【導讀】AGV是自動導引車的縮寫，是一種自動化和計算機控制的運輸機器人，常見類型包括自動導向叉車和自動導向揀選機器人，通常用于制造和倉儲，但也可用于檢驗、運輸、軍事和勘探應用，是提高流程效率和提高業(yè)務盈利能力的一種安全可靠的方式。
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自動導引車
AGV是自動導引車的縮寫，是一種自動化和計算機控制的運輸機器人，常見類型包括自動導向叉車和自動導向揀選機器人，通常用于制造和倉儲，但也可用于檢驗、運輸、軍事和勘探應用，是提高流程效率和提高業(yè)務盈利能力的一種安全可靠的方式。
AGV和AMR是什么關系？
在工業(yè)界，除了AGV，AMR也是出鏡率很高的一種機器人。AGV和AMR這兩種機器人有著許多相似之處，在介紹AGV的內容里AMR常常會相伴左右，有時兩者還會被混在一起討論。因此，在介紹AGV之前，我們先看看它們之間到底是什么關系。
AGV可以說是一種無人導引車（UGV），它常常沿著一組預定的路徑在整個設施中移動。AGV不是移動機器人的一個子類，它應該是移動機器人的前身，自20世紀50年代問世直至今日，在現代制造或倉庫環(huán)境中仍有多種用途。自主移動機器人（AMR）屬于無人值守地面車輛，它比AGV具有更多的功能。比如，AMR能夠自由移動和實時路徑規(guī)劃，使其能夠與人類合作執(zhí)行材料處理任務。相比基本都是輪式車輛的AGV，AMR擁有多種運動配置，除了輪式車輛，還包括履帶車輛、兩足機器人、四足機器人和多足機器人等。
兩者區(qū)別
要想理解AGV和AMR之間的主要區(qū)別，下面這個比喻可能比較形象：AGV就像一列火車，只能在其軌道上運行。而AMR就好比一輛出租車，它能夠在任何兩點之間自由移動，并在交通過于擁擠時重新規(guī)劃路線。具體來講，AGV在靜態(tài)環(huán)境中工作時，需要借助磁條或導引線，其運動路徑是高度結構化的。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。當環(huán)境設施發(fā)生變化時，如翻新、升級或位置變化，則需要重新部署磁條或導引線等制導技術。與AGV相反，AMR可在具有自主導航的動態(tài)環(huán)境中工作，它創(chuàng)建并保存設施的位置或地圖，以便在定義的路線中存在障礙物時找到替代路徑。此外，即便發(fā)生與設施相關的更改，如果AMR已經與設施映射，它仍可以在一小時內開箱并投入使用，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，主要是因為AGV和AMR均有各自的定位和應用場景。從負載角度看，AGV更適合較大的負載應用，尤其是需要處理超過500Kg的大型貨物或托盤。另外，AGV往往具有更強大的托舉能力，當用戶需要將托盤裝載到貨架上時，AGV肯定是不二之選。
由于AMR可以根據檢測到的環(huán)境變化實時做出反應并調整自己的活動和動作，因此這類機器人是動態(tài)工作環(huán)境下的理想選擇，比如機場、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點轉移到固定的生產線，或將成品轉移到暫存區(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？
移動機器人（包括AGV和AMR）能夠優(yōu)化物流和制造業(yè)中的倉儲設施空間，由于人工智能（AI）、機器視覺、自動分揀和放置操作能力以及機器人機械的進步，我們正在見證AMR和AGV在物流和制造之外的更多新應用，市場范圍不斷擴大。
根據LogisticsIQ的全新市場研究，到2026年，AGV和AMR兩種機器人市場合計將達到132億美元，增長率約為35%，預計二者將共同突破150萬的安裝基數，使移動機器人成為我們日常運營活動的新常態(tài)。
來自Statzon的分析數據表明，2021年全球AGV市場的價值約為40.177億美元，預計到2030年將達到86.611億美元，2022年至2030年的復合年增長率為8.93%。按行業(yè)劃分，半導體和電子行業(yè)是對AGV市場貢獻巨大，2021年達到9.198億美元，預計到2030年將增至16.533億美元，復合年增長率為6.73%。在2021年，這兩個行業(yè)約占整個AGV市場38.6%的份額，前者約占22.9%的份額。在預測期內，鐵路和食品飲料部門預計將分別以11.21%和10.57%的復合年增長率實現顯著增長。目前，這兩個細分市場在全球自動導引車整體市場中的份額約為11.7%，預計到2030年將達到13.8%。
AGV是如何工作的？
一般來說，AGV機器人由五個基本組件構成，即：導航系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、運動系統(tǒng)和車輛控制器。
導航系統(tǒng)：作為AGV機器人的一部分，導航系統(tǒng)負責接收和處理信息，使得AGV按照預設的路線或方向行駛。實際應用中有多種導航類型，包括激光導航、有線導航和磁性導航等。
安全系統(tǒng)：每個AGV機器人都有與其功能相適應的安全組件，確保所有移動和操作都在安全條件下進行。這個概念很容易理解，那就是機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）。
動力系統(tǒng)：AGV機器人配備了一個電池，為車輛運動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。
運動系統(tǒng)：AGV機器人的運動系統(tǒng)集成了多個組件，使車輛能夠移動和執(zhí)行任務。從電機和輪子到桅桿和用來提升負載的液壓系統(tǒng)的所有組件都屬于運動系統(tǒng)。
車輛控制器：車輛控制器是AGV的大腦，它收集并協(xié)調從其他系統(tǒng)接收到的所有信息，如導航、安全、運動等。
AGV采用了哪些關鍵的導航技術？
AGV主要通過電磁、光學或其他自動導引裝置實現自主規(guī)劃路線和自動駕駛的過程，安全性很高。AGV有多種類型，包括LGV（激光導引車）、移動機器人、SGV（自動導引車）和無人駕駛車等，這些分類主要由其導航環(huán)境的傳感機制來定義。市場上常見的AGV導航方法包括：電磁導航、磁條導航、二維碼導航、激光導航、視覺導航等。那么，這些導航技術各自又有哪些優(yōu)缺點呢？
1?基于電磁場的AGV導航
電磁導航是一種傳統(tǒng)的導航方法，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。具體導引方法是，通過在AGV的驅動路徑上埋設金屬導線，并加載低頻和低電壓電流，在導線周圍產生磁場，而AGV上的感應線圈可以識別和跟蹤導航磁場的強度，從而實現導航。電磁導航的優(yōu)點是導絲隱蔽，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。缺點是改變或擴展路徑很麻煩，導絲的鋪設也比較困難。AGV上配備的磁性傳感器可用來檢測磁帶的磁性區(qū)域，并按照路線驅動AGV。
Honewell 03SR系列霍爾效應位置傳感器
霍尼韋爾（Honewell）公司的103SR系列霍爾效應位置傳感器將組件密封在鋁或不銹鋼螺紋外殼中，堅固耐用。產品包括數字單極、鎖存和線性磁性類型，可提供多種靈敏度，以滿足各種應用的要求。其中，103SR系列霍爾效應位置傳感器的數字版本在-40°C至100°C的溫度范圍內提供穩(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系列霍爾效應位置傳感器
（圖源：Mouser）
與電磁導航相類似的是基于磁條的AGV導航技術。不同之處在于，后者的磁條是鋪在地面上而不是埋在地下。基于磁條的AGV導航的優(yōu)點是AGV定位準確，路徑的鋪設、改變或擴展比電磁導航更容易，并且磁條的成本更低。缺點是磁條很容易損壞，需要定期維護。路徑更改后需要重新鋪設磁條。另外，AGV只能沿著磁條行走，無法通過控制系統(tǒng)實現智能規(guī)避或實時改變任務。
類似于磁條導航原理的還有磁性標記導航和色帶導航。磁性標記導航是在地面上放置磁性標記，具有隱蔽性好、抗干擾能力強、耐磨、耐酸堿等優(yōu)點。缺點是容易受到鐵磁性物質的影響，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。色帶導航是將色帶或油漆粘貼在地面上，通過車載光學傳感器采集的圖像信號識別來實現導航。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，其較低的定位精度有時也會限制其應用。
2?基于激光雷達的AGV導航
激光導航是目前比較流行的一種AGV導引方式，這種導引方式的原理是在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，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當前的位置和方向，并通過連續(xù)的三角幾何運算來實現AGV的導航，最后達到控制運行路線，完成一系列自動化操作。激光導航技術的優(yōu)點是定位與導向精度較高，并且可以任意規(guī)劃路徑，結構方便且適應性強。缺點是制造成本高，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，基于激光雷達的AGV導航主要分為兩條技術路線，一個是帶反射器，另一個是不帶反射器（即激光SLAM）。在基于帶反射器的激光的AGV導航中，激光雷達可以獲得更精確的信息，實現更精確的AGV定位和導航。基于無反射器激光的AGV導航精度相對較弱，但也可以通過算法提高激光雷達定位和導航的精度。用于AGV導航的激光雷達分為2D導航激光雷達（LiDAR）和3D導航激光雷達。2D LiDAR只能實時導航，因缺乏高度信息故無法成像。3D LiDAR可以進行三維動態(tài)實時成像，并可以恢復物體的形狀和大小，恢復空間中的三維信息。
LightWare 激光雷達LW20傳感器
LightWare激光雷達LW20傳感器體積小巧，易于集成，測距范圍覆蓋100米，堅固的IP67防護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、風和噪音的變化。該傳感器具有對最近和最遠探測表面的測量、可調節(jié)的測量更新率、內部狀態(tài)監(jiān)測、可選擇的濾波器以調整對移動目標的動態(tài)響應，以及用于掃描應用的伺服驅動器等功能。
圖2：激光雷達傳感器LW20
（圖源：LightWare）
3? 基于視覺傳感器的AGV導航
視覺導航是通過AGV車載視覺傳感器獲取操作區(qū)域周圍的圖像信息來實現導航的一種方法。在硬件上，需要一個俯視攝像頭（比如ToF相機）、補光燈和引擎蓋來支持這種導航方法的實現。在該方法中，攝像頭在AGV運動過程中捕捉到地面紋理，自動構建地圖，然后將操作過程中獲得的地面紋理信息進行配準，并與自建地圖中的紋理圖像進行比較，以估計AGV的當前姿態(tài)，實現AGV的定位。基于視覺傳感器的AGV導航的優(yōu)點是硬件成本低，定位準確。缺點是對使用環(huán)境（地面、光線等）要求很高，運行場地需要有紋理信息。當作業(yè)場地面積較大時，導航測繪的時間比基于激光的AGV導航要長。因此，基于視覺的AGV導航技術還在不斷的完善中。
ADI ToF模塊使機器人
ADI ToF模塊使機器人能夠拾取和放置桌子上的物體，在障礙物中導航，并將物體放置在另一個位置。ADSD3100是其中的一款基于CMOS 3D飛行時間（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。包括模數轉換器（ADC）、像素偏置電路和傳感器控制邏輯，均被內置在芯片中，集成度和性價比較高。ADSD3100還能通過移動工業(yè)處理器接口（MIPI）、相機串行接口2（CSI-2）接口與主機系統(tǒng)電連接。當然，成像還需要一個透鏡加上光學帶通濾波器，紅外光源加上相關的驅動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
Basler公司的Blaze ToF 3D相機可在一次拍攝中提供2D和3D圖像，為包括物流、工廠自動化和生物識別在內的各種應用提供有吸引力的解決方案。Blaze ToF 3D相機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，測量的精度達到毫米級。由于其緊湊的設計以及具有千兆以太網接口，因此很容易集成到一個系統(tǒng)中。
圖4：Blaze ToF 3D相機
（圖源：Mouser）
4? 基于二維碼的AGV導航
基于二維碼的導航其原理是通過相機掃描放置在地面上的二維碼，分析碼信息后獲得當前的位置信息。二維碼導航通常與慣性導航相結合，以實現精確定位。慣性導航是利用移動機器人傳感器（光電編碼器、陀螺儀）獲取機器人的位置和姿態(tài)，通常用作輔助定位。基于二維碼的AGV導航的優(yōu)點是定位準確，小巧靈活，易于鋪設和更改路徑，便于管理和控制信息通信，不受聲光干擾。缺點是路徑需要定期維護，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格要求，對場地的平整度也有一定的要求，價格水平相對較高。
ADI公司的S16470板設計用于包括工業(yè)機器人、智能農業(yè)和自動駕駛汽車等各種應用，是一款6自由度IMU，配有3軸陀螺儀和3軸加速度計，可直接插入RoboRIO上的SPI端口，方便易用。
AGV機器人有哪些應用？
AGV機器人負責執(zhí)行物流操作，如在設施的不同存儲區(qū)之間分配庫存、在收發(fā)貨區(qū)裝卸貨物以及其他任務。由于AGV機器人可以運輸重物，它們也被用于生產中心，將不同尺寸的零件運送到裝配線上。以下是它們常見的幾大應用場景。
卡車裝卸：AGV機器人可以執(zhí)行叉車或其他類型的傳統(tǒng)裝卸設備的功能。例如，這些機器人可以自動將貨物卸下或裝載到卡車上。
產品存儲和檢索：AGV機器人可以將物品放置在相應的存儲位置，并將貨物運送到訂單履行區(qū)。這些庫存移動有助于為產品和操作員靈活、安全和自動地補充貨架和分揀站。
與生產中心的連接：AGV機器人可以配置為運輸大型、重型和笨重的貨物。這使得AGV移動機器人成為生產中心附近倉庫的首選。自動導向車輛將貨物運輸到裝配線，尤其是在汽車和航空業(yè)等行業(yè)。
配件配送：AGV機器人不僅僅是搬運重物；他們還將庫存分配到設有裝備站的設施中。按照預定的路線，這些自動駕駛汽車簡化了向不同套件裝配站的貨物補給，以所需的確切數量運送庫存。
AGV機器人是20世紀中期出現的自動導引搬運設備，用于加快倉庫和生產中心的貨物運輸。這些自動導引車輛移動時，無需操作員駕駛，AGV機器人可以被設計成執(zhí)行廣泛的功能，包括遠程處理、包裝和分揀、掃描、測量和監(jiān)控、信號和檢測、機器視覺和運輸等。除了能夠執(zhí)行多項任務外，AGV還配備了優(yōu)秀的安全技術，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機器人得到了發(fā)展，它們被稱為自動駕駛智能車輛(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。
現在，AGV在世界各地的使用率越來越高，是用于倉儲自動化的有效工具之一。基本上，我們可以在任何商業(yè)或工業(yè)場所都能看到移動機器人的身影，從制造業(yè)到食品飲料、半導體制造和汽車行業(yè)，移動機器人的應用將大放異彩。
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