2012-11-06
在《2012年工研院简报二季度刊》的技术论坛中,介绍了一种全方位型AGV的特点及应用前景,本文作为其续篇,介绍该类型AGV的导引及定位方式。
根据原美国物流协会定义,AGV(Automated Guided Vehicle)是指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输车辆。由此可见,自动导引是AGV的重要指标之一。目前常见的AGV导引方式有直接坐标导引、电磁导引、磁条导引、光学导引、激光导引、惯性导引、图像识别导引、GPS导引这8种,这些导引技术的实现方法及优劣对比,有较多的文献资料介绍,本文不再赘述,而是结合全方位AGV的行走特点重点介绍适合该类型AGV的导引方式。
采用45°Mecanum轮的全方位AGV,具有极大的灵活性。我们习惯以“两个任意”作为此种高灵活性的概括,即:任意方向行走和任意圆心旋转。另外,为了有更广的应用范围及更高的移载精度,经过实际调研,对该型全方位AGV提出了10mm定位精度的技术指标。这种高灵活性的运动特点及高精度的定位要求,对该型AGV的导引及定位都提出极大的挑战。上节中提到的多种导引方式还能否满足我们的需求呢?让我们来逐一解析。
1、直接坐标导引将AGV的行驶区域分成若干坐标小区域,通过对小区域的计数实现导引,导引精度和定位精度均较低,且无法满足复杂路径的要求,不适合于全方位AGV。
2、电磁导引属于早期的导引技术,实际应用中需要在地面下铺设载波电缆,施工量大,灵活性低,不适合于全方位AGV。
3、磁条导引类似于电磁导引,是在地面上贴磁条替代地面下铺电缆,通过磁感应信号导引,目前此种导引方式在普通型AGV上有非常广泛的应用,但磁条是一种厚度约为1mm的橡胶材质物品,全方位AGV在横向移动及原地旋转时,轮系对磁条的猛烈碾搓极易损坏磁条,所以该导引方式也不适合全方位AGV。
4、光学导引是在AGV的行驶路线上涂漆或粘帖色带,通过相机拍摄色带图像进行二值化处理而实现导引,该种导引精度取决于相机的像素及拍摄视场大小,通常情况下其定位精度可达1mm级别,并且可以通过色带在视场中的倾斜度计算出AGV的姿态角,所以该导引方式适用于全方位AGV。
5、激光导引是在AGV行走路线周围安装反射板,AGV上发射旋转激光束并采集反射的激光束,通过计算AGV与反射板的距离及角度来固定一系列的三角形,从而计算出AGV的位置。该种方式的定位精度取决于AGV与反光板的距离,一般情况下可以满足10mm级别的定位精度要求,是一种非常理想的导引及定位方式。但该种方式要求AGV上的激光发射器有较高的安装位置(2m以上),这样在实际使用时才不容易被遮挡,而本文提及的这种全方位AGV是一种背驮式结构,整车高度不超过0.5m,且整车的全部上层空间均为移载料台,所以该导引方式无法被应用。
6、惯性导引是在AGV上安装惯导仪(包括加速度计和陀螺仪),并在行驶区域的地面上安装若干定位块。系统根据测得的加速度信号计算出AGV在各个方向上的位移来推算其当前位置,这种推算的累积误差很大,需要利用地面的定位块信号来不断的进行修正。所以,惯性导引实质是一种两级导引方式的结合应用,其实施起来的难度虽很大,但此种导引方式的思路非常值得借鉴。
7、图像识别导引是对AGV行驶区域的环境进行图像识别,实现智能行驶,这是一种诱人的导引技术,但其实际应用仍停留在实验室研究阶段,尚不能在环境多变的工厂环境中得以应用。
8、GPS是室外环境下的全球定位系统,定位精度在10米级,并且在室内无法适用。而在此,我们将该种导引方式延伸为对无线定位的解读。无线定位是当前研究的热门课题,常见的有2.4GHZ工作频率的WIFI和ZIGBEE定位方式,但定位精度低,约5米级,还有一种频段更高的超宽带UWB(Ultra Wide Band)定位,精度约在50cm级,目前成本很高,在国内鲜有应用。但随着科技的进步,精度更高、成本更低的室内无线定位技术定将被发展起来。
总结以上可知,传统的8大导引方式中,仅有光学导引可使用、惯性导引可借鉴、无线导引可研究。那么我们该如何应对呢?我们可以借鉴惯性导引中两级导引结合的方式,在广域的行走区域采用其他精度稍低的导引方式,这样既维持了其高灵活性的特点,又保证了定位的高精度要求,二者取长补短、相辅相成。