仓储作业中AGV的定位导航方法研究

1 概述

智能时代的到来催促着各行各业向着智能化方向发展对于物流行业的发展也提出了严峻的考验，特别是随着电子商务的发展对物流的运作效率更是有着更高的要求。仓储作业作为物流的关键环节，其作业效率直接影响着整个物流的效率。因此提高仓库作业效率成为关键研究热点，其中利用仓库搬运机器人取代人工作业的货到人的作业模式成为主要研究方向。随着货到人作业模式的兴起AGV的定位导航也就自然而然的成为了关键的技术研究热点。本文分析各种定位导航方式的优缺点提出了一种利用激光SLAM技术实现AGV完全自主的定位导航方式。

2 传统的AGV定位导航方法

传统的AGV定位导航方式主要如下：

a.电磁感应导引在AGV行驶的路线上预埋金属导线，并在导线上加载低频、低压的电流，使其周围产生磁场AGV通过磁传感器感应磁场并控制AGV行驶。电磁感应导引技术比较成熟，目前应用也最为普逼尤其适用于大中型AGV。电磁感应导引方式的主要优点是导引线隐蔽，不易受损，导航原理简单而可靠无声光干扰制造成本较低；而其主要缺点为AGV行驶路径更改的灵活性差，调整变动麻烦感应线圈产生的磁场易受周围的铁磁物质影响。

b.磁带、磁钉导引四：与电磁导引相类似，磁带、磁钉导引在AGV行驶路面布置磁带或磁点进行导引。目前，磁带、磁钉导引技术成熟应用也较为广泛。该引导方式的主要优点为改变或扩充路径比较容易磁带、磁钉的安装布置简单；而主要缺点则是易受金属物质干扰。此外，因为磁带外露容易受到机械损伤和污染导航的稳定性受环境影响较大，因此近年来较多采用磁钉方式。

c.光学导引明：在仓库地面涂漆或粘贴色带AGV通过光学传感器采集的色带图像信号进行识别实现导引。该导引方式与磁带导引方式比较类似其主要优点为灵活性比较好地面路线设置十分简单；而主要缺点则为易受污染和磨损的影响对作业环境要求较高导引可靠性受制于地面条件，停位精度比较低。

d.激光导引明：是一种在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板AGV通过激光测距传感器采集与激光反射板的距离信息，根据三角定位原理来确定其当前的位置和方向，实现AGV的定位导引的技术。该导引方式的主要优点为定位精度高，能适应复杂的路径条件及工况，能够快速变更行驶路径和修改运行参数主要缺点则是激光定位传感器成本较高。

e.视觉导引AGV通过安装的摄像装置采集周围环境的图像信息通过与已有环境图像数据库匹配或识别预设的导引线或其它路标对AGV进行定位导引。此外AGV通过相机等装置读取地面二维码信息进行定位导引也属于一种光学导引。视觉导引的主要优点是路线设置灵活适用范围广，成本低等，也是AGV定位导引方式未来的发展方向。但由于利用车载视觉系统快速、准确地实现路标识别这一技术瓶颈尚未得到突破因此目前该方法尚未进入实用阶段随着计算机技术的发展及快速图像处理关键技术的突破视觉导引技术将成为最具应用前景的AGV导引技术。

3 基于激光SLAM的仓库AGV定位导航方法

3.1 激光SLAM技术介绍

SLAM技术即同时定位与建图技术主要用于机器人在未知环境中的定位导航问题但是因为该技术实现了AGV的完全自主定位导航因此是实现仓库搬运机器人智能作业的重要技术手段。当前SLAM技术主要有基于视觉的SLAM、基于声纳的SLAM和基于激光的SLAM技术，但是因视觉SLAM对于环境的光线要求比较高仓库作业实现困难，而声纳SLAM容易收到外界干扰精度低。而基于激光的SLAM技术更加容易实现复杂的环境，并且精度非常高因此将激光SLAM技术用于仓库作业中有相当大的前景。

3.2 基于激光SLAM技术的仓库环境地图构建

基于激光SLAM技术的定位导航首先需要构建仓库的环境地图，本文提出一种基于仓库结构化环境激光地图的构建方法步骤如下：

a.将AGV扫描到的第一帧激光数据做为当前的全局地图，并且捋机器人的起点位置做为地图座标的原点。

b.AGV移动到下一个位置并且原地转动扫描360度范围内的环境信息构建局部地图。

c.将AGV在每一个停车点扫描到的激光地图融合到全局地图中。

e.移动机器人采集完全部的仓库激光环境数据后根据仓库结构化的特点优化地图得到最后的仓库激光地图。

3.3利用激光地图实现AGV作业中的定位导航

利用AGV的仓储作业主要就是实现AGV的定位与导航，本文已经利用激光SLAM技术构建了仓库的环境地图，实现AGV的导航就变得简单了。AGV上线过后首先通过激光测距仪采集当前的仓库环境信息再构建实时环境地图，然后用当前的实时激光地图去全局环境地图中进行匹配通过匹配计算得出AGV的座标位置目标位置的座标做为AGV行驶的终点在全局地图中规划出AGV的行驶路径在运动过程中AGV只做避障扫描而不再进行路径规划和实时环境地图创建，当AGV到达目的目标位置再次扫描环境并创建局部地图进行匹配调整自身位姿完成作业任务。

4 结论

本文通过分析传统的AGV定位方法，并对传统的AGV定位方法优缺点以及应用前景进行了阐述发现传统的AGV定位导航方法都存在自主性差或定位精度差的问题提出了一种利用激光SLAM技术实现在仓库作业中AGV完全自主定位导航的方法。对如何实现基于激光SIL.AM技术的仓库作业进行了分析并给出了实现方法。本文为实现仓库作业过程中AGV的自主定位导航拓宽了思路对整个物流行业向着更加智能化的方向发展有着巨大的意义。

参考文献

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本论文获北京物资学院校内重点项目“机器人惯导辅助视觉SLAM研究”（项目号03517019/012/005）资助。

作者简介阳樊（1991-）男汉四川南充。物联网工程与技术硕士，智能物流系统北京物资学院。