自動導引車導航與路徑規劃研究

李永湘

（貴州工程應用技術學院機械工程學院，貴州 畢節 55170）

自動導引車（Automated Guided Vehicle，AGV）作為典型的光機電一體化智能裝備得到發展和應用，出現了沈陽新松、廣東嘉騰、北京機科、云南昆船等一批國內AGV制造企業。廣汽豐田、上海大眾、武漢神農等汽車廠都率先在汽車生產線上使用了AGV，華為、美的、富士康等科技企業將AGV應用于電子產品生產線，AGV的自動化和智能水平高，大大提高了企業的制造柔性。AGV能否在制造企業和物流行業發揮最大作用，關鍵在于其導航和路徑規劃技術。

1 AGV導航和路徑規劃研究現狀

目前國內外AGV廠商已研發出多種AGV導航方式，許多學者對不同AGV導航系統的工作機制和性能進行了研究，例如南京航空航天大學李昊等研究了基于馬爾科夫鏈的AGV激光導航定位方法；陜西科技大學劉笑和鄭恩讓研究了AGV磁導航的STM32控制方案；西安理工大學朱從民等研究了慣性導航的行走精度問題等。學者們研究的各種導航方式可歸納為圖1所示。

在AGV路徑規劃方面，河北科技大學趙江等研究了基于改進A星算法的AGV路徑規劃；上海理工大學王玉林等研究了基于Dijkstra算法的AGV最短路徑規劃；河北工業大學苑光明等用分層方法改進遺傳算法來提升AGV路徑規劃質量。

2 AGV導航和路徑規劃優化技術措施

上述研究工作從不同的角度研究了AGV導航和路徑規劃問題，總體上采用的技術比較單一，為更好地適應現代企業對AGV越來越復雜的技術需求，充分發揮和拓展AGV在制造企業和物流行業的應用，可從以下幾個方面改進AGV導航和路徑規劃。

2.1 多種導航技術的集成

由于各種單一的AGV導航技術特點比較明顯，而各自的缺點也很突出，采用單一導航方式的AGV越來越不利于生產企業的應用。將磁導航、慣性導航、光學導航、聲波導航等技術中的兩種或多種導航措施集成到同一臺AGV上，提升系統的集成度和融合性，可充分發揮不同導航技術的優點，補全各自的不足，提升AGV導航總體性能。

圖1 AGV導航技術分類

2.2 研究高性能的路徑規劃優化算法

由于現今AGV路徑規劃已往往不再是只針對最短路徑一個規劃指標進行優化，例如交叉路口的多少、障礙物的影響、停靠站點的分配、自動充電站點與時間的分配等因素是需要考慮的，要同時對多個規劃目標進行優化，分別建立各個目標函數為，，，......，，各個約束函數為，，，......，，從而可以建立AGV路徑規劃途的多目標優化模型如下：

式（1）難以通過簡單算術方法求解，需借助人工智能算法進行最優值搜索，對已有算法進行改進，研究新的高性能路徑規劃優化算法對解決多目標路徑規劃優化問題有著重要意義。

2.3 研究新的導航技術與采用新的硬件器材

由于常見的幾種AGV導航技術實現過程中柔性不是很好，例如磁導航中，隨著AGV路徑規劃的不同和增減站點等變化常需要改變磁條、磁釘、RFID地標等硬件設施鋪設，且在室內鋪設這些材料會影響美觀，甚至會損壞廠房地面等，無損導航、無地標自然導航技術越來越受到AGV用戶的重視和歡迎。在復雜的廠房環境和室外環境下，對AGV導航定位精度的要求越來越高，而AGV導航定位精度的高低主要取決于傳感器和控制模塊的性能，因此研發和選用性能更優越的硬件器材對提高AGV整體性能有很大幫助，需要不斷提高AGV關鍵部件的國產化率。

3 結語

當前AGV產業發展迅速，企業實力和技術水平參差不齊，若想在競爭中取得優勢，關鍵在于解決好AGV導航和路徑規劃問題，從系統集成、優化算法和新技術研究角度出發提升AGV產品整體性能和競爭力。