基于機(jī)器視覺(jué)的智能倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究

摘 "要：根據(jù)當(dāng)前溫室大棚內(nèi)果蔬智能倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸需求，在傳統(tǒng)機(jī)器人AGV的基礎(chǔ)上研發(fā)一款基于機(jī)器視覺(jué)的果蔬智能運(yùn)輸機(jī)器人，將工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)融入傳統(tǒng)AGV小車，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種智能機(jī)器人AGV小車，實(shí)現(xiàn)果蔬的自動(dòng)甄選、識(shí)別、匹配、裝卸，以及果蔬的全程自動(dòng)化搬運(yùn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué)；自動(dòng)化；智能倉(cāng)儲(chǔ)；機(jī)器人；整體設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP242 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號(hào)：2096-9902（2023）02-0013-04

Abstract： According to the current demand of intelligent warehousing and transportation of fruits and vegetables in greenhouse， an intelligent transportation robot of fruits and vegetables based on machine vision is developed on the basis of traditional robot AGV. Industrial robot and machine vision technology are integrated into traditional AGV car， and an intelligent robot AGV car is designed and developed to realize automatic selection， identification， matching， loading and unloading of fruits and vegetables as well as automatic handling of fruits and vegetables.

Keywords： machine vision; automation; intelligent warehousing; robot; overall design

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，目前我國(guó)正大力推廣智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，溫室大棚技術(shù)得到了井噴式的發(fā)展和應(yīng)用。但傳統(tǒng)的溫室大棚果蔬的倉(cāng)儲(chǔ)搬運(yùn)主要依靠人工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低下。另外，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的年輕人并不愿意從事與農(nóng)業(yè)相關(guān)的工作，人工費(fèi)用高，使得單位面積成本增加。這些問(wèn)題的出現(xiàn)，對(duì)大棚內(nèi)的自動(dòng)化、智能化水平提出了一個(gè)更高的要求。溫室耕作、果蔬采摘運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械化、自動(dòng)化替代人工成為產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展的重要方向。

1 智能機(jī)器人AGV概述

AGV運(yùn)輸車，是一種高精度的智能自動(dòng)引導(dǎo)移動(dòng)體，其集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器及人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體，可以根據(jù)設(shè)置的路線行駛，具有高精度、低風(fēng)險(xiǎn)、易操作且效率高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制造加工、產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域[1]。AGV小車應(yīng)用如圖1所示。

隨著新科技的發(fā)展和供需的不斷改變，AGV小車從形式、結(jié)構(gòu)和功能等方面都有了很大改進(jìn)與提升。我國(guó)于1976年成功研制了第一臺(tái)AGV小車，隨后AGV小車技術(shù)不斷成熟并出口，目前國(guó)內(nèi)各行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)及運(yùn)輸技術(shù)不斷創(chuàng)新，發(fā)展迅猛，為機(jī)器人AGV行業(yè)及應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊前景。但由于國(guó)內(nèi)機(jī)器人AGV的相關(guān)市場(chǎng)近幾年來(lái)才被真正打開(kāi)，市場(chǎng)機(jī)制不完善且存在諸多弊端。一些AGV企業(yè)面臨著技術(shù)革新、轉(zhuǎn)型升級(jí)困難等問(wèn)題。一些應(yīng)用企業(yè)因現(xiàn)有機(jī)器人AGV不能完全應(yīng)用于生產(chǎn)發(fā)展，生產(chǎn)作業(yè)效率低下，急需緊跟市場(chǎng)整體運(yùn)營(yíng)步伐。

圖1 AGV小車的應(yīng)用

2 應(yīng)用特點(diǎn)分析

AGV小車自動(dòng)化程度較高，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引、自動(dòng)充電和自動(dòng)作業(yè)等果蔬搬運(yùn)需求，有效解決了傳統(tǒng)果蔬倉(cāng)儲(chǔ)管理的痛點(diǎn)。

（1）自動(dòng)化作業(yè)程度高。智能AGV小車不管采用“貨找人”還是“人找貨”的方式，只需編制好程序，優(yōu)化好路線，果蔬會(huì)被自動(dòng)搬運(yùn)到指定地點(diǎn)，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)省時(shí)省力，節(jié)省人工成本。

（2）快捷安全，自動(dòng)充電。智能AGV小車在搬運(yùn)果蔬時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)快速安全準(zhǔn)確，并具有一定的自我診斷能力，尤其是電池充電問(wèn)題。當(dāng)診斷電量過(guò)低時(shí)，會(huì)自己到指定區(qū)域連接插座進(jìn)行充電。因此，在搬運(yùn)過(guò)程中不用擔(dān)心AGV搬運(yùn)小車因電量不足停止作業(yè)，同時(shí)也能對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)分析、自動(dòng)診斷，并發(fā)出故障告警，進(jìn)而及時(shí)處理。

（3）自動(dòng)識(shí)別接收信號(hào)。AGV小車智能化程度較高，能夠自動(dòng)接收并分析命令指示，AGV小車接到作業(yè)命令后，會(huì)自己到達(dá)貨架，取出貨物后在導(dǎo)引裝置指引下，再按照規(guī)定路線或自動(dòng)優(yōu)化路線搬運(yùn)到指定地點(diǎn)，非常便捷。

（4）精細(xì)化、柔性化程度高。AGV小車在物聯(lián)網(wǎng)大環(huán)境下，能夠進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)果蔬自動(dòng)存取，在具體的搬運(yùn)過(guò)程中，能夠?qū)邮彰钭詣?dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，確保精準(zhǔn)高效，實(shí)現(xiàn)果蔬倉(cāng)儲(chǔ)搬運(yùn)的智能化和柔性化作業(yè)。

3 工作原理

通過(guò)基于OpenCV的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，借助安裝在車輛上的CCD相機(jī)裝置，進(jìn)行圖像識(shí)別，實(shí)時(shí)采集圖像到圖像采集卡，將采集的數(shù)據(jù)及時(shí)傳到計(jì)算機(jī)內(nèi)存或顯存，車載計(jì)算機(jī)完成對(duì)圖像的讀入和處理，結(jié)合固高GTS系列控制卡開(kāi)發(fā)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，根據(jù)圖像處理的結(jié)果完成車輛的導(dǎo)航控制，在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)軌跡運(yùn)行處理，控制命令生成后再通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送到電機(jī)控制器，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)完成AGV的調(diào)速和轉(zhuǎn)向。整個(gè)過(guò)程的核心技術(shù)是自主導(dǎo)航技術(shù)的使用，通過(guò)傳感器感知環(huán)境的變化，借助激光雷達(dá)測(cè)出目標(biāo)與小車之間的距離，間接計(jì)算目標(biāo)地點(diǎn)的位置。

4 設(shè)計(jì)思路

在進(jìn)行AGV小車整體設(shè)計(jì)之前，首先對(duì)其工作環(huán)境、工作目標(biāo)等進(jìn)行調(diào)研，確定其功能和結(jié)構(gòu)要求。將工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)融入傳統(tǒng)AGV小車，并通過(guò)計(jì)算機(jī)或者控制器發(fā)出工作指令，AGV小車接收指令借助視覺(jué)系統(tǒng)引導(dǎo)AGV小車按照規(guī)定路徑到達(dá)目的地，并利用機(jī)械手臂完成果蔬抓取，完成搬運(yùn)。

（1）智能機(jī)器人AGV車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。根據(jù)智能機(jī)器人AGV在搬運(yùn)工作中的特點(diǎn)，需要綜合設(shè)計(jì)車體本體、地盤(pán)和車輪轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)。通過(guò)三維建模分析、有限元仿真技術(shù)確定結(jié)構(gòu)定型。

（2）機(jī)器視覺(jué)設(shè)計(jì)研究。采用基于OpenCV的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，甄選識(shí)別果蔬，以保證機(jī)械手自動(dòng)抓取的實(shí)現(xiàn)。

（3）工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研究。研究AGV與機(jī)器人手臂的最佳結(jié)合方式，根據(jù)搬運(yùn)特點(diǎn)，通過(guò)三維運(yùn)動(dòng)仿真模擬、Ansys分析研究機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)，設(shè)計(jì)一種最佳機(jī)械臂方案。

（4）控制系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)。根據(jù)固高GTS系列控制卡開(kāi)發(fā)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，在線實(shí)時(shí)軌跡運(yùn)行顯示。

（5）轉(zhuǎn)向系機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。通過(guò)對(duì)路徑識(shí)別技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在智能機(jī)器人AGV車輛上安裝CCD相機(jī)裝置，可以解決圖像抖動(dòng)與非均勻光照情況下的信息采集效果問(wèn)題。

5 智能機(jī)器人AGV的整體設(shè)計(jì)

AGV搬運(yùn)小車是智能機(jī)器人領(lǐng)域的典型應(yīng)用，是機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)相結(jié)合的綜合復(fù)雜體，除了完成基本的進(jìn)退、啟停、轉(zhuǎn)向等功能，還能進(jìn)行環(huán)境及路徑規(guī)劃識(shí)別、數(shù)據(jù)分析和自我自動(dòng)診斷等智能化功能。AGV搬運(yùn)小車種類較多，在智能果蔬倉(cāng)儲(chǔ)搬運(yùn)中常用的是背負(fù)式和托盤(pán)式，不管是哪種類型，其機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)于整個(gè)小車的運(yùn)行性能至關(guān)重要，影響著其運(yùn)行平穩(wěn)性，托載貨物的承重性等。根據(jù)AGV小車在智能果蔬倉(cāng)儲(chǔ)中具體搬運(yùn)環(huán)境的需要，小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求。

（1）AGV小車整體結(jié)構(gòu)要布局合理，降低車體重心，保證小車的穩(wěn)定性。

（2）保證平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)，能進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，并能正確識(shí)別搬運(yùn)路線。

（3）車體底盤(pán)的強(qiáng)度和剛度要滿足不同貨物載運(yùn)承重的需求。

（4）AGV小車的自動(dòng)導(dǎo)引要能進(jìn)行準(zhǔn)確的障礙診斷，遇到障礙物時(shí)能緊急停車。

5.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)整體分析

AGV搬運(yùn)小車機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括底盤(pán)、車輪、聯(lián)軸器、蝸桿、滾動(dòng)軸承、減速器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等[2]。

5.1.1 底盤(pán)

底盤(pán)是整個(gè)小車結(jié)構(gòu)的支撐，不僅要承受托載貨物的重量，還要承受自身車體的重量，因此底盤(pán)材料的強(qiáng)度和剛度及尺寸設(shè)計(jì)尤為重要。結(jié)合果蔬倉(cāng)儲(chǔ)搬運(yùn)的特點(diǎn)，AGV搬運(yùn)小車的底盤(pán)尺寸設(shè)計(jì)要與貨架尺寸相適應(yīng)。AGV小車在實(shí)際果蔬搬運(yùn)過(guò)程中會(huì)有全方位360°方向變換要求，因此前后輪分別采用萬(wàn)向輪和獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)輪，后輪驅(qū)動(dòng)輪能夠?qū)崿F(xiàn)差速轉(zhuǎn)向，前輪萬(wàn)向輪可以實(shí)現(xiàn)360°轉(zhuǎn)向，確保貨物搬運(yùn)過(guò)程中的平穩(wěn)性。

5.1.2 聯(lián)軸器

聯(lián)軸器主要采用安全聯(lián)軸器，是用來(lái)進(jìn)行蝸桿和電機(jī)聯(lián)結(jié)的，聯(lián)軸器型號(hào)的選擇要與蝸桿軸和電機(jī)軸的尺寸相適應(yīng)。蝸桿、聯(lián)軸器和滾動(dòng)軸承主要實(shí)現(xiàn)AGV小車的機(jī)械傳動(dòng)和聯(lián)結(jié)功能，其強(qiáng)度要求比較高，也是AGV小車搬運(yùn)果蔬過(guò)程中安全平穩(wěn)性能的保障。AGV搬運(yùn)小車的動(dòng)力裝置主要是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)輸出的動(dòng)力通過(guò)減速器、聯(lián)軸器等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，最后傳送給前后驅(qū)動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)行。

5.2 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置分析

AGV智能小車在果蔬搬運(yùn)過(guò)程中，整車的行駛穩(wěn)定性是前提。因此小車各機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置分析及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置的選擇至關(guān)重要。

5.2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)位置分析

AGV智能小車的轉(zhuǎn)向范圍及作業(yè)性能等，是由驅(qū)動(dòng)輪之間的輪間距控制的。輪間距過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)影響AGV智能小車的轉(zhuǎn)彎角度，使車體的轉(zhuǎn)向行駛受到限制。因此在設(shè)計(jì)輪間距時(shí)應(yīng)多方面考慮作業(yè)平穩(wěn)性、電源及驅(qū)動(dòng)電機(jī)在車體中的配置位置及前后輪是否在同一個(gè)平面上。

5.2.2 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置分析

AGV小車還需要一個(gè)推動(dòng)車體自由行進(jìn)的裝置，為減少車輪與地面的摩擦，推動(dòng)裝置采用輪式滾動(dòng)機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需能提供AGV小車在不同工作環(huán)境下的車輪轉(zhuǎn)速，確保小車正常運(yùn)行，而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是AGV小車能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向及繞軸旋轉(zhuǎn)的保障。常用的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置有舵輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)、差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)和全輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)。

（1）舵輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)裝置有單舵輪和雙舵輪2種，單舵輪多為三輪車型，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置僅有1個(gè)舵輪，搭配從動(dòng)輪，控制AGV小車自由行駛，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，但靈活性較差，轉(zhuǎn)向存在局限性；雙舵輪多應(yīng)用于四輪及以上車型，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置在車體前后各1個(gè)舵輪，搭配從動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)360°行駛，較單舵輪穩(wěn)定性好，但成本較高，且AGV小車作業(yè)中經(jīng)常需要2個(gè)舵輪差動(dòng)，需要相對(duì)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制算法。舵輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)適合于智能物流倉(cāng)儲(chǔ)中牽引式或者叉車式小車對(duì)大噸位貨物的搬運(yùn)。

（2）差速轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)裝置需要在AGV小車車體兩側(cè)分別安裝差速輪，差速輪不需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)，靠?jī)蓚?cè)驅(qū)動(dòng)輪之間的速度差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，雖靈活性高，但不能做到萬(wàn)向橫移。另外安裝差速輪成本低，但其對(duì)地面平整度要求非常高，且負(fù)重要控制在1 t以下，適用于環(huán)境較好的電商、零售等倉(cāng)儲(chǔ)。

（3）全輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)。該轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置是最為靈活的一種，小車安裝的所有車輪既是驅(qū)動(dòng)輪又是轉(zhuǎn)向輪，并分別由電機(jī)單獨(dú)控制，從而最大化實(shí)現(xiàn)了AGV小車的全方位自由行駛，適用范圍較廣。全輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)在智能果蔬倉(cāng)儲(chǔ)搬運(yùn)中不會(huì)受到貨架間狹小空間的限制，靈活度高，但是相對(duì)應(yīng)的控制算法難度較大，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

5.2.3 動(dòng)力電機(jī)的選擇分析

電機(jī)是將電源提供的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行的一種驅(qū)動(dòng)裝置，也是AGV智能小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要部件。電機(jī)自身的機(jī)械特性及選用的減速裝置是AGV小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心，是整個(gè)車體運(yùn)行速度和驅(qū)動(dòng)性能的決定性因素。因此不同配置的小車、不同的工作要求和環(huán)境要求及承載貨物重量的不同，使得AGV小車選用的電機(jī)也不盡相同。

（1）直流有刷電機(jī)內(nèi)部含有電刷裝置，通過(guò)電刷與外部電路相連，是所有電機(jī)的基礎(chǔ)。直流有刷電機(jī)不但啟動(dòng)快、制動(dòng)靈敏，而且調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑，控制電路相對(duì)簡(jiǎn)單。但因有電刷和換向器的存在，高速運(yùn)轉(zhuǎn)中兩者摩擦?xí)a(chǎn)生火花，會(huì)帶來(lái)一定危險(xiǎn)性，同時(shí)導(dǎo)致使用壽命縮短，后期檢修維護(hù)難。根據(jù)AGV小車運(yùn)行工況，對(duì)于控制要求簡(jiǎn)單且對(duì)電機(jī)功率要求低的工作環(huán)境，AGV小車可選用直流有刷電機(jī)。

（2）直流無(wú)刷電機(jī)。為解決電刷換向存在的問(wèn)題，直流無(wú)刷電機(jī)采用電子換向代替電刷換向，結(jié)構(gòu)上主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。直流無(wú)刷電機(jī)除需要專用控制器外，在效率、能耗和噪音等各方面的優(yōu)勢(shì)較為突出。

（3）直流伺服電機(jī)。直流伺服電機(jī)是一種特殊控制電機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。該電機(jī)需要專用的驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制，將接收到的控制信號(hào)通過(guò)矢量控制算法轉(zhuǎn)換為角速度輸出，并通過(guò)霍爾傳感器或者編碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的任意停止。直流伺服電機(jī)不但效率高、響應(yīng)快，而且在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)平滑、噪聲小，因此常用在對(duì)精度要求較高的AGV小車中。

（4）步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)接收電脈沖信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制的。步進(jìn)電機(jī)可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率來(lái)改變角位移量和電機(jī)轉(zhuǎn)速，能起到調(diào)速作用[2]。

6 導(dǎo)引技術(shù)分析

AGV智能小車自動(dòng)作業(yè)應(yīng)用的一項(xiàng)重要技術(shù)是導(dǎo)引技術(shù)，由小車內(nèi)傳感器來(lái)感應(yīng)小車周圍環(huán)境的相對(duì)位置，經(jīng)過(guò)反饋數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)AGV小車的自動(dòng)導(dǎo)引行駛。

（1）電磁導(dǎo)航。電磁導(dǎo)航是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)。在規(guī)劃好的搬運(yùn)路線地面下鋪好導(dǎo)電線，導(dǎo)電線通入三相交流電后會(huì)在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，車內(nèi)傳感器就會(huì)通過(guò)感應(yīng)磁場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)辨別路徑，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行駛。這種導(dǎo)航方式雖然規(guī)劃路徑導(dǎo)電線藏于地下，抗干擾能力較強(qiáng)，但是改變導(dǎo)電線路徑比較困難，線路故障排查維修成本也高。

（2）磁條導(dǎo)航。磁條導(dǎo)航需要借助AGV小車安裝的磁導(dǎo)航器，與沿規(guī)劃路徑鋪設(shè)在地面上的磁條發(fā)生感應(yīng)，根據(jù)磁感應(yīng)生成頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)行駛。該導(dǎo)航方式技術(shù)已經(jīng)非常成熟，鋪設(shè)磁條及路徑變換更加靈活方便，穩(wěn)定性和可靠性好，故障檢測(cè)維修成本低，但是磁條布置時(shí)會(huì)露于地面之上，易損壞，使用周期短。在智慧農(nóng)業(yè)果蔬搬運(yùn)中，磁條導(dǎo)航是常用的導(dǎo)航技術(shù)。

（3）視覺(jué)導(dǎo)航。視覺(jué)導(dǎo)航智能性更高，其借助攝像頭獲取AGV智能小車周圍的圖像信息，并將獲取的圖像信息與數(shù)據(jù)庫(kù)里的圖像信息進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)比信息判斷AGV智能小車運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而引導(dǎo)小車自動(dòng)行駛[3]。視覺(jué)導(dǎo)航智能化程度高，無(wú)需再鋪設(shè)任何東西，但較難建立實(shí)時(shí)更新且較全面的圖像庫(kù)信息。

（4）激光導(dǎo)航。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光導(dǎo)引在導(dǎo)引技術(shù)領(lǐng)域也日益凸顯，并將成為AGV導(dǎo)引控制技術(shù)的主流。小車運(yùn)行過(guò)程中，激光掃描器會(huì)不斷發(fā)出激光信號(hào)，經(jīng)反射板反射后再由小車接收，通過(guò)PLC控制算法來(lái)確定小車行駛位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)牽引。激光導(dǎo)航雖定位精準(zhǔn)靈活，但在物流倉(cāng)儲(chǔ)中反射板易被貨物阻擋，影響信號(hào)手機(jī)，且成本較高，對(duì)空間環(huán)境要求嚴(yán)格。

（5）慣性導(dǎo)航。慣性導(dǎo)航是通過(guò)陀螺儀對(duì)信號(hào)的檢測(cè)來(lái)進(jìn)行方位判斷的，并對(duì)車的航程和轉(zhuǎn)向角速度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)路徑區(qū)域內(nèi)的定位塊信號(hào)完成數(shù)據(jù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)導(dǎo)引。慣性導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)是定位準(zhǔn)確，路徑靈活，但陀螺儀對(duì)振動(dòng)敏感，實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有行走誤差累積。

在智慧農(nóng)業(yè)果蔬搬運(yùn)過(guò)程中，不可避免會(huì)有泥巴、水等雜物落于地表，這種工作環(huán)境，會(huì)使其他導(dǎo)航技術(shù)中的反光板、車體裝置的傳感器等受到識(shí)別干擾，使AGV搬運(yùn)小車無(wú)法讀取識(shí)別數(shù)據(jù)，進(jìn)而無(wú)法進(jìn)行定位運(yùn)行。因此，在智慧農(nóng)業(yè)果蔬搬運(yùn)中，AGV小車常選用磁條導(dǎo)航，只是為了避免露于地表的磁條被泥土等破壞，減輕損壞程度，一般會(huì)制作一個(gè)磁條軌道，將磁條埋于地下，使導(dǎo)航技術(shù)優(yōu)勢(shì)最大化，確保小車精準(zhǔn)運(yùn)行。

7 控制器選擇分析

AGV智能小車控制系統(tǒng)，是操控小車穩(wěn)定運(yùn)行的“中樞”，而控制器又是控制系統(tǒng)的核心，因此選用合適的控制器，也是AGV小車工作穩(wěn)定和安全可靠的關(guān)鍵。用于智能果蔬倉(cāng)儲(chǔ)搬運(yùn)的AGV小車，精準(zhǔn)度要求比較高，可根據(jù)實(shí)際需求選用可編程控制器和單片機(jī)作為控制中樞。

（1）可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，通過(guò)編寫(xiě)程序指令發(fā)出控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。由于其可靠性較高等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中。

（2）單片機(jī)是一種將CPU、ROM、RAM、計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及多種I/O口、A/D轉(zhuǎn)化器等功能模塊集成在一起的集成電路芯片，通過(guò)程序編寫(xiě)控制執(zhí)行操作命令，進(jìn)行自動(dòng)化控制。單片機(jī)模塊集成度比較高，體積小，所需驅(qū)動(dòng)電壓較低，并且功耗較小，實(shí)用可靠性較高。

8 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)、先進(jìn)性

智能機(jī)器人AGV小車是一款具備全自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)導(dǎo)航和無(wú)人駕駛技術(shù)的智能機(jī)器人，兼具傳統(tǒng)AGV小車的特點(diǎn)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)果蔬自動(dòng)甄選、識(shí)別、匹配及搬運(yùn)功能。其創(chuàng)新點(diǎn)如下。

（1）實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人AGV的高速前進(jìn)后退、零位移轉(zhuǎn)彎，優(yōu)化減短航程，提高效率。

（2）采用機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)果蔬自動(dòng)裝卸識(shí)別與匹配。

（3）加入機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人AGV與裝卸機(jī)器人的結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)器人搬運(yùn)的全自動(dòng)化與無(wú)人化。

（4）采用自動(dòng)在線充電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)24 "h不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)。

（5）輕質(zhì)鋁合金結(jié)構(gòu)材質(zhì)車身，重量輕、強(qiáng)度大、占地面積小，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人AGV在各個(gè)生產(chǎn)車間穿梭往復(fù)。

（6）智能化程度高，可以方便地與滾道線通信，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝載、啟停等，全程自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人工操作。

總之，智能搬運(yùn)小車在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)果蔬倉(cāng)儲(chǔ)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，也是果蔬倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。其通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)引裝置準(zhǔn)確識(shí)別規(guī)劃路線，精準(zhǔn)完成果蔬搬運(yùn)，大大減輕了人工勞動(dòng)量的同時(shí)還提高了工作效率。同時(shí)，還可以根據(jù)放置果蔬貨架位置要求，靈活優(yōu)化改變路徑，更好地體現(xiàn)其柔性化、智能化的優(yōu)勢(shì)。

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