探索，创建灵活、全面开放和可扩展的AGV 小车体系。在人工智能和大数据等技术支持下可以促进AGV 小车实现标准化、自动化发展。