自動導(dǎo)引車導(dǎo)航與路徑規(guī)劃研究

李永湘

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院，貴州 畢節(jié) 55170）

自動導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle，AGV）作為典型的光機電一體化智能裝備得到發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了沈陽新松、廣東嘉騰、北京機科、云南昆船等一批國內(nèi)AGV制造企業(yè)。廣汽豐田、上海大眾、武漢神農(nóng)等汽車廠都率先在汽車生產(chǎn)線上使用了AGV，華為、美的、富士康等科技企業(yè)將AGV應(yīng)用于電子產(chǎn)品生產(chǎn)線，AGV的自動化和智能水平高，大大提高了企業(yè)的制造柔性。AGV能否在制造企業(yè)和物流行業(yè)發(fā)揮最大作用，關(guān)鍵在于其導(dǎo)航和路徑規(guī)劃技術(shù)。

1 AGV導(dǎo)航和路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀

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

在AGV路徑規(guī)劃方面，河北科技大學(xué)趙江等研究了基于改進(jìn)A星算法的AGV路徑規(guī)劃；上海理工大學(xué)王玉林等研究了基于Dijkstra算法的AGV最短路徑規(guī)劃；河北工業(yè)大學(xué)苑光明等用分層方法改進(jìn)遺傳算法來提升AGV路徑規(guī)劃質(zhì)量。

2 AGV導(dǎo)航和路徑規(guī)劃優(yōu)化技術(shù)措施

上述研究工作從不同的角度研究了AGV導(dǎo)航和路徑規(guī)劃問題，總體上采用的技術(shù)比較單一，為更好地適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)對AGV越來越復(fù)雜的技術(shù)需求，充分發(fā)揮和拓展AGV在制造企業(yè)和物流行業(yè)的應(yīng)用，可從以下幾個方面改進(jìn)AGV導(dǎo)航和路徑規(guī)劃。

2.1 多種導(dǎo)航技術(shù)的集成

由于各種單一的AGV導(dǎo)航技術(shù)特點比較明顯，而各自的缺點也很突出，采用單一導(dǎo)航方式的AGV越來越不利于生產(chǎn)企業(yè)的應(yīng)用。將磁導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、光學(xué)導(dǎo)航、聲波導(dǎo)航等技術(shù)中的兩種或多種導(dǎo)航措施集成到同一臺AGV上，提升系統(tǒng)的集成度和融合性，可充分發(fā)揮不同導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)點，補全各自的不足，提升AGV導(dǎo)航總體性能。

圖1 AGV導(dǎo)航技術(shù)分類

2.2 研究高性能的路徑規(guī)劃優(yōu)化算法

由于現(xiàn)今AGV路徑規(guī)劃已往往不再是只針對最短路徑一個規(guī)劃指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，例如交叉路口的多少、障礙物的影響、?？空军c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(guī)劃目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，分別建立各個目標(biāo)函數(shù)為，，，......，，各個約束函數(shù)為，，，......，，從而可以建立AGV路徑規(guī)劃途的多目標(biāo)優(yōu)化模型如下：

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

2.3 研究新的導(dǎo)航技術(shù)與采用新的硬件器材

由于常見的幾種AGV導(dǎo)航技術(shù)實現(xiàn)過程中柔性不是很好，例如磁導(dǎo)航中，隨著AGV路徑規(guī)劃的不同和增減站點等變化常需要改變磁條、磁釘、RFID地標(biāo)等硬件設(shè)施鋪設(shè)，且在室內(nèi)鋪設(shè)這些材料會影響美觀，甚至?xí)p壞廠房地面等，無損導(dǎo)航、無地標(biāo)自然導(dǎo)航技術(shù)越來越受到AGV用戶的重視和歡迎。在復(fù)雜的廠房環(huán)境和室外環(huán)境下，對AGV導(dǎo)航定位精度的要求越來越高，而AGV導(dǎo)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(fā)和選用性能更優(yōu)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(guān)鍵部件的國產(chǎn)化率。

3 結(jié)語

當(dāng)前AGV產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，企業(yè)實力和技術(shù)水平參差不齊，若想在競爭中取得優(yōu)勢，關(guān)鍵在于解決好AGV導(dǎo)航和路徑規(guī)劃問題，從系統(tǒng)集成、優(yōu)化算法和新技術(shù)研究角度出發(fā)提升AGV產(chǎn)品整體性能和競爭力。