AGV百科
AGV是（Automated Guided Vehicle）的縮寫，意即“自動導引運輸車”，是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，它能夠沿規定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車。
圖1 AGV鐳射導航示意圖
在AGV早期發展中，AGV主要以電磁導航、磁帶導航為主，這種AGV導航具有穩定可靠、經濟實用，但是也有其如下弊端：
1、電磁導航需要對地面開槽進行施工，然後回填，破壞原有的地面完整性。
2、磁帶導航需要在地面貼上，後期容易被其他車輛與人員碾壓破壞。
3、後期工藝要求修改AGV線路，需要重新施工鋪設（增加成本）。
4、整體車間美觀性不完美。
在這樣的歷史背景下，在AGV的電磁導航、磁帶導航的基礎上，急需另一種新的AGV導航方式解決電磁/磁帶導航的可擴充套件性的弊端。
Q1：如何開發AGV定位導航感測器？
人們首先就聯想到能否有一種技術類似於GPS的定位系統，可以在室內使用，而且定位精度在毫米級別的。進入20世紀70-80年代，隨著鐳射技術的不斷髮展，進而鐳射測距精度逐漸提高。人們開始嘗試利用鐳射作為測量定位，在不斷地實驗努力下，成功的研發出二維鐳射掃描器。
鐳射的安全等級分類（IEC標準）
Class 1
Class 1 等級屬於低能量級鐳射，它是非常安全的並且可以避免所有的靜電危險，沒有生物性傷害。無論在任何條件下鐳射都不會對人體或面板產生損害。因此Class 1鐳射感測器除了貼鐳射等級標籤以外，無需做其他安全防護措施。
圖2 二維鐳射掃描器
二維鐳射掃描器
二維鐳射掃描器是利用時間飛行原理來測量目標的尺寸及形狀等工作的一種儀器，二維鐳射掃描器測量系統基於鐳射測距原理。透過旋轉的光學部件發射形成二維的掃描面，以實現區域掃描及輪廓測量功能。二維鐳射掃描器產品被廣泛用於防撞、測量、導航、安防等，如AGV導航、裝置防撞、車型檢測、敏感區域防護等。
影片1 二維鐳射掃描器工作原理動畫
反光板式的鐳射導航
圖3 AGV鐳射掃描器工作原理圖
鐳射掃描器
反光板的鐳射導航是透過鐳射發射器持續地發射鐳射脈衝，由旋轉機構將鐳射脈衝按一定角度間隔（角度解析度）發射向掃描角度內的各個方向而形成一個以徑向座標為基準的二維掃描面。鐳射雷達透過識別掃描範圍內的物體表面反射率，來識別鐳射反光板的位置資訊（X，Y），再透過最少三個反光板的位置計算出鐳射雷達所在的AGV的位置和姿態資訊（X，Y，a）
Q2：為什麼鐳射掃描器需要反光板？
反光板內部原理
反光板內部原理
反光板的內部是三稜鏡結構，可以實現入射光的同路反射。反光板的反射率遠遠大於普通物體的表面。所以鐳射是可以透過表面反射率不同從目標中識別出反光板的。
Q3：AGV反光板有幾種
圖4 反光板（平面、圓柱）
Flat
reflector
Cylindrical
reflector
N° of reflectors
More
Less
Use specular reflecting surfaces, like windows or steel plates, behind reflectors
Possible
Never*
Optimal for use in outer corner
No
Yes
Important edges for reflector bearing calculation
Right
Right
&Left
Mounting
“Easy”
“Hard”
* 在圓柱形反光板後面有反光性比較強的表面可能導致AGV導航感測器偵測一個錯誤的反光板。如下圖。
圖5 反光性強的牆面引起異常示意圖
Q4：AGV是如何透過反光板定位？
1
測取反光板座標
測取反光板位置
AGV如果要利用反光板作為自己導航的參考物，首先必須獲取現場反光板的座標。目前現在市面上的二維鐳射導航掃描器都具有測量現場車間部署反光板的位置座標的計算功能。AGV專業人員只需要將AGV車輛在指定位置進行測量，利用二維鐳射掃描器360度旋轉掃描的功能，獲取當前環境中的所有反光板位置資訊。
將獲取到的反光板位置資訊，透過特定的軟體調整、旋轉、編輯，讓其反光板資訊與車間佈局一致。
將處理後的反光板座標資訊編譯後，下載到AGV控制器（某些品牌的需下載到二維鐳射導航感測器內）。
2
定位與導航
定位與導航
在AGV測取現場反光板的位置資料後，鐳射掃描器透過旋轉測量獲取掃描器與每個反光板的距離值，最少3個反光板距離值，透過三角定位法計算出鐳射掃描器當前座標位置。
AGV導航的定位演算法——三角定位法。
影片2 鐳射導航在叉車中的應用
Q5：反光板安裝位置有什麼要求？
1
反光板安裝推薦
推薦方式：在90度範圍內採用如上圖所部署反光板。AGV能最大程度實現定位。
不推薦方式：如上的安裝方式，該方式整個90度大範圍內未能實現反光板最優覆蓋。
2
雙反光板情況
雙反光板是從鐳射掃描器角度看到的彼此角度相近的反光板，它們不能被系統準確地區分開來。這種情況稱為“雙反光板”。
鐳射掃描器對反光板進行測量演算法評估功能。只要雙反光板之間保持至少4米的縱向深度，鐳射掃描器就可對雙反光板在一定角度之內區分雙反光板。 在這種情況下，第一逆時針方向檢測到的反射鏡為真反光板，而第二個可能在反光板則認為是第一個檢測到的反光板的陰影。
根據以上技術原理，AGV行走路線與牆（牆上已經部署反光板）或者一排柱子（部署發光板）平行，則鐳射掃描器在某種特定重疊角度內是可以區分反光板。當然能夠區分的前提是雙反光板之間的距離大於4米。
圖6 在當前位置，A反光板優於B反光板被採用
圖7 在當前位置，B反光板優於A反光板被採用
3
反光板偵測距離
在AGV應用中，在鐳射掃描器測量距離範圍，能夠檢測足夠數量的真實反光板，能夠最大限度地減少假反光板的影響。 在虛假反光板是鐳射導航的一個麻煩，因此在鐳射掃描器有限測量距離內有足夠的反光板是非常重要的。
以下設定鐳射掃描器有效測量距離為25米
圖8 圓柱形反光板被檢測的區域（270度被檢測到）
圖8 平面形反光板被檢測的區域（檢測距離為25米）
由上圖可以看出，平面形反光板在45度範圍內，可以最大檢測25米，在60度時候，最遠檢測反光板為15米，在75度時候，檢測距離5米。
圖9 平面形反光板被檢測的區域（檢測距離為70米）
某些品牌的鐳射掃描器最遠檢測距離為70米，將鐳射掃描器檢測距離設定70米，主要用於戶外應用模式，檢測距離設定越長，鐳射掃描器的敏感度越強，即對假反光板更敏感。距離1米的白色牆壁反光率與70米遠的反光板的反光率相當。因此將鐳射掃描器設定距離越遠，越要求一個更嚴格的無反光板的環境更為重要。
Q5：反光板如何安裝最最佳化、最合理？
01
柱子安裝反光板原則
在一個柱子上安裝2個反光板的原則：鐳射掃描器在任何位置都不能同時檢測到同一柱子上的2個反光板。為了確保2個反光板不能同時被檢測到，最有效的方法就是讓2個反光板相互背離式安裝。
推薦安裝方法（反光板背靠背安裝）
圖10
不推薦安裝方法
（2個反光板同時被檢測到）
02
圓柱形反光板與牆面
與平面形反光板相比，通常使用圓柱形反光板需要較少數量的部署，在這兩種情況下，最重要的是如何解決不對稱性部署反光板。
當AGV行走長距離線路與反光板部署的牆體平行（多個反光板形成的線與牆體平行），而且靠近。要求AGV行走的路線與牆體最小距離必須大於0。7米。
使用如下公式，切記不要超過最大限度：
DR≤10*DW,DW≤20米
其中：
DW：鐳射掃描器距離牆（反光板），最小為0。7米。
DR：反光板之間的距離。
我們推薦最大部署為：
DR≤10*DW且DR≤20米
圖11 圓柱形反光板部署方案
03
平面反光板與牆面
45º安裝的優點是反光板一個方向可見。
圖12 45度反光板安裝部署方案1
在正常的牆體條件下，假反光板的風險較低，反光板之間的間距Dmax最高可達最近路徑的距離的5至6倍距離d。 在這個空間範圍上可能導致暫短範圍內掃描器無法掃描到任何反光板，然後對沿牆的導航不會產生不利影響。
圖12 背靠背反光板安裝部署方案2
該方案與方案1有相同的特性，該部署方式的優點是沿著AGV線路行走掃描器遠距離可檢測反光板。缺點是掃描器到達反光板位置是具有盲區Db。
圖13 靠牆反光板安裝部署方案3
反光板平行於牆體安裝，每個反光板被檢測到的範圍是有限的。由於反光板的特性要求檢測最大角度大約為75度，有效檢測範圍：
Dv = d*tan（75°） = 3。7*d
圖14 不同角度混合安裝示例
柱子之間的間隔為10m，AGV路徑距離牆體壁為2m，並且沿著牆體的反光板之間的間隔約為10m。
圖15 位置A檢測反光板數量
圖16 位置B檢測反光板數量
圖17 位置C檢測反光板數量
04
圓柱形反光板與走廊
與平面形反光板相比，圓柱形反光板數量部署相對較少。但是佈局方式採用非對稱形式。
圖18 在走廊內部署圓柱形反光板示例
圖19 位置A檢測反光板數量
圖20 位置B檢測反光板數量
圖21 位置C檢測反光板數量
05
平面形反光板與走廊
反光板之間距離為5倍於路徑與牆體的距離，有些反光板之間距離採用4倍或6倍，其目的防止出現反光板對稱。
圖22 在走廊內部署平面形反光板示例
圖23 位置A檢測反光板數量
圖24 位置A檢測反光板數量
圖25 位置C檢測反光板數量
06
裝卸工位的反光板部署
在裝卸工位佈局要求AGV定位精度高，因此在反光板佈局設計上科學的、系統地、有針對性的部署反光板。
圖26 反光板圍繞工位部署（防止對稱性）
Q6：能否提供鐳射導航AGV例項？
