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Research on logistics transportation system automation based on AGV泊車(chē)機(jī)器人s
Abstract
With the improvement of the degree of production logistics automation and the development of flexible manufacturing systems and three-dimensional warehouse automation, AGV泊車(chē)機(jī)器人s (Automated Guided Vehicle system) have been widely put into use as one of the key subsystems of logistics system and flexible manufacturing systems. Path planning problem is one of the basic problems among the application of AGV泊車(chē)機(jī)器人s and is of great theoretical and practical importance to the research of path planning problem.
This paper first introduces the structure and system composition of AGV泊車(chē)機(jī)器人, comprehends the operating mode and analyzes the working process of the AGV泊車(chē)機(jī)器人s. Secondly, based on the construction of electronic map, the paper studies the path planning optimization technology of single AGV泊車(chē)機(jī)器人 and improves the Dijkstra algorithm, so as to realize single AGV泊車(chē)機(jī)器人 path planning. Then aimed at the collision less path planning problem of more than one AGV泊車(chē)機(jī)器人, the paper adopts path planning algorithm combined with time window theory, puts forward the concept of buffer time window and reduces the influence of various factors upon the algorithm in order to keep the stability and continuity of the algorithm during the operation process, as thus realize the collision less path planning of more than one AGV泊車(chē)機(jī)器人. Finally, the C programming language code was written and the Dijkstra algorithm operational procedure of single AGV泊車(chē)機(jī)器人 path planning in lab was realized.
Keywords: AGV泊車(chē)機(jī)器人；path planning；Dijkstra algorithm；Time window method；Buffer time window
目錄
摘要 I
Abstract II
1.緒論 1
1.1 引言 1
1.2 AGV泊車(chē)機(jī)器人的歷史與技術(shù) 2
1.2.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人的發(fā)展歷史 2
1.2.2 現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人的技術(shù)特點(diǎn) 4
1.3 AGV泊車(chē)機(jī)器人s在國(guó)內(nèi)應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì) 5
1.4 AGV泊車(chē)機(jī)器人s路徑規(guī)劃歷史和現(xiàn)狀 6
1.5 論文的研究?jī)?nèi)容和意義 7
1.5.1 研究?jī)?nèi)容 7
1.5.2 研究的目的及意義 8
2.AGV泊車(chē)機(jī)器人與AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng) 9
2.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人的種類(lèi)與結(jié)構(gòu) 9
2.1.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人的種類(lèi) 9
2.1.2 AGV泊車(chē)機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 10
2.2 AGV泊車(chē)機(jī)器人s的總體結(jié)構(gòu) 13
2.2.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人s的組成 13
2.2.2 地面控制系統(tǒng) 13
2.2.3 通訊系統(tǒng) 14
2.2.4 車(chē)載控制系統(tǒng) 14
2.2.5 車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng) 15
2.2.6 移載系統(tǒng) 15
2.2.7 充電系統(tǒng) 15
2.3 AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)的工作模式 16
2.3.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人s的工作特點(diǎn) 16
2.3.2 AGV泊車(chē)機(jī)器人s的運(yùn)行模式 16
2.3.3 AGV泊車(chē)機(jī)器人s的工作流程 17
3.單AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)的路徑規(guī)劃 19
3.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人s的路徑規(guī)劃概述 19
3.1.1 全局路徑規(guī)劃 19
3.1.2 局部路徑規(guī)劃 20
3.2 電子地圖建模方法 20
3.2.1 可視圖法 20
3.2.2 柵格地圖法 21
3.2.3 拓?fù)涞貓D法 22
3.3 基于圖論的路徑規(guī)劃 22
3.3.1 圖的定義 23
3.3.2 基于圖論法的路徑規(guī)劃算法 23
3.3.3 物流綜合實(shí)驗(yàn)室建模 24
3.3.4 基于Dijkstra算法的路徑規(guī)劃 26
3.3.5 路徑分析和算法改進(jìn) 28
4. 多AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)路徑規(guī)劃 29
4.1 多AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)的路徑規(guī)劃問(wèn)題 29
4.1.1 問(wèn)題的由來(lái) 29
4.1.2 沖突的類(lèi)型 29
4.1.3 AGV泊車(chē)機(jī)器人沖突解決方法 30
4.2 校圖書(shū)館某科室環(huán)境建模 31
4.2.1 校圖書(shū)館某科室 31
4.2.2 AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)模型設(shè)定 32
4.3 基于時(shí)間窗方法的多AGV泊車(chē)機(jī)器人s路徑規(guī)劃 33
4.3.1 時(shí)間窗方法 33
4.3.2 算法步驟 34
4.3.3 算法實(shí)踐與路徑方案 36
4.3.4 算法不足與改進(jìn) 38
5. 單AGV泊車(chē)機(jī)器人路徑規(guī)劃C語(yǔ)言模擬 39
總結(jié)與展望 41
致謝 42
主要參考文獻(xiàn) 43
附錄：?jiǎn)蜛GV泊車(chē)機(jī)器人路徑規(guī)劃Dijkstra算法代碼 45
第III頁(yè)
1.緒論
1.1 引言
隨著工廠生產(chǎn)和物流自動(dòng)化的顯著提高，傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)和物料運(yùn)輸方式發(fā)生了天翻地覆的變化，從20世紀(jì)末，現(xiàn)代制造業(yè)就已經(jīng)邁入自動(dòng)化、智能化和個(gè)性化的嶄新時(shí)代。柔性制造系統(tǒng)（FMS，F(xiàn)lexible Manufacture System）和立體化智能倉(cāng)庫(kù)（SW：Stereoscopic Warehouse）等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)中得到越來(lái)越多的廣泛應(yīng)用[1]。我們都知道，生產(chǎn)物流系統(tǒng)技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)中的重要組成部分，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，它已從原來(lái)簡(jiǎn)單的物料搬運(yùn)發(fā)展到現(xiàn)代物流自動(dòng)化系統(tǒng)，物流管理系統(tǒng)也從原來(lái)的簡(jiǎn)單方式迅速向自動(dòng)化管理演變，使得物流系統(tǒng)自動(dòng)化水平得到顯著提高。
根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)顯示：在整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程中，僅僅有20％的成本時(shí)間是用于加工和制造，剩余的大部分的80％都用于儲(chǔ)存、裝卸、等待加工和輸送[2]。我國(guó)的大多數(shù)制造企業(yè)屬于勞動(dòng)密集型，也就是主要依靠勞動(dòng)力來(lái)生產(chǎn)制造，然而現(xiàn)在中國(guó)勞動(dòng)力成本在持續(xù)增長(zhǎng)，中國(guó)廉價(jià)勞動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)已不復(fù)存在。因此現(xiàn)在多數(shù)企業(yè)對(duì)于自動(dòng)化的要求也是越來(lái)越高。在這種情況下，AGV泊車(chē)機(jī)器人s（Automated Guided Vehicle system）作為貨物搬運(yùn)輸送系統(tǒng)，能夠滿(mǎn)足柔性制造系統(tǒng)和立體倉(cāng)庫(kù)的要求，是整個(gè)物流自動(dòng)化和生產(chǎn)自動(dòng)化最關(guān)鍵的部件之一。
AGV泊車(chē)機(jī)器人（Automated Guided Vehicle）一般被稱(chēng)為自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)[3]，是為了更好地解決物流活動(dòng)中的智能化、自動(dòng)化和合理化等問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)的時(shí)間和空間效益。AGV泊車(chē)機(jī)器人作為一種智能化移動(dòng)機(jī)器人，擁有著包含環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。AGV泊車(chē)機(jī)器人集中了傳感器技術(shù)、機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機(jī)電一體化的最高成就，是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。而且AGV泊車(chē)機(jī)器人s以其快速、準(zhǔn)確的運(yùn)輸、便于計(jì)算機(jī)管理與調(diào)度、能夠自主導(dǎo)航、自動(dòng)規(guī)劃路徑和執(zhí)行任務(wù)和更有利于勞動(dòng)安全保障的實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。因此AGV泊車(chē)機(jī)器人s是整個(gè)物流自動(dòng)化和生產(chǎn)自動(dòng)化最關(guān)鍵的部件之一[3]。
隨著現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人性能不斷地提高，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，不僅將在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，而且將在排險(xiǎn)、搜捕、救援、強(qiáng)輻射等危險(xiǎn)環(huán)境下得到很好的應(yīng)用，幾乎適合于倉(cāng)儲(chǔ)、制造、郵政、圖書(shū)館、港口、機(jī)場(chǎng)、煙草、醫(yī)藥、食品、化工等各種場(chǎng)合。因此，AGV泊車(chē)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)得到世界各國(guó)的普遍認(rèn)可。
1.2 AGV泊車(chē)機(jī)器人的歷史與技術(shù)
1.2.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人的發(fā)展歷史
根據(jù)美國(guó)物流協(xié)會(huì)的定義，AGV泊車(chē)機(jī)器人是指裝備有電磁或光學(xué)自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛的運(yùn)輸小車(chē)，同時(shí)還具有小車(chē)編程與停車(chē)選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載功能[3]。AGV泊車(chē)機(jī)器人是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，與其他物料配送運(yùn)輸設(shè)備相比，AGV泊車(chē)機(jī)器人具有其獨(dú)特的先進(jìn)性和優(yōu)越性，由計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行自主導(dǎo)航，可以自動(dòng)規(guī)劃路徑和完成任務(wù)等無(wú)人化、自動(dòng)化先進(jìn)技術(shù)；也可完成不適合工作人員進(jìn)入的某些工作場(chǎng)合去完成工作；對(duì)那些勞動(dòng)強(qiáng)度大或者要求工作精度高的工作環(huán)境，AGV泊車(chē)機(jī)器人s可以較為完美的完成這些任務(wù)。
1913年，美國(guó)福特汽車(chē)公司首次將有軌導(dǎo)引的AGV泊車(chē)機(jī)器人用于汽車(chē)制造生產(chǎn)中的底盤(pán)裝配生產(chǎn)線(xiàn)上。這是AGV泊車(chē)機(jī)器人第一次出現(xiàn)在制造業(yè)的舞臺(tái)上。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，到1953年，世界上真正意義上的第一臺(tái)AGV泊車(chē)機(jī)器人是由美國(guó)Barrett電子公司開(kāi)發(fā)成功的，它是一種牽引式小車(chē)系統(tǒng)，可十分方便地與其他物流系統(tǒng)自動(dòng)連接，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，極大地提高了裝卸搬運(yùn)的自動(dòng)化程度。1954年英國(guó)最早研制了電磁感應(yīng)導(dǎo)向的AGV泊車(chē)機(jī)器人，基本的導(dǎo)引技術(shù)是靠感應(yīng)埋在地下的導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的電磁頻率。通過(guò)一個(gè)叫做“地面控制器”的設(shè)備打開(kāi)或關(guān)閉導(dǎo)線(xiàn)中的頻率，從而指引AGV泊車(chē)機(jī)器人沿著預(yù)定的路徑行駛。由于它的顯著特點(diǎn)，迅速得到了應(yīng)用和推廣。
從20世紀(jì)50年代末到60年代初期，計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用到自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上，出現(xiàn)了最初的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。這一時(shí)期就有多種類(lèi)型的AGV泊車(chē)機(jī)器人用于工廠和倉(cāng)庫(kù)，1960年歐洲就安裝了各種形式、不同水平的AGV泊車(chē)機(jī)器人s220套，使用AGV泊車(chē)機(jī)器人1300多臺(tái)。20世紀(jì)70年代，由于歐洲的公司對(duì)托盤(pán)的尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)了AGV泊車(chē)機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。70年代中期，由于微處理器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的相結(jié)合發(fā)展，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的成功促進(jìn)了復(fù)雜控制系統(tǒng)的改進(jìn)，并設(shè)計(jì)出更為靈活的AGV泊車(chē)機(jī)器人。1973年，瑞典的VOLVO汽車(chē)公司和Schindler-Dighton公司就聯(lián)合研發(fā)了多種AGV泊車(chē)機(jī)器人，并在KALMAR轎車(chē)廠的裝配線(xiàn)上大量采用了AGV泊車(chē)機(jī)器人進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制裝配作業(yè)，擴(kuò)大了AGV泊車(chē)機(jī)器人的使用范圍。70年代末，歐洲約裝備了520個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)，共有4800臺(tái)小車(chē)。其應(yīng)用領(lǐng)域分布為：汽車(chē)工業(yè)（57%），柔性制造系統(tǒng)FMS(8%)和柔性裝配系統(tǒng)FAS(44%)。當(dāng)時(shí)，歐洲的AGV泊車(chē)機(jī)器人的發(fā)展很快，已經(jīng)成為AGV泊車(chē)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)與運(yùn)用的中心，為各大企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
20世紀(jì)80年代初，歐洲的技術(shù)就開(kāi)始向美國(guó)轉(zhuǎn)移，此時(shí)美國(guó)的AGV泊車(chē)機(jī)器人生產(chǎn)廠商從1983年的23家劇增至1985年的74家。美國(guó)各公司在歐洲技術(shù)的基礎(chǔ)上，將AGV泊車(chē)機(jī)器人發(fā)展到更加先進(jìn)的水平。這一時(shí)期，無(wú)線(xiàn)導(dǎo)引技術(shù)也開(kāi)始引入到AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)中，而且系統(tǒng)也可以在線(xiàn)自動(dòng)充電，24小時(shí)不間斷運(yùn)行，充分表現(xiàn)出AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)較好的靈活性、準(zhǔn)確性和可靠性。1984年，美國(guó)通用汽車(chē)公司完成了它的第一個(gè)柔性裝配系統(tǒng)(FAS),從此該公司就成為當(dāng)時(shí)AGV泊車(chē)機(jī)器人的最大用戶(hù)。1986年已達(dá)1407臺(tái)，1987年又新增加1662臺(tái)。到目前為止,全世界已擁有AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)15000多組，約100000輛AGV泊車(chē)機(jī)器人。AGV泊車(chē)機(jī)器人的發(fā)展主要依賴(lài)于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步。AGV泊車(chē)機(jī)器人是替代高吊的人力勞動(dòng)的高科技產(chǎn)物。
AGV泊車(chē)機(jī)器人技術(shù)被引入亞洲是日本于1963年，其第一家AGV泊車(chē)機(jī)器人工廠于1966年由一家運(yùn)輸設(shè)備供應(yīng)廠商與美國(guó)的Webb公司合資建成。1976年后，日本對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人的發(fā)展給予了高度重視，每年增加數(shù)十套AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)，有神鋼電機(jī)、平田電機(jī)、住友重機(jī)等27個(gè)主要生產(chǎn)廠商生產(chǎn)幾十種不同類(lèi)型的AGV泊車(chē)機(jī)器人。1981年，日本的AGV泊車(chē)機(jī)器人總產(chǎn)值為60億日元，1985年已上升到200億日元，平均每年以20%的速度遞增，1986年，日本累計(jì)安裝了2312個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人s，擁有5032臺(tái)AGV泊車(chē)機(jī)器人，到1990年日本擁有AGV泊車(chē)機(jī)器人約一萬(wàn)臺(tái)。到1988年，日本AGV泊車(chē)機(jī)器人制造廠已達(dá)47家，如大福、Fanuc公司、Murata(村田)公司等，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、機(jī)械、電子、鋼鐵、化工、醫(yī)藥、印刷、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸業(yè)和商業(yè)上。
我國(guó)AGV泊車(chē)機(jī)器人的研制和應(yīng)用起步比較晚，原因是人力資源成本低和工廠自動(dòng)化程度低兩個(gè)主要因素導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)的AGV泊車(chē)機(jī)器人研究和應(yīng)用起步以及其發(fā)展均較為緩慢。不過(guò)其發(fā)展歷程雖短，但一直以來(lái)不斷加大在這一領(lǐng)域的投入，以改變我國(guó)AGV泊車(chē)機(jī)器人長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面。1976年，北京起重機(jī)械研究所研制出第一臺(tái)AGV泊車(chē)機(jī)器人，建成第一套AGV泊車(chē)機(jī)器人滾珠加工演示系統(tǒng)，隨后又研制出單向運(yùn)行載重500公斤的AGV泊車(chē)機(jī)器人，雙向運(yùn)行載重500kg、1000kg、2000kg的AGV泊車(chē)機(jī)器人，開(kāi)發(fā)研制了幾套較簡(jiǎn)單的AGV泊車(chē)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)。1988年，原郵電部北京郵政科學(xué)技術(shù)研究所研制了郵政樞紐AGV泊車(chē)機(jī)器人。1989年，北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所為二汽研制了應(yīng)用在立體化倉(cāng)庫(kù)中的AGV泊車(chē)機(jī)器人。90年代，清華大學(xué)國(guó)家CIMS工程中心將從國(guó)外引進(jìn)的AGV泊車(chē)機(jī)器人成功的應(yīng)用于EIMS的實(shí)驗(yàn)研究。1991年起，中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所和新松機(jī)器人自動(dòng)化股份研究公司為沈陽(yáng)金杯汽車(chē)廠研制生產(chǎn)了客車(chē)6臺(tái)AGV泊車(chē)機(jī)器人用于汽車(chē)裝配線(xiàn)中，可以說(shuō)這是我國(guó)汽車(chē)工業(yè)中用得比較成功的例子，并于1996年獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)。1992年，天津理工學(xué)院研制了核電站用光學(xué)導(dǎo)引AGV泊車(chē)機(jī)器人。1995年，我國(guó)的AGV泊車(chē)機(jī)器人技術(shù)出口韓國(guó)，標(biāo)志著我國(guó)自主研發(fā)的機(jī)器人技術(shù)第一次走向了國(guó)際市場(chǎng)。1998年，昆明船舶設(shè)備集團(tuán)公司在紅河卷煙廠研制了多模式激光導(dǎo)引無(wú)人自動(dòng)車(chē)22輛。紅河項(xiàng)目于2002年獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。在國(guó)內(nèi)AGV泊車(chē)機(jī)器人的技術(shù)來(lái)源有兩種模式：一種是引進(jìn)技術(shù)；一種是自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。兩種模式目前都涵蓋AGV泊車(chē)機(jī)器人的所有技術(shù)，技術(shù)水平并無(wú)多大差別。引進(jìn)技術(shù)主要是瑞典N(xiāo)DC的AGV泊車(chē)機(jī)器人控制系統(tǒng)技術(shù)。
20世紀(jì)末到21世紀(jì)初，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等高科技的迅速發(fā)展，AGV泊車(chē)機(jī)器人的硬件設(shè)備和智能化程度都上了一個(gè)新的臺(tái)階。微控制器技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于AGV泊車(chē)機(jī)器人的各個(gè)功能模塊，因此AGV泊車(chē)機(jī)器人正在往智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。一些新的控制方法正在逐漸應(yīng)用到實(shí)際生活中，各種機(jī)器人控制領(lǐng)域的新方法和新策略正在開(kāi)始逐步應(yīng)用到AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)中。AGV泊車(chē)機(jī)器人發(fā)展到今天，已經(jīng)深入到社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、機(jī)械、電子、鋼鐵、化工、醫(yī)藥、印刷、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸業(yè)和商業(yè)上。
1.2.2 現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人的技術(shù)特點(diǎn)
AGV泊車(chē)機(jī)器人作為聯(lián)系和調(diào)節(jié)物流運(yùn)輸管理系統(tǒng)使其作業(yè)智能化的必要的搬運(yùn)裝卸手段，其應(yīng)用范圍和技術(shù)水平得到了迅猛的發(fā)展。在最近的十幾年里，各種新型AGV泊車(chē)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中。
現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人技術(shù)的最顯著特征是其智能化得到了明顯的提高。由于車(chē)載計(jì)算機(jī)的硬軟件功能日益強(qiáng)大，使AGV泊車(chē)機(jī)器人具有從網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)或紅外信號(hào)接受裝置接收調(diào)度中心或客戶(hù)的指令、自動(dòng)導(dǎo)引、自主行駛、優(yōu)化路線(xiàn)、自動(dòng)作業(yè)、運(yùn)行管理、車(chē)輛調(diào)度、安全避碰、自動(dòng)充電和自動(dòng)診斷等功能，實(shí)現(xiàn)了AGV泊車(chē)機(jī)器人的智能化、信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、敏捷化、節(jié)能化、綠色化?，F(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人是可以24小時(shí)不停工作的智能化車(chē)輛(只要給與其充足的能源)，就能主動(dòng)、自序、有節(jié)拍的按最短和最安全的路線(xiàn)去完成任務(wù)。智能化和動(dòng)力強(qiáng)勁等特點(diǎn)，將使AGV泊車(chē)機(jī)器人具有日益廣泛的用途。
現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人設(shè)計(jì)的顯著進(jìn)步是其動(dòng)力源裝置的設(shè)計(jì)。由于動(dòng)力源的功率大小直接影響AGV泊車(chē)機(jī)器人的運(yùn)行功能，而動(dòng)力源的體積大小將直接影響整車(chē)的體積及外觀造型[4]。傳統(tǒng)的AGV泊車(chē)機(jī)器人采用鉛酸電池，能量密度小，體積大。近年來(lái)，隨著電池能源技術(shù)的快速發(fā)展，電池由原來(lái)的高能酸性電池，改用現(xiàn)在的高能堿性電池，以提高電池的環(huán)保性能?，F(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人的快速充電技術(shù)使充電時(shí)間：放電時(shí)間由原來(lái)的1：1提高到1：12，大幅縮短了AGV泊車(chē)機(jī)器人的待機(jī)充電的時(shí)間。動(dòng)力電池性能的改進(jìn)與快速充電技術(shù)的使用，使得現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人的動(dòng)力性能普遍提高，運(yùn)載能力與行駛特性得到了進(jìn)一步的優(yōu)化。
由于智能機(jī)器人技術(shù)的引進(jìn)，AGV泊車(chē)機(jī)器人的機(jī)器人化就成為了現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人研究的熱點(diǎn)話(huà)題[5]。實(shí)際上，在智能機(jī)器人的整個(gè)發(fā)展歷史過(guò)程中，其許多相關(guān)技術(shù)都先后應(yīng)用于AGV泊車(chē)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展過(guò)程中。如智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)涉及到的機(jī)器人導(dǎo)航與定位、路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)控制等，均在AGV泊車(chē)機(jī)器人中得到了體現(xiàn)，使得現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人無(wú)論是專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)，還是綜合性能，均得到了普遍提高，并仍將繼續(xù)提高。由于AGV泊車(chē)機(jī)器人的智能化，現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人已不僅僅只是沿固定鋪設(shè)軌道行駛的物流運(yùn)輸工具，幾乎可以適合于各種物流環(huán)境中。
現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人的還有個(gè)顯著特點(diǎn)是無(wú)人駕駛。它可以保障系統(tǒng)在不需要人工導(dǎo)航的情況下自動(dòng)行駛和自動(dòng)搬運(yùn)，柔性好、自動(dòng)化和智能化水平高。AGV泊車(chē)機(jī)器人可以根據(jù)倉(cāng)庫(kù)貨位要求和生產(chǎn)工藝流程等做出改變，并且改變鋪設(shè)軌道的成本與傳統(tǒng)的輸送帶或傳送帶相比非常低廉。如果配有移載裝置，AGV泊車(chē)機(jī)器人還可以與其他物流設(shè)備自動(dòng)接口，實(shí)現(xiàn)制造生產(chǎn)和物流運(yùn)輸全過(guò)程自動(dòng)化。此外，現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人還具有清潔生產(chǎn)的特點(diǎn)，AGV泊車(chē)機(jī)器人依靠自帶的蓄電池提供動(dòng)力，運(yùn)行過(guò)程噪聲極低、無(wú)污染，可以應(yīng)用在許多要求工作環(huán)境清潔的場(chǎng)所。
由于現(xiàn)代AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)在應(yīng)用上的靈活性和準(zhǔn)確性得到很大地提高，許多先進(jìn)的導(dǎo)引方式的引入，使得AGV泊車(chē)機(jī)器人小車(chē)的導(dǎo)引方式更加多樣化從而形成了一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)，主要可以概括為兩種發(fā)展模式：第一種是全自動(dòng)AGV泊車(chē)機(jī)器人技術(shù)，這類(lèi)技術(shù)追求AGV泊車(chē)機(jī)器人的自動(dòng)化，幾乎完全不需要人工的干預(yù)，其路徑規(guī)劃和生產(chǎn)流程復(fù)雜多變，基本能夠運(yùn)用在所有的物流領(lǐng)域，在歐美國(guó)家應(yīng)用廣泛。這些AGV泊車(chē)機(jī)器人的功能完善、技術(shù)先進(jìn)，采用模塊化設(shè)計(jì)，已經(jīng)形成了一套生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，但是此類(lèi)AGV泊車(chē)機(jī)器人價(jià)格昂貴，降低了它的市場(chǎng)占有率；第二種是簡(jiǎn)易型AGV泊車(chē)機(jī)器人,該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)AGV泊車(chē)機(jī)器人s的最佳性?xún)r(jià)比，讓用戶(hù)可以在較短的時(shí)間內(nèi)收回成本，日本在這方面技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，因此這類(lèi)AGV泊車(chē)機(jī)器人在日本企業(yè)得到了廣泛使用。
圖1-1 簡(jiǎn)易型自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV泊車(chē)機(jī)器人） 圖1-2 電磁式自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV泊車(chē)機(jī)器人）
圖1-3 汽車(chē)制造現(xiàn)場(chǎng)的AGV泊車(chē)機(jī)器人 圖1-4 倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸系統(tǒng)的AGV泊車(chē)機(jī)器人
1.3 AGV泊車(chē)機(jī)器人s在國(guó)內(nèi)應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)
在中國(guó), 隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、并行分析與處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境等先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展, 為AGV泊車(chē)機(jī)器人s的研究與應(yīng)用提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著工廠物流自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)的逐步發(fā)展，以及柔性制造系統(tǒng)和自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行、物流系統(tǒng)的柔性要求越來(lái)越高。在這種良好的背景環(huán)境下，AGV泊車(chē)機(jī)器人s將會(huì)在國(guó)內(nèi)得到一個(gè)很好的發(fā)展機(jī)會(huì)。
近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)人力資源成本的不斷上漲，全國(guó)各地制造產(chǎn)業(yè)都出現(xiàn)了嚴(yán)重的用工荒現(xiàn)象，生產(chǎn)自動(dòng)化和物流運(yùn)輸自動(dòng)化的需求日益迫切。2013年6月18日，廣東省召開(kāi)了全國(guó)首屆“中國(guó)AGV泊車(chē)機(jī)器人應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”。2014年4月3日廣州市政府常務(wù)會(huì)議審議通過(guò)了《廣州市推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》，將大力推動(dòng)廣州市工業(yè)AGV泊車(chē)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，所以AGV泊車(chē)機(jī)器人行業(yè)將迎來(lái)一輪快速發(fā)展的黃金時(shí)期。
中國(guó)對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人s的研究主要集中在電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、電池能源技術(shù)、車(chē)輛制造技術(shù)、導(dǎo)引導(dǎo)航技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)和移載技術(shù)等方面，如表1-1,給出了上述技術(shù)在中國(guó)的研究成熟度，表1-2給出了各種導(dǎo)引導(dǎo)航技術(shù)在中國(guó)的研究的成熟度、專(zhuān)利、應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景。
表1-1 AGV泊車(chē)機(jī)器人技術(shù)在中國(guó)的研究成熟度
技術(shù)名稱(chēng)
成熟度
技術(shù)名稱(chēng)
成熟度
電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)
成熟
自動(dòng)控制技術(shù)
相對(duì)成熟
電池能源技術(shù)
相對(duì)成熟
通訊技術(shù)
相對(duì)成熟
車(chē)輛制造技術(shù)
成熟
移載技術(shù)
成熟
導(dǎo)引導(dǎo)航技術(shù)
相對(duì)成熟
表1-2 各種導(dǎo)引導(dǎo)航技術(shù)的比較
技術(shù)名稱(chēng)
成熟度
技術(shù)難度
成本
專(zhuān)利
應(yīng)用現(xiàn)狀
先進(jìn)性
應(yīng)用前景
電磁導(dǎo)引
成熟
中
低
無(wú)
較廣
一般
較好
激光導(dǎo)引
較成熟
高
高
有
廣
較先進(jìn)
好
超聲導(dǎo)引
較成熟
高
高
未知
少
一般
一般
視覺(jué)導(dǎo)引
不成熟
高
高
有
少
較先進(jìn)
很好
慣性導(dǎo)引
成熟
中
低
無(wú)
廣
一般
好
GPS導(dǎo)引
較成熟
高
高
無(wú)
少
一般
一般
AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性，提高了工作效率，在制造、家電、鋼鐵、化工、紡織、卷煙等行業(yè)都已經(jīng)發(fā)揮重要作用。國(guó)內(nèi)AGV泊車(chē)機(jī)器人應(yīng)用需求現(xiàn)已不僅僅局限于傳統(tǒng)制造行業(yè)，在醫(yī)藥、港口、服務(wù)業(yè)等行業(yè)的需求也在日益擴(kuò)大。尤其是在要求高度自動(dòng)化的民航、郵政等行業(yè)，要求高度清潔的醫(yī)藥、食品加工等行業(yè)，還有核材料、感光材料等特種行業(yè)都有著廣闊的應(yīng)用前景[6]。
1.4 AGV泊車(chē)機(jī)器人s路徑規(guī)劃歷史和現(xiàn)狀
路徑規(guī)劃是指，在具有障礙物的環(huán)境中，按照一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)器人尋找一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的最優(yōu)或次優(yōu)路徑。AGV泊車(chē)機(jī)器人的路徑規(guī)劃就是根據(jù)給定的起點(diǎn)和終點(diǎn)選擇一條最佳的行走路徑[6]。
國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都對(duì)路徑規(guī)劃有過(guò)深入研究并在這一領(lǐng)域取得了很大的成就。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境建模方式的不同，傳統(tǒng)的全局路徑規(guī)劃方法主要有：自由空間法、圖搜索法、柵格法、人工勢(shì)場(chǎng)法等。LING QIU和WEN-JING HSU綜述了AGV泊車(chē)機(jī)器人的路徑規(guī)劃和調(diào)度的算法,對(duì)于全局環(huán)境相關(guān)信息完全已知的全局路徑規(guī)劃的研究一般分為兩個(gè)研究方向，即傳統(tǒng)路徑規(guī)劃方法和人工智能規(guī)劃方法。
AGV泊車(chē)機(jī)器人與移動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)行方式上有極大相似之處，所以可以認(rèn)為對(duì)移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃算法和對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人的路徑規(guī)劃算法是相同的。隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)人工智能的研究，逐漸提出了多種智能規(guī)劃方法，其中應(yīng)用較為廣泛的主要有：蟻群算法、A*算法、Dijkstra算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模糊控制方法[7]。
周明等提出了利用遺傳算法對(duì)在連續(xù)空間中運(yùn)行的AGV泊車(chē)機(jī)器人進(jìn)行路徑規(guī)劃的方法，該方法首先需要建立環(huán)境模型，調(diào)用算法搜索從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的多條路徑，在此基礎(chǔ)之上利用遺傳算法對(duì)已搜索到的路徑逐步優(yōu)化、不斷比較從而得到最優(yōu)路徑[8]。莊曉東等提出一種基于模糊概念的動(dòng)態(tài)環(huán)境模型，在此模型的基礎(chǔ)上通過(guò)構(gòu)造二維隸屬度函數(shù)，對(duì)路徑進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)從而得到最優(yōu)路徑，此算法主要應(yīng)用在動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃環(huán)境中[9]。
目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在多AGV泊車(chē)機(jī)器人s的路徑規(guī)劃和整體調(diào)度方面也做了很多研究，使用的路徑規(guī)劃方法主要包括優(yōu)先級(jí)法、交通規(guī)則法、速度調(diào)整法和幾何路徑調(diào)整法等。速度調(diào)節(jié)法是通過(guò)改變AGV泊車(chē)機(jī)器人的運(yùn)行速度來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人之間的協(xié)調(diào)以避免發(fā)生碰撞；幾何路徑調(diào)整法是當(dāng)路徑規(guī)劃發(fā)生沖突的時(shí)候通過(guò)重新搜索路徑避免AGV泊車(chē)機(jī)器人之間發(fā)生碰撞。
劉國(guó)棟對(duì)多AGV泊車(chē)機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)提出了一種兩階段動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃策略[10]。Kim和Tanchoco提出一種基于Dijkstra的最短路徑算法。FISHER提出拉格朗日松弛啟發(fā)式算法來(lái)解決基于時(shí)間窗的路徑規(guī)劃問(wèn)題。Bennexitz等通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)優(yōu)先級(jí)順序方法優(yōu)化得到行駛路徑[11]。
1.5 論文的研究?jī)?nèi)容和意義
1.5.1 研究?jī)?nèi)容
本論文根據(jù)學(xué)校物流綜合實(shí)驗(yàn)室和圖書(shū)館某科室的布局提出AGV泊車(chē)機(jī)器人s的路徑規(guī)劃問(wèn)題。從而解決AGV泊車(chē)機(jī)器人s路徑規(guī)劃問(wèn)題中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行路徑規(guī)劃算法和優(yōu)化方法的研究。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
（1）介紹AGV泊車(chē)機(jī)器人與AGV泊車(chē)機(jī)器人s的整體結(jié)構(gòu)和組成系統(tǒng)，了解AGV泊車(chē)機(jī)器人s的工作模式和工作流程，從而體現(xiàn)出AGV泊車(chē)機(jī)器人s路徑規(guī)劃問(wèn)題在整個(gè)物流運(yùn)輸系統(tǒng)的重要性。
（2）針對(duì)物流綜合實(shí)驗(yàn)室和圖書(shū)館某科室的工作環(huán)境和布局，基于圖論法創(chuàng)建與現(xiàn)實(shí)環(huán)境對(duì)應(yīng)的電子地圖。根據(jù)電子地圖作出AGV泊車(chē)機(jī)器人s運(yùn)行路徑圖。
（3）分析學(xué)校物流綜合實(shí)驗(yàn)室的物流特性，利用研發(fā)式搜索算法和Dijkstra算法進(jìn)行單AGV泊車(chē)機(jī)器人路徑規(guī)劃，再考慮實(shí)際情況和其他因素，對(duì)Dijkstra算法進(jìn)行改進(jìn)，得出優(yōu)化后的AGV泊車(chē)機(jī)器人的行走路徑圖和解決方法。
（4）對(duì)于多AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)的路徑規(guī)劃問(wèn)題，我們主要研究的是如何解決系統(tǒng)中沖突和死鎖等問(wèn)題。根據(jù)圖書(shū)館某科室借還書(shū)物流系統(tǒng)運(yùn)用AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物流自動(dòng)化，基于時(shí)間窗方法和Dijkstra算法相結(jié)合的方法，來(lái)進(jìn)行多AGV泊車(chē)機(jī)器人的路徑規(guī)劃。
（5）編寫(xiě)了C語(yǔ)言代碼，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室單AGV泊車(chē)機(jī)器人路徑規(guī)劃Dijkstra算法運(yùn)行程序。進(jìn)一步驗(yàn)證了算法的可行性。
技術(shù)路線(xiàn)方案如下：
和意義
確定研究方向、目的
圖書(shū)館借閱書(shū)籍，購(gòu)買(mǎi)書(shū)籍
學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)
收集相關(guān)文獻(xiàn)資料
訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)收集相關(guān)文獻(xiàn)資料
請(qǐng)教導(dǎo)師
AGV泊車(chē)機(jī)器人s的材料
整理有關(guān)AGV泊車(chē)機(jī)器人與
AGV泊車(chē)機(jī)器人
AGV泊車(chē)機(jī)器人s
優(yōu)化路徑圖
Dijkstra算法，作出
對(duì)比兩種算法，選擇
物流綜合實(shí)驗(yàn)室建模
作物流路徑圖
學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃需要
A*算法和Dijkstra算法
化路徑運(yùn)行圖
作出單AGV泊車(chē)機(jī)器人優(yōu)
對(duì)Dijkstra算法進(jìn)行改進(jìn)
得出最終的物流路徑優(yōu)化方案
考慮綜合因素
Dijkstra算法
提出多AGV泊車(chē)機(jī)器人問(wèn)題
時(shí)間窗方法
尋找解決方案
圖書(shū)館某科室建模
作物流路徑圖
總結(jié)分析
提出不足
提出解決方法
得出最終路徑規(guī)劃方法
多AGV泊車(chē)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法
作出路徑規(guī)劃圖
圖1-5 論文技術(shù)路線(xiàn)圖
1.5.2 研究的目的及意義
本文研究的目的是基于國(guó)內(nèi)企業(yè)物流運(yùn)輸系統(tǒng)改革與國(guó)內(nèi)AGV泊車(chē)機(jī)器人技術(shù)的興起這一背景，在國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，以學(xué)校的物流綜合實(shí)驗(yàn)室和圖書(shū)館某科室為例，對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)路徑搜索及其優(yōu)化進(jìn)行研究，從而研究出AGV泊車(chē)機(jī)器人s路徑規(guī)劃問(wèn)題中尋找最優(yōu)或次優(yōu)路徑的辦法，使其運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中去，實(shí)現(xiàn)智能化倉(cāng)庫(kù)AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)智能化和自動(dòng)化。
2.AGV泊車(chē)機(jī)器人與AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)
2.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人的種類(lèi)與結(jié)構(gòu)
2.1.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人的種類(lèi)
AGV泊車(chē)機(jī)器人從發(fā)明至今已經(jīng)有60多年的歷史，在這漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河之中，隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，其種類(lèi)和形式也變得多種多樣。按不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可以有不同的分類(lèi)方法。主要有以下幾種分類(lèi)方式：
根據(jù)小車(chē)運(yùn)行時(shí)有無(wú)固定軌道劃分，可以分為有軌式AGV泊車(chē)機(jī)器人和無(wú)軌 式AGV泊車(chē)機(jī)器人。有軌式AGV泊車(chē)機(jī)器人是需要運(yùn)行的線(xiàn)路上鋪設(shè)軌道，AGV泊車(chē)機(jī)器人小車(chē)只能沿著固定的軌道運(yùn)行，導(dǎo)引技術(shù)較為簡(jiǎn)單，但鋪設(shè)軌道與更改軌道的工作量大，使得AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)靈活性差，是早期經(jīng)常采用的一種技術(shù)，但現(xiàn)在不少對(duì)技術(shù)要求較低的工作環(huán)境還在普遍使用；無(wú)軌式AGV泊車(chē)機(jī)器人沒(méi)有軌道，將顯示環(huán)境中的路徑通過(guò)坐標(biāo)或拓?fù)涞男问酱鎯?chǔ)到電子計(jì)算機(jī)中，通過(guò)坐標(biāo)數(shù)據(jù)交換的方式得到AGV泊車(chē)機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的位置并與虛擬路徑進(jìn)行對(duì)應(yīng)，所以系統(tǒng)具有良好的柔性。因此近年來(lái)無(wú)軌式AGV泊車(chē)機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但受技術(shù)限制，無(wú)軌式AGV泊車(chē)機(jī)器人仍存在諸多技術(shù)問(wèn)題。
根據(jù)小車(chē)運(yùn)行時(shí)智能程度劃分，可以分為智能型AGV泊車(chē)機(jī)器人和普通型AGV泊車(chē)機(jī)器人兩種：智能型AGV泊車(chē)機(jī)器人是將全部運(yùn)行路線(xiàn)和線(xiàn)路信息存儲(chǔ)在每臺(tái)AGV泊車(chē)機(jī)器人的車(chē)載控制系統(tǒng)中，當(dāng)小車(chē)得到指令確定了起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)后就可以自動(dòng)搜索并選擇最優(yōu)路徑到達(dá)指定目標(biāo)點(diǎn)完成指定的運(yùn)輸或裝卸任務(wù)，對(duì)于由50臺(tái)以?xún)?nèi)AGV泊車(chē)機(jī)器人構(gòu)成的系統(tǒng)多數(shù)采用這種控制方式工作。隨著系統(tǒng)中AGV泊車(chē)機(jī)器人的數(shù)量增加，交通管理和發(fā)生碰撞的策略就會(huì)越來(lái)越困難；普通型AGV泊車(chē)機(jī)器人小車(chē)的車(chē)載控制系統(tǒng)一般比較簡(jiǎn)單，僅僅通過(guò)傳感器收集小車(chē)的位置和姿態(tài)信息，控制小車(chē)的運(yùn)行速度和方向，各AGV泊車(chē)機(jī)器人之間不相互通訊，只是每隔一段時(shí)間與地面控制系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。其本身的所有功能路線(xiàn)規(guī)劃和區(qū)段控制都由地面控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，其地面控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括地圖建模、路徑規(guī)劃、車(chē)輛管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控等一系列功能。此類(lèi)AGV泊車(chē)機(jī)器人一般用來(lái)組成最多大約200臺(tái)小車(chē)的AGV泊車(chē)機(jī)器人s。
根據(jù)小車(chē)運(yùn)行時(shí)導(dǎo)引方式劃分，AGV泊車(chē)機(jī)器人可以分為慣性導(dǎo)引、電磁導(dǎo)引、光/化學(xué)/磁感應(yīng)式導(dǎo)引、紅外線(xiàn)導(dǎo)引、激光導(dǎo)引、直接坐標(biāo)導(dǎo)引、信標(biāo)導(dǎo)引、視覺(jué)導(dǎo)引等方式。下面介紹主要的幾種導(dǎo)引式AGV泊車(chē)機(jī)器人：
（1）電磁感應(yīng)導(dǎo)引式AGV泊車(chē)機(jī)器人
電磁感應(yīng)導(dǎo)引式AGV泊車(chē)機(jī)器人一般都會(huì)在地面下沿預(yù)先設(shè)定的行駛路線(xiàn)埋設(shè)電線(xiàn)，當(dāng)高頻電流流經(jīng)電線(xiàn)時(shí)，電線(xiàn)周?chē)蜁?huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，小車(chē)上左右對(duì)稱(chēng)安裝了兩個(gè)電磁感應(yīng)器，它們所接收的電磁信號(hào)的強(qiáng)度差異就可以改變AGV泊車(chē)機(jī)器人偏離路徑的程度。AGV泊車(chē)機(jī)器人的導(dǎo)航導(dǎo)引系統(tǒng)根據(jù)這種信號(hào)來(lái)控制車(chē)輛的轉(zhuǎn)向，連續(xù)的動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制可以保證AGV泊車(chē)機(jī)器人對(duì)預(yù)定路徑的穩(wěn)定自動(dòng)跟蹤。這種電磁感應(yīng)導(dǎo)引式方法在目前絕大多數(shù)商業(yè)化的AGV泊車(chē)機(jī)器人s上都有使用，尤其是大中型的AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)。
（2）激光導(dǎo)引式AGV泊車(chē)機(jī)器人
激光導(dǎo)引技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始采用的，該種AGV泊車(chē)機(jī)器人的車(chē)身上安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器，在小車(chē)運(yùn)行路徑的墻壁或支柱上都安裝有具有高反光性的激光定位裝置，AGV泊車(chē)機(jī)器人利用激光掃描器發(fā)射激光束，然后通過(guò)由四周定位裝置反射回來(lái)的激光束，車(chē)載控制系統(tǒng)就能計(jì)算出小車(chē)當(dāng)前所處的位置，通過(guò)和系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字地圖進(jìn)行對(duì)比來(lái)路徑規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、自動(dòng)行駛。目前，該種導(dǎo)引方式的應(yīng)用越來(lái)越普遍，并且依據(jù)同樣的導(dǎo)引原理，可將激光導(dǎo)引式AGV泊車(chē)機(jī)器人變成紅外線(xiàn)導(dǎo)引式AGV泊車(chē)機(jī)器人和超聲波導(dǎo)引式AGV泊車(chē)機(jī)器人。
（3）視覺(jué)導(dǎo)引式AGV泊車(chē)機(jī)器人
視覺(jué)導(dǎo)引式AGV泊車(chē)機(jī)器人是正在快速發(fā)展和成熟的AGV泊車(chē)機(jī)器人，該種AGV泊車(chē)機(jī)器人上裝有CCD攝像機(jī)和傳感器，在車(chē)載計(jì)算機(jī)中設(shè)置有AGV泊車(chē)機(jī)器人行駛路徑周?chē)h(huán)境圖像數(shù)據(jù)庫(kù)[12]。AGV泊車(chē)機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中，攝像機(jī)動(dòng)態(tài)獲取小車(chē)周?chē)h(huán)境圖像信息并與地面控制系統(tǒng)進(jìn)行比較，從而確定AGV泊車(chē)機(jī)器人所處位置并對(duì)下一步行駛做出規(guī)劃。這種導(dǎo)引方式由于不需要人為設(shè)置任何物理路徑，因此在理論上具有最佳的導(dǎo)引柔性。隨著計(jì)算機(jī)圖像采集、儲(chǔ)存和處理技術(shù)的快速發(fā)展，該種導(dǎo)引方式的實(shí)用性越來(lái)越強(qiáng)。
2.1.2 AGV泊車(chē)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)
AGV泊車(chē)機(jī)器人主要是由機(jī)械系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、車(chē)載控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)組成。其中機(jī)械系統(tǒng)由車(chē)身、車(chē)輪、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、安全防護(hù)裝置、移載系統(tǒng)等構(gòu)成，保證了小車(chē)的承載能力和運(yùn)行性能；動(dòng)力系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、移載電機(jī)、蓄電池和充電裝置等裝置構(gòu)成，為AGV泊車(chē)機(jī)器人的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力來(lái)源；車(chē)載控制系統(tǒng)由人機(jī)界面、信息傳輸及處理系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)等構(gòu)成，確保了小車(chē)的正確安全智能地按照預(yù)定路徑正確運(yùn)行；通訊系統(tǒng)就是負(fù)責(zé)AGV泊車(chē)機(jī)器人與主控機(jī)之間進(jìn)行雙向傳輸信息的系統(tǒng)。
機(jī)械系統(tǒng)
A
G
V
動(dòng)力系統(tǒng)
車(chē)載控制系統(tǒng)
通訊系統(tǒng)
圖 2-1 AGV泊車(chē)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)
（一）機(jī)械系統(tǒng)
（1）車(chē)身
車(chē)身主要為鋼材結(jié)構(gòu),是AGV泊車(chē)機(jī)器人最基礎(chǔ)的部分，是整個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人的“脊柱”。車(chē)身一般由底盤(pán)架和結(jié)構(gòu)架兩個(gè)部分構(gòu)成，其中底盤(pán)架為立體型框架結(jié)構(gòu)，用于安裝驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、移載系統(tǒng)、機(jī)械防撞裝置、各種電機(jī)、蓄電池等；而結(jié)構(gòu)架則用于安裝各種控制設(shè)備和通訊設(shè)備。為了便于安裝和維修，通常底盤(pán)架和結(jié)構(gòu)架之間采用可拆卸的方式聯(lián)接。
（2）車(chē)輪
車(chē)輪是整個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人的“腳”，外層一般使用樹(shù)脂橡膠材料做成，具有強(qiáng)度高、耐磨損、穩(wěn)定性高、擁有一定的彈性等優(yōu)點(diǎn)，適合于AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)的使用。
（3）驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
AGV泊車(chē)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括行進(jìn)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是整個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人的“四肢”。他的性能直接影響到AGV泊車(chē)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能，并在一定程度上影響到自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能。根據(jù)不同需求AGV泊車(chē)機(jī)器人可采用雙輪驅(qū)動(dòng)差速轉(zhuǎn)向和雙輪驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向方式，我們需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的驅(qū)動(dòng)方式。AGV泊車(chē)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
1-連接板；2-螺栓；3-驅(qū)動(dòng)電機(jī)；4-轉(zhuǎn)向減速電機(jī)；5-轉(zhuǎn)向齒輪副；6-減速直齒輪副；
7-減速（轉(zhuǎn)向）錐齒輪副；8-減速箱箱體；9-行星齒輪副；10-行走輪。
圖2-2 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
（4）安全防護(hù)裝置
AGV泊車(chē)機(jī)器人作為自動(dòng)化機(jī)器人的一種，安全措施至關(guān)重要。車(chē)身上必須安裝障礙物接近報(bào)警裝置，是為了避免AGV泊車(chē)機(jī)器人小車(chē)碰撞，確保整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。同時(shí)也必須安裝障礙物接觸式緩沖器，這種裝置一般同時(shí)安裝在AGV泊車(chē)機(jī)器人車(chē)身的前后方，緩沖器的材質(zhì)具有一定的柔軟性，保證發(fā)生故障時(shí)不會(huì)造成太大的損失。
（5）移載系統(tǒng)
將貨物自動(dòng)裝到AGV泊車(chē)機(jī)器人載貨臺(tái)上或從AGV泊車(chē)機(jī)器人載貨臺(tái)上取下貨物并放置到指定位置的過(guò)程叫做移載。根據(jù)不同的工作環(huán)境，AGV泊車(chē)機(jī)器人可以裝備不同的移載裝置，如：叉車(chē)式、牽引式、輥道式等。
（二）動(dòng)力系統(tǒng)
（1）電機(jī)
電機(jī)是給AGV泊車(chē)機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中提供動(dòng)力的，AGV泊車(chē)機(jī)器人主要需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)和移載電機(jī)。目前比較常用的AGV泊車(chē)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有：直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感應(yīng)電機(jī)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和永磁同步電機(jī)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其中由于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率低、體積大等原因，現(xiàn)在AGV泊車(chē)機(jī)器人基本很少使用。隨著技術(shù)的發(fā)展和成本的降低永磁同步電機(jī)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是最有希望成為AGV泊車(chē)機(jī)器人電機(jī)的主流發(fā)展方向。
（2）電池
電源系統(tǒng)是AGV泊車(chē)機(jī)器人的動(dòng)力來(lái)源。由于在自動(dòng)化程度較高的場(chǎng)合AGV泊車(chē)機(jī)器人的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，甚至達(dá)到24小時(shí)不間斷工作，這就需要AGV泊車(chē)機(jī)器人所配備的蓄電池必須滿(mǎn)足以下要求：結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)阻低、可靠性高、容量高、工作壽命長(zhǎng)和出色的低溫工作性能，還有就是大電流快速充電和充放電能力強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)的AGV泊車(chē)機(jī)器人市場(chǎng)上，存在以下幾種類(lèi)型的電池：AGV泊車(chē)機(jī)器人小車(chē)鎳鎘蓄電池、AGV泊車(chē)機(jī)器人小車(chē)鎳氫蓄電池、AGV泊車(chē)機(jī)器人小車(chē)鋰電池和AGV泊車(chē)機(jī)器人小車(chē)鉛酸蓄電池。
（3）充電裝置
AGV泊車(chē)機(jī)器人的充電裝置具有很好的絕緣保護(hù)效果，無(wú)需人工幫助，可以很好的與插座實(shí)現(xiàn)無(wú)縫無(wú)接觸地高效快速充電，且裝有短路自動(dòng)報(bào)警裝置，可以很好的保護(hù)AGV泊車(chē)機(jī)器人。
（三）車(chē)載控制系統(tǒng)
（1）人機(jī)界面
人機(jī)界面用于對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行狀態(tài)，并在脫機(jī)狀態(tài)下提供手動(dòng)駕駛功能[13]。根據(jù)需求，顯示AGV泊車(chē)機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)信息。另外，人機(jī)界面還有電池控制燈、充電指示燈、聲光報(bào)警裝置等各種輔助裝置，用于輔助監(jiān)控AGV泊車(chē)機(jī)器人的運(yùn)行。
（2）信息傳輸與處理系統(tǒng)
信息傳輸與處理系統(tǒng)是整個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人的“大腦”，是小車(chē)行駛和進(jìn)行作業(yè)的直接控制中樞。主要對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人上的導(dǎo)航定位系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、安全防護(hù)裝置和移栽系統(tǒng)等進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)AGV泊車(chē)機(jī)器人的自動(dòng)化運(yùn)行，并與中央控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊、聯(lián)絡(luò)、接受其指令，完成中央控制系統(tǒng)發(fā)送的任務(wù)。
（3）導(dǎo)航定位系統(tǒng)
導(dǎo)航定位系統(tǒng)相當(dāng)于AGV泊車(chē)機(jī)器人的“眼睛”，用于AGV泊車(chē)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的定位。導(dǎo)航定位系統(tǒng)在AGV泊車(chē)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛中起到了絕對(duì)至關(guān)重要的作用，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)單臺(tái)AGV泊車(chē)機(jī)器人的定位，為后續(xù)的任務(wù)分配和路徑規(guī)劃等提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前常用的導(dǎo)航方式是電磁感應(yīng)導(dǎo)航和激光導(dǎo)航。
（四）通訊系統(tǒng)
AGV泊車(chē)機(jī)器人的通訊系統(tǒng)主要用來(lái)與中央控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，是整個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人的“耳朵”和“嘴巴”。通過(guò)通信，AGV泊車(chē)機(jī)器人接收系統(tǒng)發(fā)送的任務(wù)信息、路徑信息以及各種命令信息。并不斷把自己的位置和狀態(tài)報(bào)告給系統(tǒng)，是系統(tǒng)能監(jiān)控所有的AGV泊車(chē)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)。因此通訊系統(tǒng)對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人來(lái)說(shuō)是必不可少的。
2.2 AGV泊車(chē)機(jī)器人s的總體結(jié)構(gòu)
2.2.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人s的組成
曾有外國(guó)專(zhuān)家對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人s需要解決的主要三個(gè)問(wèn)題做了一個(gè)十分恰當(dāng)?shù)谋扔鳎旱谝皇俏以谀睦铮╓here am I），第二是我要去哪里（Where am I going），第三是我如何才能到那里去（How can I get there）。以上三個(gè)問(wèn)題總結(jié)歸納起來(lái)，就是AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)中三個(gè)最主要的系統(tǒng)：AGV泊車(chē)機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)（Navigation），AGV泊車(chē)機(jī)器人地面系統(tǒng)中的路徑規(guī)劃（Layout designing）和AGV泊車(chē)機(jī)器人車(chē)載系統(tǒng)中的導(dǎo)引控制（Guidance）[14]。
AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)基本上是由地面控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、車(chē)載控制系統(tǒng)、車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)、移載系統(tǒng)和充電系統(tǒng)等組成。
AGV泊車(chē)機(jī)器人的系統(tǒng)運(yùn)行流程為：先由地面控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)物料運(yùn)輸需求和AGV泊車(chē)機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行任務(wù)分配并對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人的運(yùn)行路徑進(jìn)行路徑規(guī)劃，然后通過(guò)通訊系統(tǒng)將地面控制系統(tǒng)發(fā)出的指令傳達(dá)給車(chē)載控制系統(tǒng)，再通過(guò)車(chē)載控制系統(tǒng)調(diào)用導(dǎo)航系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行小車(chē)的定位和按照預(yù)定路徑移動(dòng)，最后在到達(dá)指定位置后調(diào)用移載系統(tǒng)完成貨物的裝卸任務(wù)。
車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)
移載系統(tǒng)
通訊系統(tǒng)
地面控制系統(tǒng)
貨物
車(chē)載控制系統(tǒng)
路徑
起點(diǎn)O
終點(diǎn)Q
充電系統(tǒng)
圖2-3 AGV泊車(chē)機(jī)器人s運(yùn)行示意圖
2.2.2 地面控制系統(tǒng)
地面控制系統(tǒng)在整個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)中是核心地位，其主要功能是根據(jù)用戶(hù)提供的任務(wù)指令給空閑的AGV泊車(chē)機(jī)器人下達(dá)任務(wù)，統(tǒng)籌調(diào)度所有AGV泊車(chē)機(jī)器人并規(guī)劃運(yùn)行線(xiàn)路，避免AGV泊車(chē)機(jī)器人發(fā)生相互沖突的情況，從而順利完成工作任務(wù)，同時(shí)還需要自動(dòng)管理車(chē)輛充電任務(wù)。主要由以下幾個(gè)模塊組成：
（1）任務(wù)管理：根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的請(qǐng)求或者客戶(hù)所安排的任務(wù)，根據(jù)任務(wù)的重要程度和當(dāng)前小車(chē)分配情況對(duì)各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)分配。
（2）車(chē)輛管理：根據(jù)任務(wù)管理模塊中任務(wù)優(yōu)先級(jí)順序，分配空閑的AGV泊車(chē)機(jī)器人去執(zhí)行任務(wù)，調(diào)用路徑規(guī)劃算法搜索AGV泊車(chē)機(jī)器人的最短路徑同時(shí)根據(jù)無(wú)沖突路徑優(yōu)化原則選擇最優(yōu)路徑并下達(dá)運(yùn)行指令，在AGV泊車(chē)機(jī)器人電量不足（無(wú)法完成后續(xù)任務(wù)）的情況下下達(dá)充電命令；負(fù)責(zé)AGV泊車(chē)機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息搜集，并向路徑管理模塊發(fā)出確認(rèn)信息檢測(cè)車(chē)輛即將到達(dá)的下一路段是否可以進(jìn)入，同時(shí)把確認(rèn)后的信息通過(guò)通訊系統(tǒng)發(fā)送給AGV泊車(chē)機(jī)器人使得小車(chē)能按預(yù)定線(xiàn)路運(yùn)行。
（3）路徑管理：根據(jù)車(chē)輛的實(shí)際尺寸大小和運(yùn)行情況，使用時(shí)間窗方法避免小車(chē)由于等待而產(chǎn)生死鎖的情況發(fā)生以及解決由于出現(xiàn)突發(fā)情況而使系統(tǒng)局部路徑發(fā)生變化從而產(chǎn)生死鎖情況，保障系統(tǒng)中所有AGV泊車(chē)機(jī)器人能正常運(yùn)行。
（4）通訊管理：負(fù)責(zé)地面控制系統(tǒng)與AGV泊車(chē)機(jī)器人單機(jī)之間的數(shù)據(jù)信息交換，包括任務(wù)的分配與運(yùn)行指令的傳達(dá)、車(chē)輛位置的確定、突發(fā)情況的上報(bào)等。
（5）實(shí)時(shí)監(jiān)控：通過(guò)通訊系統(tǒng)與AGV泊車(chē)機(jī)器人交換數(shù)據(jù)信息以得到車(chē)輛的具體信息并通過(guò)圖像形式在電腦中實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。
2.2.3 通訊系統(tǒng)
AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)中可能有多臺(tái)AGV泊車(chē)機(jī)器人同時(shí)工作，為了能夠和其它AGV泊車(chē)機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，同時(shí)也為了能夠?qū)?dāng)前狀態(tài)信息報(bào)告給地面控制系統(tǒng)，因此通訊系統(tǒng)對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人s來(lái)說(shuō)是非常重要的。AGV泊車(chē)機(jī)器人s通訊系統(tǒng)的主要功能就是負(fù)責(zé)AGV泊車(chē)機(jī)器人與地面控制系統(tǒng)之間雙向通訊、任務(wù)分配、交通管理、確定AGV泊車(chē)機(jī)器人小車(chē)位置和狀態(tài)以及載荷情況的信息。AGV泊車(chē)機(jī)器人通過(guò)無(wú)線(xiàn)Modem與地面控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，使整個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，地面控制系統(tǒng)通過(guò)通訊來(lái)確定各AGV泊車(chē)機(jī)器人的工作狀態(tài)和空間位置，便于進(jìn)行AGV泊車(chē)機(jī)器人路徑規(guī)劃，當(dāng)工作環(huán)境中干擾因素較多時(shí)，通訊系統(tǒng)就必須具有較高可靠性，否則會(huì)引發(fā)AGV泊車(chē)機(jī)器人s運(yùn)行錯(cuò)誤，從而影響工作效率。當(dāng)工廠環(huán)境比較寬闊時(shí)，系統(tǒng)中就必須安裝中繼設(shè)備，使無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人工作區(qū)域。
2.2.4 車(chē)載控制系統(tǒng)
車(chē)載控制系統(tǒng)又被稱(chēng)為AGV泊車(chē)機(jī)器人單機(jī)控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)在收到地面控制系統(tǒng)下達(dá)的運(yùn)行指令后，完成AGV泊車(chē)機(jī)器人的導(dǎo)航、導(dǎo)引、路徑選擇、車(chē)輛驅(qū)動(dòng)以及貨物的裝卸操作等任務(wù)[15]。是整個(gè)AGV泊車(chē)機(jī)器人最重要的組成部分。
（1）導(dǎo)航（Navigation）：AGV泊車(chē)機(jī)器人通過(guò)安裝在車(chē)體上的導(dǎo)航傳感器測(cè)量并計(jì)算出當(dāng)前車(chē)輛在整個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和AGV泊車(chē)機(jī)器人的姿態(tài)，并選擇AGV泊車(chē)機(jī)器人的行走路徑。
（2）導(dǎo)引（Guidance）：AGV泊車(chē)機(jī)器人根據(jù)現(xiàn)在的位置和姿態(tài)信息，結(jié)合算法搜索到的最優(yōu)路徑來(lái)計(jì)算小車(chē)運(yùn)行過(guò)程中所需達(dá)到的速度值和轉(zhuǎn)向角度值。
（3）路徑選擇：此項(xiàng)任務(wù)在普通型的AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)中只能由地面控制系統(tǒng)完成，在智能型AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)中，車(chē)載控制系統(tǒng)也可以根據(jù)任務(wù)所給出的起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的信息結(jié)合小車(chē)當(dāng)前的位置信息搜索小車(chē)所有可運(yùn)行的路徑并且比較選擇最優(yōu)路徑。
（4）車(chē)輛驅(qū)動(dòng)：AGV泊車(chē)機(jī)器人根據(jù)導(dǎo)引導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算出的結(jié)果和最終選擇的最優(yōu)路徑等信息，通過(guò)控制器和驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)行。
2.2.5 車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)
車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)在AGV泊車(chē)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛中起到了絕對(duì)至關(guān)重要的作用，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)單臺(tái)AGV泊車(chē)機(jī)器人的定位，為后續(xù)的任務(wù)分配和路徑規(guī)劃等提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。綜合系統(tǒng)對(duì)定位精度的要求，并考慮到電磁導(dǎo)引技術(shù)是目前AGV泊車(chē)機(jī)器人導(dǎo)引技術(shù)中先進(jìn)并且通用的成熟技術(shù)，選用電磁導(dǎo)引技術(shù)。電磁導(dǎo)引技術(shù)擁有維護(hù)成本低、可持續(xù)性高、技術(shù)成熟度高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合室內(nèi)AGV泊車(chē)機(jī)器人導(dǎo)航。
電磁導(dǎo)引是目前的AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)主要采用的方法。它需在AGV泊車(chē)機(jī)器人小車(chē)要運(yùn)行的路線(xiàn)下面埋設(shè)專(zhuān)門(mén)電纜線(xiàn)，其中通以一定頻率的交變電流形成交變電磁場(chǎng)，同時(shí)在AGV泊車(chē)機(jī)器人車(chē)身上設(shè)置一對(duì)電磁傳感器（感應(yīng)線(xiàn)圈），利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)感應(yīng)電磁感應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)弱，引導(dǎo)AGV泊車(chē)機(jī)器人沿著路線(xiàn)行駛。該方法可靠性高、成本低，但對(duì)地面的平整度要求髙，運(yùn)行路徑改變困難。
2.2.6 移載系統(tǒng)
通常的AGV泊車(chē)機(jī)器人，它的物料裝卸裝置一般能根據(jù)任務(wù)中目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)去完成水平方向的移載，或者垂直方向的移載。本文研究的AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)中，AGV泊車(chē)機(jī)器人采用的是水平和垂直相結(jié)合的移載方式，再加上AGV泊車(chē)機(jī)器人的前后移動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)AGV泊車(chē)機(jī)器人的三維的立體輸送。此種輸送方式可以滿(mǎn)足許多復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，具有較高的實(shí)用價(jià)值。移載裝置的豎直方向的升降采用液壓機(jī)構(gòu)，其豎直方向誤差精度可達(dá)2毫米，足以滿(mǎn)足一般物流搬運(yùn)場(chǎng)合的需要，水平方向的移載裝置采用輸送機(jī)構(gòu)可以方便地實(shí)現(xiàn)物料的搬運(yùn)[16]。
2.2.7 充電系統(tǒng)
對(duì)于智能化高的AGV泊車(chē)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，當(dāng)電力不足時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)告并請(qǐng)求充電，由地面控制中心指揮，駛向指定充電區(qū)域，車(chē)載充電連接器與地面充電系統(tǒng)自動(dòng)連接并實(shí)施充電，不需要人員進(jìn)行電池的更換。充電完成后AGV泊車(chē)機(jī)器人自動(dòng)脫離充電系統(tǒng)，駛向工作區(qū)或待命區(qū)投入正常運(yùn)行。其特點(diǎn)是整個(gè)充電過(guò)程全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。
AGV泊車(chē)機(jī)器人一般是以蓄電池為動(dòng)力源的，具有噪音低、污染小等許多優(yōu)點(diǎn)。性能優(yōu)良的蓄電池可以有效減小AGV泊車(chē)機(jī)器人的外形尺寸和自重，對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人的工作時(shí)間也有著直接的影響，蓄電池特性對(duì)AGV泊車(chē)機(jī)器人s的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響很大。
2.3 AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)的工作模式
2.3.1 AGV泊車(chē)機(jī)器人s的工作特點(diǎn)
AGV泊車(chē)機(jī)器人是采用先進(jìn)控制技術(shù)的現(xiàn)代物流設(shè)備，AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)的控制是通過(guò)物流上位調(diào)度系統(tǒng)、AGV泊車(chē)機(jī)器人地面控制系統(tǒng)及AGV泊車(chē)機(jī)器人車(chē)載控制系統(tǒng)三者之間的相互協(xié)調(diào)完成的。作為自動(dòng)運(yùn)載機(jī)器人的一種運(yùn)用，具有靈活性、高效性和智能性等特點(diǎn)。以下為AGV泊車(chē)機(jī)器人s的工作特點(diǎn)：?
（1）它是自動(dòng)移動(dòng)的輸送機(jī)，不固定占用地面空間，改變運(yùn)行路徑比較容易?？梢暂^方便地實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)的擴(kuò)展，可重組性使生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)備具有很大的靈活性，便于系統(tǒng)的重新布置和實(shí)現(xiàn)功能調(diào)整。?
（2）AGV泊車(chē)機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)協(xié)議與管理系統(tǒng)相連，可以建設(shè)無(wú)人智能化車(chē)間、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)物流自動(dòng)化的最佳選擇。便于和機(jī)器人自動(dòng)輸送線(xiàn)、自動(dòng)化加工中心配合作業(yè)，可以和立體倉(cāng)庫(kù)配合使用實(shí)現(xiàn)對(duì)物流的一體化控制。?
（3）AGV泊車(chē)機(jī)器人s主要用于各類(lèi)型生產(chǎn)企業(yè)，為其進(jìn)行物料和產(chǎn)品的搬送、裝配及裝配牽引、物料運(yùn)輸或替代往復(fù)不斷的中間人力物流等。具有較高的安全性，AGV泊車(chē)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障和離線(xiàn)待命等保證生產(chǎn)線(xiàn)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，相對(duì)于流水線(xiàn)軌道等固定的物料輸送線(xiàn)具有較大的交叉能力。
（4）自動(dòng)識(shí)別路徑和選擇優(yōu)化路徑可以靈活及時(shí)的運(yùn)輸物料，提高了設(shè)備的利用率。采用計(jì)算機(jī)控制，系統(tǒng)精度高，可構(gòu)成高精度的動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)。使用直流電源裝置，低噪音、無(wú)污染，改善了作業(yè)環(huán)境。
由于降低成本的壓力一直貫穿于整個(gè)制造業(yè)和物流運(yùn)輸