自动导引车

AGV可以在拖车中拖曳它们后面的物体，它们可以自动连接到拖车上。拖车可用于运输原材料或成品。AGV还可以将物体存放在床上。物体可以被放置在一组电动滚筒(传送带)上，然后通过反转它们来推动它们。AGV几乎应用于所有行业，包括纸浆、纸张、金属、报纸和一般制造业。还在医院运送食物、亚麻布或药物等材料。

AGV也可以称为激光制导车辆(LGV)。这项技术，在德国称为模糊运输系统(FTS)，在瑞典称为fö rarlö sa truckar。低成本版本的AGV通常被称为自动导引小车(AGC)，通常由磁带引导。AGC有多种型号，可用于在装配线上移动产品，在工厂或仓库中运输货物，以及交付货物。

第一辆AGV是在20世纪50年代由伊利诺伊州诺斯布鲁克市的巴雷特电子公司推向市场的，当时它只是一辆拖车，在地板上跟着一根电线，而不是一根铁轨。从这项技术中诞生了一种新型的AGV，它在地板上跟随看不见的紫外线标记，而不是被链条牵引。第一个这样的系统被部署在伊利诺伊州芝加哥的威利斯大厦（以前叫西尔斯大厦），在其办公室内传递邮件。

多年来，该技术变得更加复杂，今天自动化车辆主要是激光导航的，例如LGV(激光制导车辆)。在自动化过程中，LGV通过编程与其他机器人通信，以确保产品顺利通过仓库，无论是存储供将来使用还是直接发送到装运区域。如今，AGV在新工厂和仓库的设计中发挥着重要作用，可以安全地将货物运输到其合法目的地。

2.1 有线

一个槽被切割到地板上，一根电线被放置在表面以下大约1英寸处。该槽是沿着AGV要遵循的路径切割的。这根电线用来传输无线电信号。一个传感器安装在AGV靠近地面的底部。传感器检测从电线传输的无线电信号的相对位置。该信息用于调节转向电路，使自动导向车辆跟随电线。

2.2 导带

AGV(有些称为自动引导车或AGC)使用磁带作为引导路径。磁带可以是两种类型之一:磁性的或彩色的。 自动导向车辆安装有适当的导向传感器，以跟踪磁带的路径。 与有线导航相比，磁带的一个主要优点是，如果路径需要改变，它可以很容易地被移除和重新定位。彩色胶带最初价格较低，但缺乏嵌入高流量区域的优势，因为在这些区域，胶带可能会损坏或变脏。柔性磁棒也可以像电线一样嵌入地板中，但其工作原理与磁带相同，因此保持无电或无源。磁带的另一个优点是双极性。小块的磁带可以根据标签的极性和顺序改变AGC的状态。

2.3 激光目标导航

导航是通过在墙壁、柱子或固定机器上安装反光带来完成的。AGV在转台上携带一个激光发射器和接收器。激光由同一个传感器发射和接收。自动计算到视线范围内的任何反射镜的角度和距离。将该信息与存储在自动增益调节器存储器中的反射器布局图进行比较。这允许导航系统对自动导航车的当前位置进行三角测量。将当前位置与反射器布局图中编程的路径进行比较。相应地调整转向以保持自动导向车辆在轨道上。然后，它可以使用不断更新的位置导航到所需的目标。

• 调制激光器 使用调制激光比脉冲激光系统具有更大的范围和精度。通过发射连续扇形的调制激光，只要扫描器用反射器获得视线，系统就可以获得不间断的反射。反射停止在反射器的后缘，从而确保每次扫描时每个反射器的测量准确一致。通过使用调制激光器，系统可以在每秒8次扫描器旋转时获得约0.1 mrad（0.006°）的角分辨率。
• 脉冲激光器 典型的脉冲激光扫描仪以14400 Hz的速度发射脉冲激光，在每秒8次扫描仪转数下给出最大可能的分辨率为3.5兆拉德（0.2°）。为了实现可行的导航，必须根据反射激光的强度对读数进行插值，以确定反射镜的中心。

2.4 惯性(陀螺)导航

AGV制导的另一种形式是惯性导航。在惯性制导下，计算机控制系统指导车辆并为其分配任务。应答器嵌入在工作场所的地板上。AGV使用这些转发器来验证车辆是否正常行驶。陀螺仪能够检测到车辆方向的轻微变化，并对其进行校正，以使AGV保持在其路径上。惯性方法的误差范围是1 英寸。

惯性几乎可以在任何环境下工作，包括狭窄的过道或极端温度。^[1]惯性导航可以包括使用嵌入设施地板中的磁体，车辆可以读取和跟踪这些磁体。^[2]

2.5 自然特征(自然目标)导航

无需改装工作空间的导航称为自然特性导航或自然定位导航。一种方法使用一个或多个测距传感器，如激光测距仪，以及带有蒙特卡罗/马尔可夫定位技术的陀螺仪或惯性测量单元，以了解它在哪里，因为它动态规划了到达目标的最短允许路径。这样的系统的优点是，它们对于按需传送到任何位置都是高度灵活的。他们可以在不影响整个生产操作的情况下处理故障，因为AGV可以规划故障设备周围的路径。它们的安装速度也很快，工厂的停机时间更短。^[3]

2.6 视觉引导

视觉引导AGV的安装无需对环境或基础设施进行任何修改。它们通过使用摄像机记录路线上的特征来操作，允许自动导航车辆通过使用记录的特征来导航来重放路线。视觉引导AGV使用证据网格技术，这是概率体积传感的一种应用，由卡内基梅隆大学的汉斯·莫拉维克博士发明并最初开发。证据网格技术使用空间中每个点的占用概率来补偿传感器性能和环境中的不确定性。主要导航传感器是专门设计的立体摄像机。视觉引导AGV使用360度图像并构建3D地图，这允许视觉引导AGV在无需人工帮助或添加特殊特征、地标或定位系统的情况下遵循训练有素的路线。

2.7 地理导航

地理导航AGV识别其环境以确定其位置。在没有任何基础设施的情况下，装有地理导航技术的叉车可以检测和识别仓库内的立柱、机架和墙壁。使用这些固定引用，它可以实时定位自身并确定其路径。对于接送地点的数量，距离没有限制。路线是无限可修改的。

为了帮助自动导引车导航，它可以使用三种不同的转向控制系统。^[4]

差速控制是最常见的。这种方法有两个独立的驱动轮。每个驱动器以不同的速度驱动，以便转弯，或以相同的速度使AGV向前或向后行驶。AGV的转向方式与坦克相似。这种转向方法是最简单的，因为它不需要额外的转向马达和机构。通常情况下，在用于在狭小空间内运输和转弯的AGV上，或者当AGV在机器附近工作时，都会出现这种情况。此车轮设置不用于牵引应用，因为AGV会导致拖车在转弯时出现V字形转弯。

第二种转向方式是方向盘控制AGV。这种转向方式可以类似于汽车的转向。但这不是很灵活。更常见的是使用类似于传统三轮叉车的三轮车辆。驱动轮就是转动轮。它比差速控制方法更精确地跟踪编程路径。这种AGV转弯更平稳。方向盘控制AGV可用于所有应用；与差速控制不同。^[5]转向轮控制用于牵引，有时也可以由操作员控制。

第三种类型是差速器和转向的组合。两个独立的转向/驱动电机放置在AGV的对角上，旋转脚轮放置在其他角上。它可以像汽车一样向任何方向转动(以弧形旋转)。它可以向任何方向移动，也可以以差动模式向任何方向移动。

AGV必须对路径做出决策。

选择。这是通过不同的方法来实现的：频率选择模式（仅有线导航）和路径选择模式（仅无线导航）或通过地板上的磁带不仅引导AGV，而且发出转向命令和速度命令。

4.1 频率选择模式

频率选择模式基于地板发射的频率做出决定。当AGV接近线路上分开AGV的点时，AGV检测到这两个频率，并通过存储在其存储器中的表决定最佳路径。不同的频率仅在AGV的决策点需要。此后，频率可以变回一个设定信号。这种方法不容易扩展，需要额外的切割，意味着更多的钱。

4.2 路径选择模式

使用路径选择模式的AGV根据预先编程的路径选择路径。它使用从传感器获得的测量值，并将它们与程序员给它们的值进行比较。当AGV接近决策点时，它只需要决定是否遵循路径1、2、3等。这个决定相当简单，因为它已经从编程中知道了它的路径。这种方法会增加AGV的成本，因为需要一个程序员团队来用正确的路径编程AGV，并在必要时更改路径。这种方法易于更改和设置。

4.3 磁带模式

磁带放在地面上或埋在10毫米的通道中；它不仅为AGV提供了跟随的路径，而且以不同极性、顺序和距离组合放置在轨道旁边的磁带条告诉AGV换道、加速、减速和停止。

包含多个AGV的柔性制造系统可能要求它具有交通控制，以便自动增益控制车辆不会相互碰撞。交通控制可以在本地进行，也可以通过在设施其他地方的固定计算机上运行的软件进行。本地方法包括区域控制、前向传感控制和联合控制。每种方法都有其优缺点。^[5]

5.1 区域控制

区域控制是大多数环境的最爱，因为它易于安装和扩展。^[6]区域控制使用无线发射器在固定区域传输信号。每个AGV都包含一个传感装置，用于接收该信号并将其发送回发射器。如果该区域被清除，信号被设置为“清除”，允许任何活动星系核进入和通过该区域。当AGV在该区域时，“停止”信号被发送，所有试图进入该区域的AGV停止并等待轮到它们。一旦区域内的AGV离开区域，“清除”信号被发送到一个等待的AGV。。设置区域控制交通管理的另一种方法是为每个机器人配备自己的小型发射器/接收器。然后，各个活动星系核向所有接近其所在区域的活动星系核发送自己的“不要进入”信息。这种方法的一个问题是，如果一个区域下降，所有AGV都有与任何其他AGV碰撞的风险。区域控制是控制区域内活动星系核的一种具有成本效益的方法。

带有安全激光传感器的全自动叉车AGV。(。)

5.2 避免碰撞

前向感应控制使用防撞传感器，以避免与该区域内的其他AGV发生碰撞。这些传感器包括：声波，其工作方式类似雷达；光学，其使用红外传感器；保险杠，物理接触传感器。大多数AGV都配备了某种类型的保险杠传感器，以防故障。声波传感器发出“啁啾”或高频信号，然后等待回复，AGV可以确定是否有物体在前方，并采取必要措施避免碰撞。^[6]光学系统使用红外发射器/接收器，发送红外信号，然后反射回来；与声波传感器的概念相似。问题是他们只能从这么多方面保护AGV。它们相对来说也很难安装和使用。

5.3 组合控制

组合控制感测使用的是防撞传感器以及区域控制传感器。两者的结合有助于在任何情况下防止碰撞。对于正常操作，区域控制与碰撞避免一起使用，作为故障保护。例如，如果区域控制系统关闭，碰撞避免系统将防止AGV碰撞。

拥有AGV的行业需要对AGV有某种控制。控制活动星系核有三种主要方法:定位面板、CRT彩色图形显示、中央记录和报告。^[7]

定位器面板是一个简单的面板，AGV所处的区域。如果AGV在一个区域停留太久，可能意味着它被卡住或损坏。CRT彩色图形显示实时显示每辆车的位置。它还提供自动增益控制的状态、电池电压、唯一标识符，并可以显示阻塞点。中央日志记录用于跟踪系统中所有AGV的历史。中央日志记录存储这些车辆的所有数据和历史记录，这些数据和历史记录可以打印出来以获得技术支持，或者记录下来以检查运行时间。

AGV是FMS中经常使用的系统，用于将较小的子系统保持、运输和连接到一个大型生产单元中。AGV使用许多技术来确保它们不会相互撞击，并确保它们到达目的地。从一个地区到另一个地区的装载和运输是AGV的主要任务。AGV一开始需要很多钱，但他们工作效率高。在日本等地，自动化程度已经提高，现在被认为是美国工厂的两倍。对于巨大的初始成本，总成本随着时间的推移而降低。

• 牵引车(也叫“拖车”)是最早引进的类型，至今仍然是非常流行的类型。牵引车可以牵引多种类型的拖车，容量从2000磅到160000磅不等。
  

  拖拉器AGV可以比手动操作的拖拉器更安全地移动拖车或拖车列车。

在仓库环境中牵引多辆拖车的自动导向小车

• AGV单位载重 车配备有甲板，允许单位负荷运输，通常自动负荷转移。甲板可以是升降式、动力或非动力辊道、链条或皮带甲板，也可以是带有多个舱室的定制甲板。
  

  单位负载AGV(双)

• AGV托盘车设计用于将托盘货物运输到地板上或从地板上运输出去；不需要固定的装载台。
  

  带稳定器垫的叉车AGV

• AGV混合动力汽车公司由标准的载人卡车改装而成，因此它们可以全自动运行或由叉车司机驾驶。这些可以用于拖车装载以及在仓库周围移动材料。大多数情况下，它们配备有叉子，但可以定制以适应大多数负载类型。^[7]
  

  混合AGV拣选负载

• 轻载AGV是容量约为500磅或更小的车辆，用于在轻制造环境中运输小零件、篮子或其他轻负载。它们被设计成在空间有限的地区运行。
• AGV装配线车辆是轻负载AGV的一种改进，适用于涉及串行装配过程的应用。

自动导向车辆可用于各种应用，以运输许多不同类型的材料，包括托盘、卷、架、车和容器。AGV在具有以下特征的应用中表现出色:

• 材料在一定距离内的重复运动
• 稳定负载的定期交付
• 中等吞吐量/体积
• 当准时交货至关重要且延迟交货导致效率低下时
• 至少两班制的操作
• 跟踪材料很重要的流程

8.1 处理原材料

AGV通常用于运输原材料，如纸张、钢、橡胶、金属和塑料。这包括将材料从收货处运输到仓库，并将材料直接运送到生产线。^[8]

8.2 在制品运动

在制品运动是使用自动导向车辆的首批应用之一，包括整个制造过程中材料的重复运动。AGV可用于将物料从仓库转移到生产线或从一个流程转移到另一个流程。^[9]

8.3 托盘搬运

托盘搬运是AGV非常流行的应用，因为托盘的重复移动在制造和分销设施中非常常见。AGV可以将托盘从码垛机移动到拉伸包装仓库/仓库或出站运输码头。^{[10] [11]}

8.4 成品处理

将成品从制造转移到储存或运输是材料交付给客户之前的最终运输。这些运动往往需要最温和的材料处理，因为产品是完整的，并受到来自粗暴处理的损害。由于AGV的运行具有精确控制的导航、加速和减速功能，因此可以最大限度地降低损坏的可能性，使其成为此类应用的最佳选择。

8.5 拖车装载

拖车自动装载是自动引导车的一个较新的应用，并日益流行。AGV用于在没有任何特殊码头设备的情况下，将成品托盘直接运输和装载到标准的公路拖车上。AGV可以从输送机、货架或分段运输车道上捡起托盘，并以指定的装载模式将其运送到拖车中。^[12]一些自动拖车装载AGV利用自然瞄准功能查看拖车壁以供导航。这些类型的ATL AGV可以是完全无人驾驶或混合动力汽车。^[13]

8.6 辊处理

AGV用于在许多类型的工厂运输辊，包括造纸厂、转炉、打印机、报纸、钢铁生产商和塑料制造商。AGV可以在地板上、机架上存储和堆叠纸卷，甚至可以自动装入装有纸卷的印刷机。^[14]

辊夹AGV

8.7 集装箱搬运

集装箱码头显示一个集装箱正被装载到无人驾驶的自动化导向车

AGV在一些海运集装箱码头上用于移动海运集装箱。主要的好处是降低了劳动力成本和更可靠（变化较小）的绩效。荷兰ETC在鹿特丹港的三角洲码头率先使用AGV。

在许多制造工厂和仓库中，高效、低成本的物料运输是改善作业的一个重要和共同因素。由于自动导向车辆（AGV）可以提供高效、经济的材料运输，AGV可以应用于各种行业的标准或定制设计，以最适合行业的要求。目前使用AGV的行业包括（但不限于）：

9.1 制药业

AGV是制药工业中移动材料的首选方法。因为AGV系统跟踪AGV提供的所有运动，所以它支持过程验证和cGMP（当前的良好制造实践）。

9.2 化学工业

AGV运送原材料，将材料移动到固化存储仓库，并提供到其他加工单元和站的运输。常见行业包括橡胶、塑料和特种化学品。

9.3 制造业

AGV通常用于产品的一般制造。AGV通常可以用于输送原材料、运输在制品、移动成品、移除废料和供应包装材料。

9.4 汽车业

AGV安装在冲压厂、动力传动系(发动机和变速器)厂和装配厂，用于输送原材料、运输在制品和移动成品。AGV也用于提供必须更换的专用工具。

9.5 造纸和印刷行业

AGV可以移动纸卷、托盘和垃圾箱，以提供纸张、报纸、印刷、瓦楞、转换和塑料薄膜生产和仓储（存储/检索）中的所有常规材料移动。

9.6 食品和饮料行业

AGV可用于在食品加工过程中移动物料（如将食品或托盘装入灭菌器），并在“生产线末端”连接码垛机、拉伸包装机和仓库。AGV可以装载标准的、带成品的公路拖车，并卸下拖车，向工厂供应原材料或包装材料。AGV还可以在仓库中存储和检索托盘。

9.7 医院

AGV在医疗行业中越来越流行，用于高效运输，并被编程为完全集成以自动操作门、电梯/升降机、推车清洗机、垃圾倾卸机等。AGV通常移动亚麻布、垃圾、管制医疗垃圾、患者膳食、脏食品托盘和外科手术箱。

9.8 仓储业

仓库和配送中心中使用的AGV在逻辑上移动仓库周围的货物，并为运输/装载或接收做准备，或者将货物从感应输送机移动到仓库内的逻辑存储位置。通常，这种类型的使用伴随着定制的仓库管理软件。^[15]

9.9 主题公园

近年来，主题公园产业开始使用AGV作为游乐设施。最早的AGV乘骑系统之一是为Epcot的宇宙能源，在1982年开放。这辆车使用有线导航驾驶“旅行剧场”通过这辆车。许多游乐设施都使用有线导航，尤其是当员工必须经常在游乐道路上行走时，例如迪斯尼好莱坞电影制片厂的大型电影游乐设施（现已关闭的景点）。^[16]好莱坞电影制片厂的另一个使用有线导航的游乐设施是暮色地带恐怖之塔（Twilight Zone Tower of Terror），这是一个组合的升降塔/黑暗游乐设施。电梯轿厢是AGV，在独立的垂直运动驾驶室内锁定到位，以垂直移动。当AGV到达需要水平移动的楼层时，它会从垂直驾驶室解锁，并自动驶出电梯。^[17]

主题公园最近的一个趋势是所谓的无轨游乐系统，即使用LPS、wi-fi或RFID移动的AGV游乐设施。该系统的优点是，乘坐者可以执行看似随机的运动，每次都会有不同的乘坐体验。

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  从《伟大的电影乘坐》中车辆驾驶的视角，显示乘坐路径和有限的驾驶控制。

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  一辆乘用车停靠在[南极洲：企鹅帝国]的车站。

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  在“能量宇宙”展馆的一辆乘用车（在它的转台上），展示了导线路径。

AGV使用许多电池充电选项。每个选项都取决于用户的偏好。

10.1 电池交换

“电池交换技术”^[18]要求操作员在AGV运行大约8-12小时（大约一个班次）后，手动从AGV中取出已放电的电池，并将充满电的电池放回原位。车队中的每辆AGV需要5-10分钟来完成这项工作。

10.2 自动和择机充电

“自动和择机充电”^[18]允许连续操作。AGV的自动充电平均每小时12分钟，无需人工干预。如果有机会，AGV将会自动充电。当电池组达到预定水平时，AGV将在进入充电站之前完成其分配的当前工作。

10.3 自动电池交换

自动电池交换是手动电池交换的替代方法。它可能需要一个额外的自动化机械，一个自动电池转换器，到整个AGV系统。AGV会把车开到电池交换站，自动将电池换成充满电的电池。然后，自动电池更换器将取出的电池放入一个充电槽中进行自动充电。自动电池更换器跟踪系统中的电池，并仅在电池充满电时才将其拔出。

其他版本的自动电池交换允许AGV相互更换电池。

虽然电池更换系统减少了更换电池所需的人力，但电池充电技术的最新发展使电池能够更快、更有效地充电，潜在地消除了更换电池的需要。

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10.4 无线充电

WPT(无线输电)是一种非常有效和免维护的自动发电车电池充电方法。通常，该系统作为一个电感式电力传输系统，具有发送器和接收器线圈。传输功率可达300kw。典型的AGV系统的充电功率为3kw左右。^[19]