【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劃，使其能夠與人類合作執行材料處理任務。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。
兩者區別
要想理解AGV和AMR之間的主要區別，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劃路線。具體來講，AGV在靜態環境中工作時，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才能繼續工作。當環境設施發生變化時，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環境中工作，它創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”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工作環境下的理想選擇，比如機場、醫院等。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）能夠優化物流和制造業中的倉儲設施空間，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。
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%。按行業劃分，半導體和電子行業是對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、安全系統、動力系統、運動系統和車輛控制器。
導航系統：作為AGV機器人的一部分，導航系統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：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：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：AGV機器人的運動系統集成了多個組件，使車輛能夠移動和執行任務。從電機和輪子到桅桿和用來提升負載的液壓系統的所有組件都屬于運動系統。
車輛控制器：車輛控制器是AGV的大腦，它收集并協調從其他系統接收到的所有信息，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缺點呢？
1?基于電磁場的AGV導航
電磁導航是一種傳統的導航方法，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，無法通過控制系統實現智能規避或實時改變任務。
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。激光導航技術的優點是定位與導向精度較高，并且可以任意規劃路徑，結構方便且適應性強。缺點是制造成本高，對環境的要求相對較高，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、可調節的測量更新率、內部狀態監測、可選擇的濾波器以調整對移動目標的動態響應，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，實現AGV的定位?；谝曈X傳感器的AGV導航的優點是硬件成本低，定位準確。缺點是對使用環境（地面、光線等）要求很高，運行場地需要有紋理信息。當作業場地面積較大時，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還能通過移動工業處理器接口（MIPI）、相機串行接口2（CSI-2）接口與主機系統電連接。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，通常用作輔助定位?；诙S碼的AGV導航的優點是定位準確，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機器人、智能農業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機器人負責執行物流操作，如在設施的不同存儲區之間分配庫存、在收發貨區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機器人可以執行叉車或其他類型的傳統裝卸設備的功能。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。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等行業。
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行廣泛的功能，包括遠程處理、包裝和分揀、掃描、測量和監控、信號和檢測、機器視覺和運輸等。除了能夠執行多項任務外，AGV還配備了優秀的安全技術，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或工業場所都能看到移動機器人的身影，從制造業到食品飲料、半導體制造和汽車行業，移動機器人的應用將大放異彩。
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