AGV导航技术一览,谁将是未来主流?

磁导航技术门槛低,成本低;二维码导航技术成熟,应用广泛;激光SLAM导航和视觉SLAM导航灵活精确...在市场残酷竞争之下,优胜劣汰,未来谁会是主流的AGV导航方式呢?

  近年来,国内工业自动化市场逐渐增长,越来越多企业引进工业自动化系统。工业自动化系统不仅能让生产成本变低,还能减小能源低消耗,提高生产效率

  而在工业自动化的主流趋势下,AGV(AutomatedGuidedVehicle自动导航运输车)行业迎来了迅猛的发展,现已广泛在工厂搬运、仓储物流、医疗器械运输、自动停车等场景里。

  牵引式拖拉机改造,空中导线导引,带有车兜——这是1953年世界上第一辆AGV的雏形。

  经过60多年的发展,最初用导线导航的AGV基本已被淘汰,并进化出多种方式导航。目前,市场上应用广泛的AGV导航方式主要有磁导航、二维码导航、激光导航和视觉导航等。

  磁导航

  磁导航的核心是“磁场”。

  一般是在AGV的行驶路径上埋设金属导线或磁条,并加载低频、低压电流,使导线周围产生磁场,然后AGV上的感应线圈对导航磁场强弱进行识别和跟踪,从而实现AGV导引。


  二维码导航

  顾名思义,二维码导航就是通过扫描二维码进行导航。

  它的原理是AGV通过摄像头扫描地面铺设的二维码,通过解析二维码信息获取当前的位置信息。为了提高定位精准度,二维码导航通常会与惯性导航相结合使用,惯性导航可以利用AGV内部传感器(光电编码器,陀螺仪)获取当前位置和姿态,辅助二维码导航定位。


  激光导航

  激光导航就是通过AGV发射激光,然后接受反射回来的激光来判断AGV的位置与环境。

  在AGV车体上安装激光扫描器,激光扫描器随AGV的行走的同时会发出激光束,发出的激光束被沿AGV行驶路径铺设的多组反射板或工作环境中的墙面、物体等直接反射回来,触发控制器记录信息,计算出AGV的位置坐标等,从而感知周围环境。


  视觉导航

  视觉导航是通过AGV车载视觉传感器获取运行区域周围的图像信息来实现导航的方法。

  AGV在移动过程中,摄像头会拍摄地面纹理并进行自动建图,再将在运行过程中获取的地面纹理信息,与自建地图中的纹理图像进行配准对比,以此估计移动机器人当前位姿,实现移动机器人的定位。


  另外,提及一下SLAM导航,SLAM导航现在比较火,被讨论得比较多。在AGV领域,SLAM导航包含激光SLAM导航与视觉SLAM导航,SLAM(simultaneouslocalizationandmapping)即同步定位与建图,指在未知的环境中,AGV通过自身所携带的内部传感器(编码器、IMU等)和外部传感器(激光传感器或者视觉传感器)来对自身进行定位,并在定位的基础上利用外部传感器获取的环境信息增量式的构建环境地图。

相比于要改造环境的磁导航与二维码导航,SLAM导航可直接用在任何环境里,无需花钱花精力改造环境,拿到即能用。


  下面我们来看看这4种主要导航方式优缺点的对比:

  

  整体来看,这4种AGV导航方式都有着定位精确的优点,但是在成本方面,磁导航和视觉导航成本相对低些,而其他三种方式成本相对高,二维码导航的二维码易磨损,会产生较高的维护成本,而激光导航的激光传感器价格也比较高。

  而在路径规划灵活度方面,磁导航的灵活度是最低的,因为磁导航要改变路径意味着地上的磁导线或磁条要改变,比较麻烦,二维码导航相对灵活些,改变路径较容易,而激光SLAM导航和视觉SLAM导航则是最灵活的,属于无轨导航。

  以上几种AGV导航发展有先有后,都有各自的缺点和优势,所以从实际的使用场景出发,他们各有市场。但是,未来谁会是主流的AGV导航方式呢?

  磁导航于日本九十年代就大规模兴起了,加上磁导航技术门槛低,代码又开源,所以在国内发展的时间最久。不过,磁导航AGV成本低,性能一般,是相对低端的AGV,要求较高的应用场景,都不会用它。

  未来,随着市场要求的进一步提高,留给磁导航AGV的空间只会越来越小。

  目前,AGV导航技术研发主要集中在二维码导航、激光SLAM导航和视觉SLAM导航上,未来发展也将以这三种导航方式为主。

  二维码导航在市场上的火爆离不开二维码导航机器人Kiva,它于2012年被亚马逊以7.75亿美元的高价收购,瞬间被世界所熟知。Kiva被誉称为世界上最成功的AGV设计,定制的双摄像机成像模块是Kiva系统的关键设备之一,一个摄像头向下看地面以识别仓库地板上的二维码,另一个向上看货架的底部。每个摄像头都配备6个红色LED用于照明。夹在两个摄像机之间的是图像处理模块,能通过高速串口获取数据,进行数据矩阵检测。


  Kiva这种类似棋盘的工作模式令人非常印象深刻,于是,国内的电商,智能仓库也纷纷效仿,采用二维码导航AGV,进而促进了二维码导航AGV的发展。

  不过,二维码导航要求项目现场铺设大量二维码,而二维码易磨损,维护成本较高,所以,二维码想要长盛不衰持续占据大部分市场是比较难的,尤其是在激光传感技术和视觉传感技术日渐发展成熟的情况下。

  现在激光SLAM导航和视觉SLAM导航的性能越来越好了,很多人开始重视及看好SLAM导航,目前一些传统导航AGV也已被SLAM所取代。

  SLAM导航的方式能使AGV灵活规划路径,定位准确,行驶路径灵活多变,施工较为方方便,能够适应各种实用环境。

  但激光导航成本较高,视觉导航绘制地图时间较长,所以在目前AGV市场上,这两种导航AGV的占用率都不是很高。

  不过,一方面,随着自动驾驶的火爆,自动驾驶主要传感器之一的激光传感器(尤其是激光雷达)也变得香饽饽,为抢先夺得市场,现各大传感器公司正努力研发性价比高的激光传感器。预计不久后,激光传感器的价格会降下去,届时激光导航AGV将拥有更大的优势。

  另一方面,视觉算法正高速发展,最好的例子就是特斯拉。随着视觉算法的增强,未来视觉导航的效率会随之上升,视觉导航AGV应用也将更加广泛。

  所以,SLAM导航未来可期。

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