文献综述
文献综述与调研报告：（阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的意义和价值、参考文献）
研究与应用现状
由于现代化生产观念日益受到重视,对生产线自动运行、计算机集成制造系统技术以及物流系统的柔性要求越来越高。在产品换型、多种产品混合生产线运行、调整产量、重新组合生产线等方面,AGV小车的应用得到迅速发展和普及,这不仅是现代化工业迅速发展的需要,更主要是由 AGV 小车本身所独具的优越性决定的,因此,对于AGV小车的研究意义重大。AGV(Automated Guided Vehicle，简称AGV)即自动导航车,是以微控制器为控制核心、以可充电的蓄电池为动力来源、装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输车、工业应用中不需驾驶员的搬运车。AGV的操作流程是这样的:在生产过程中，当车间的某一环节需要辅料时,这时工作人员不再像以往那样安排人员去搬运所需要的辅料,而是只需要将相关信息输入计算机终端,计算机终端再将得到的信息发送到中央控制室,中央控制室的专业技术人员收到信息后向计算机发送指令,在电控设备的合作下,AGV会将辅料送到需要的车间。
国内外研究现状
目前AGV有传统AGV和全方位式AGV。由于全方位式AGV采用全方位驱动（QUAD）,具有更高的运动灵活性,所以全方位式AGV适合在空间狭小的生产车间和大型高密度立体仓库的场合工作。在大型重物的搬运方面，由于全方位式AGV能够在有限空间里的快速准确移动定位,通过多个AGV协作搬运,形成远大于单个AGV的搬运能力。而多个AGV成的协作系统,在设计复杂性和成本等方面都优于能力特别强的单个AGV,全方位式AGV技术的未来重点发展方向。
全方位式AGV硬件系统主要组成部分包括动力系统、导引系统、辅助照明系统和车体本身。动力系统中相对普通AGV系统增加了协作搬运系统模块;导引系统则根据新技术发展增加了综合视觉导引系统;在照明系统中添加了协作照明系统,小车间能够互相辅助照明,有效解决由于搬运过程中,AGV小车互相遮挡带来的阴影和目标对象难以分辨的问题。其中最关键的是引导系统,引导系统有电磁感应引导、激光引导、磁铁－陀螺引导三种。（1）电磁感应引导是利用低频引导电缆形成的电磁场及电磁传感装置引导无人搬运车的运行。具体的一般是在地面上,沿预先设定的行驶路径埋设电线,当电流流经导线时,导线周围产生电磁场,AGV上左右对称安装有两个电磁感应器,能接收电磁信号,以接收到的电磁信号的强度差异来反映 AGV偏离路径的程度。AGV的自动控制系统根据这种偏差来控制车辆的转向。连续的动态闭环控制能够保证 AGV 对设定路径的稳定自动跟踪。这种电磁感应引导式导航方法目前应用最为普遍,尤其是适用于大中型的AGV。（2）激光引导是利用激光扫描器识别设置在其活动范围内的若干个定位标志来确定其坐标位置,从而引导AGV 运行。具体的主要由 AGV 激光扫描器和AGV反射板两部分组成。首先在AGV设备中安装可以接受和发射激光的扫描器，然后将 AGV 反射板安装在导引区的四周,之后精确测量每块发射板的坐标位置,在AGV 系统的存储器中存储每块反射板的信息,根据存储数据进行导引计算。激光导引系统中的指定区域应该设置一定数量的反射板,保证在AGV的工作区域内探测到所有的反射信息。（3）磁铁 - 陀螺引导方式是利用特制磁性位置传感器检测安装在地面上的小磁铁再利用陀螺仪技术连续控制无人搬运车的运行方向。该种方式原理较为简单,只需要在地面铺设或者预埋小磁铁,磁性位置传感器检测到小磁铁的位置就找到了AGV的运行路线。
轮系在AGV中也起重要的作用。常用的轮系结构有普通轮系和全方位轮系。普通轮系的优点有结构简单、成本低、技术成熟,能够满足大部分的生产需要。常用的有以下几种:(1)三轮底盘,单前轮兼作驱动与转向轮;(2)三轮底盘,后两轮作差速驱动兼转向轮;(3)四轮或六轮底盘,中间两轮作差速驱动兼转向轮。而全方位轮系有全轮偏转式全方位移动机构(全方位轮)和麦卡那姆轮(Mecanum wheels)。全轮偏转式全方位轮是在普通四轮的基础上,增加一套偏转装置,使车轮可以全方位旋转。因此,结构简单、可靠,还可以模拟普通四轮机构的运行状态。麦卡那姆轮是在车轮的轮毂外缘按一定倾斜方向均匀分布多个被动的辊子。当车轮旋转时,轮芯相对于地面的速度与辊子滚动速度的合成,车轮旋转速度与轮芯相对于地面的速度与辊子滚动速度 有一个偏离角。由于每个车轮均有这个特点,经适当组合就可以实现车体的全方位移动和原地转向运动。
AGV小车的转向模式也有3种转向模式：常规转向、绕任意点的四轮独立转向（包括原地转向）和平移运动。常规转向通过转向盘输入转角实现转向;控制绕任意点的四轮独立转向通过按键选择四轮转向模式,同时可以任意指定瞬时转向中心,使车辆实现以任意点为转向中心的转向。在该种模式下工作时,为保证车辆的可控性,需要先停车,按照指定转向中心的位置,调整好各个车轮的转角,然后再继续行车实现转向;平移运动控制各个车轮向相同方向转过相同的转角即可实现转向。四轮独立转向控制系统基于模块化设计的思想,通过CAN总线传递系统重要参数,使单系统开发的成本降低,系统的扩展简单可靠,并可将独立转向的思想移植到多轴车辆上,实现多轴转向,为汽车最终实现智能转向提供有利条件。
除以上所述之外，定位技术、防撞技术、多系统融合和多协作AGV技术也是现在研究的重要技术。定位技术首先在AGV需要经过的路线上铺设特征带,在AGV车体底部架设视觉传感设备,当AGV车体在特征带上经过时,通过视觉系统对特征带上图案的识别,实现AGV的精确定位。基于普通特征模板匹配直观易懂,但在实际应用中面临许多困难,主要表现在当存在光照、视角等变换时,无法得到正确的匹配结果。项目组经过多次测试,发现图像模板借鉴传统二维码方式时,鉴别率最高。因此采用二维码框架,作为模板基础。这种模板由正方形黑色边框构成,内部在规定位置上印有不同图案。经阈值分割后,可以比较容易的提取黑色边框的四条边缘,利用四条边缘的图像坐标与已知的模板信息,可以计算出该模板的投影变换。经过投影反变换，即可将图像转为类似模板库中的图像,从而可以方便的利用模板匹配法识别出该图形的种类，解决了模板匹配法无法应对投影变换的问题。定位、导引方法研究将所有跟踪识别到的特征点形成空间位置地图,并针对其出现与消失进行有效管理，帮助实现位姿估计。在新的特征点出现并识别后，记录并纳入到地图结构中。在特征点稳定出现并成功跟踪后,在地图构建中记录连续几帧的位置;特征点消失或不再能观察识别后,从地图中删除特征点的信息。为成功实位姿估计,在地图中需保持足够数目的特征点数量。防撞技术考虑使用ZDM/SL激光扫描测距仪进行周边环境的检测,支持360°扫描。当小车到达危险区域或有障碍物阻挡时，AGV小车通过自身定位以及AGV上位系统指示，确定是否进行避让或者减速，当确定障碍物为非法闯入或非预设障碍物时,将快速停止运动。多系统融合和多协作AGV技术在多个AGV协作搬运过程中,AGV将作为一个整体进行协调，因此单个AGV的装载角度与姿态必须保持一致。因此AGV必须利用多维感知传感器感知部件相对位移,调整部件位置,同时防止多AGV协同搬运过程中对部件的损坏。对单个AGV小车而言,相对搬运整体的前进速度以及侧向位移均需要控制在一定范围内,必须稳定的控制算法实现运动过程中的精确同步协调控制。另外,在协作搬移过程中,由于存在AGV之间的定位遮挡问题,因此需要设计辅助照明系统以及辅助定位系统,用于保证协作AGV之间位置信息的传递,实现精确行进路线和精确定位。
