激光导引车导引技术现状及路径规划研究:二手激光切割机转让

　　摘 要：导引技术是自动导引车(AGV)的关键技术之一。激光导引是目前采用的主流技术;视觉导引是研究的热点,它的惯性导引、超声波导引和磁钉—陀螺导引正被关注。单一导引技术不能解决成本、可靠性、灵活性和定位精度等性能指标之间的矛盾,低成本高可靠性的传感器、组合导引及信息融合技术需要进一步研究。
　　关键词：自动导引车；导引技术；组合导引
　　1.激光导引现状分析
　　激光导引是在AGV行驶路径的周围布置安装位置精确的反射板,通过AGV上的激光扫描器发射激光束,并同时采集从不同角度的反射板反射回来的信号,来确定当前的位置和方向,并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导引,属于半固定路线方式。激光扫描器一般安装在AGV的较高位置,且高度与反射板相匹配,它利用脉冲激光器发出激光并通过一个内部反射镜以一定的转速旋转,不断地扫描周围环境,当扫描到行驶路径周围预先设定好的反射板时,其反射光线就会被AGV自身的激光传感器“看到”。AGV行驶过程中,只要扫描到3个或3个以上的反射板,即可根据它们的坐标值和每个反射板相对于车体的距离与角度,由定位计算机算出AGV当前在全局坐标系中的坐标(X, Y)和当前行驶方向与该坐标系X轴的夹角,实现准确定位和定向,从而引导AGV按照预先设定的路线运行。
　　近年来,激光导引传感器已产业化,瑞典NDC电子有限公司的激光导引装置采用了GaAs脉冲激光器,旋转扫描速率为10 r/s,定位标志的可见距离通常是大于30m。美国丹纳赫传动公司的LS5导航器的旋转速率为20 r/s即每隔50ms测量和计算一次AGV的绝对位置坐标,定位精度在2 cm以内。德国SICK公司也推出了激光导航定位系统NAV200。
　　激光导引最大的优点是AGV定位精确、地面无需其他定位设施、能够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,是目前国内外许多AGV生产厂家关注采用的导引方式;缺点是价格较贵,我国还没有此项完整的民用技术。
　　2．LGV路径规化基本策略
　　(1)距离最短策略。众所周知，两点间直线距离最短，行走耗时少，效率最高。但在LGV路径的实际规划中，由于受场地环境制约，起点与终点间不可能总是直线路径。根据物流场地条件，运行路径有时不得不设计为部分绕行。但需要把握尺度，在安全的前提下，尽可能实现路径最短，只有在线路矛盾特别突出的时候才考虑适当降低要求。此策略为首要策略，也是规划的基础。
　　(2)阻塞放行策略。LGV系统多为复杂路径系统，允许路径自由交叉是复杂路径系统的一大优势。这里所说的阻塞放行策略，其核心思想是合理使用交叉路径，避免多方向线路在较小的空间范围内同时交叉造成交通阻塞。这种阻塞如同城市道路中的十字路口一般，在车流量增大的时候，往往造成大面积拥堵，极大地降低道路通行效率，严重时导致路径系统瘫痪。由于LGV系统自身所拥有的路径阻塞放行策略仅为一种程序化模式，不会随实际情况的改变而改变。所以，在设计LGV布局程序((LayOut)时，设计人员必须考虑调整放行策略，限制部分线路上的优先通行系数，实现有任务先行，无任务后行;任务优先级高者先行，任务优先级低者后行。
　　(3)最大复合循环策略。LGV搬运物料，最理想的情况是没有车辆空驶现象发生，即只要车辆在运动当中，就处于搬运状态。车辆把物料从起点A搬运到终点B，空车返回起点A再搬运物料至B点附近的终点C，此种循环为单一循环。如果能在第1次搬运结束时将B点附近的物料搬运至A点附近后再实现从A到C的第2次搬运，这种循环为复合循环。最大复合循环策略的核心思想就是要尽可能降低LGV的空驶率，使LGV小车在1次搬运结束后能有便捷路线到达就近位置，完成新的搬运作业，实现搬运效率最大化。所以，在对路径规划时，应考虑作业点间的相互联系，彼此有互通的“桥梁”。
　　(4)功能区域划分策略。对导航区域内的行驶路径进行有目的功能划分，将大作业区分解为若干相对独立的作业单元。不同业务类型的车辆尽可能只在属于自己的业务区域和公共区域内行驶，相互之间不产生干扰，也不占用有限的路径资源，从而提高线路通行效率。
　　3.LGV路径规化的原则
　　(1)规划复杂的LGV路径系统应尽量根据LGV的工作内容，划分出主业务类型和辅助业务类型，辅助业务尽量不影响LGV的主要业务。
　　(2)距离最短策略为路径规划的基本策略，但应避免过度追求该策略的运用影响了路径系统的通畅及降低系统效率。在线路矛盾特别突出的时候可以考虑适当降低对距离最短要求。
　　(3)阻塞放行策略的核心思想是合理使用交叉路径，限制部分线路上的优先通行系数，实现有任务先行，无任务后行;任务优先级高者先行，任务优先级低者后行。
　　(4)在对路径规划时，应考虑作业点间的相互联系，彼此有互通的“桥梁”，以实现最大复合循环策略的核心思想蜒“尽可能降低LGV的空驶率，实现搬运效率最大化”。
　　(5)功能区域划分策略的应用能使不同业务类型的车辆尽可能只在属于自己的业务区域和公共区域内行驶，相互之间不产生干扰，从而提高线路通行效率。另外还应根据容器堆码容量、消耗情况合理调整堆码物料数量、方式，尽量保证功能区域之间任务的平衡。
　　(6) LGV系统的路径优化不是对各优化策略进行机械使用和简单叠加，其关键在于确保路径通畅和系统效率最大化，并注意各策略的综合运用以保持系统的可靠性及稳定性。在初步规划结束后，必须对路径系统效率进行测试，根据出现的问题，以优先确保路径通畅为指导思想进行优化调整，最终兼顾全局，获取全系统的高效与稳定。
　　4.发展趋势
　　（1）低成本、小型化和高可靠性的导引技术
　　开发高性价比的导引传感器将是一个重要的研究方向,以期从元器件级别来提高导引可靠性。如对于视觉导引,应开发能够适应大动态光线范围的CCD,以满足户外道路环境的要求,为保证视觉导引的实时性和鲁棒性,可以采用高性能的硬件设备,但研究高效的识别算法也是至关重要的。对于惯性导引,近年来随着微机电系统(MEMS)技术的快速发展,深入研究低成本的硅微陀螺、硅微加速度计和微型惯性测量组合等,使其性能和可靠性不断的提高,以满足车载惯性导引领域的巨大需求。
　　(2)组合导引
　　不同的导引方式所提供的信息在表现形式、采样频率以及时空特性上都有所不同,从不同方面反映AGV的导引状态[11],例如:GPS能够提供AGV的二维空间位置和速度等信息,视觉导引能够测量车辆相对道路中心的位置,为使这些具有互补性或冗余性的导引方式得以最大限度地综合利用,避免单一导引方式的工作盲区,需要深入研究各种导引技术的工作机理,进而建立适当的多传感器组合导引模型,使导引系统具有系统级的故障自诊断、隔离和容错能力,适应复杂环境下的可靠性导引要求。
　　(3)信息融合方法研究
　　目前,在导引领域研究和应用的信息融合方法主要有Kalman滤波、贝叶斯估计法与D-S证据推理等,其中以Kalman滤波最广。Kalman滤波具有良好的实时性,但它是建立在严格的数学模型的基础上,当导引模型存在较大建模误差或者系统特性发生变化时往往会导致滤波发散。为提高滤波算法的鲁棒性和自适应能力,可针对AGV的导引要求与特点,研究适当的自适应Kalman滤波算法、鲁棒滤波算法(如,H∞滤波)或智能滤波(如模糊推理、神经网络以及专家系统)方法等。
　　参考文献
　　[1]　史恩秀,黄玉美,郭俊杰.自主导航小车(AGV)轨迹跟踪的模糊预测控制[J].机械科学技术, 2008, 27(5): 592-596.
　　[2]　杨松华.物流搬运AGV的轨迹跟踪与控制[J].组合机床与自动化加工技术, 2008, (6):72-74.