傳統(tǒng)的自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)在許多工業(yè)應(yīng)用中使用，其特點是以嵌入式磁鐵或?qū)Ь€、畫線或磁帶或其他電氣或機(jī)械路徑定義手段的形式進(jìn)行物理路徑引導(dǎo)。這些車輛通常沒有 "位置 "的概念，也不需要沿規(guī)定路徑的距離，可用于觸發(fā)速度變化、停止、裝載/卸載等，以實現(xiàn)預(yù)期的應(yīng)用。激光雷達(dá)通常用于檢測障礙物的存在，并使AGV在離其路徑上的物體的規(guī)定距離內(nèi)減速或停止。一些激光雷達(dá)產(chǎn)品具有監(jiān)測AGV的速度和方向的能力，它們可以動態(tài)地調(diào)整AGV前面或后面的保護(hù)區(qū)域的大小和形狀。

AGV的改進(jìn)

漸進(jìn)式的改進(jìn)使下一代AGV離開了由電線或膠帶建立的物理路徑，而使用內(nèi)部數(shù)字地圖和對其在該地圖上的位置的了解，遵循更靈活的預(yù)編程虛擬路徑。一種常見的方法是使用精心定位和測量的反射器和車載激光雷達(dá)的集合，通常具有360°的視野，根據(jù)與多個反射器的距離的三角測量來計算AGV的位置。

基于反射器的導(dǎo)航由于物體阻擋其放置而具有局限性

激光雷達(dá)是一種距離測量方法，它使用脈沖激光形式的光和一個高度敏感的探測器，使用飛行時間或相移測量來確定非常短的距離值。當(dāng)與在一個平面或其他模式中掃描激光的機(jī)制相結(jié)合時，用戶可以在連續(xù)的角度和/或方向上得到一系列的距離讀數(shù)。從這個二維或三維范圍的數(shù)據(jù)中，用戶可以從徑向坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)，并由此創(chuàng)建一個場景的二維或三維輪廓圖。

激光雷達(dá)具有獨特的資格，可以以非常高的速度進(jìn)行掃描，因為它具有光的速度，而且它以激光的形式攜帶自己的定向照明。此外，與立體視覺或三角測量等結(jié)構(gòu)光技術(shù)相比，激光雷達(dá)可以讀取非常長的距離，而不需要在攝像機(jī)或發(fā)射器/探測器對之間有一個大的基線，這對較小的車輛來說可能很重要。

一些激光雷達(dá)具有專門檢測激光掃描中的反射器的額外能力，為定位提供了一個低計算量的三角測量系統(tǒng)。然而，使用反射器和三角測量有一個復(fù)雜的問題，即在AGV行駛過程中的任何一點都需要看到三個或更多的反射器，當(dāng)操作空間被貨架、機(jī)器和其他設(shè)備分割時，這有時是一個困難的要求。

自主移動機(jī)器人

隨著全世界對工業(yè)4.0倡議的關(guān)注，以及制造商希望降低成本，提高靈活性和生產(chǎn)力，AGV技術(shù)的繼任者已經(jīng)以自主移動機(jī)器人（AMR）的形式出現(xiàn)了。這些AMR系統(tǒng)對于AGV系統(tǒng)來說，就像過去幾年的協(xié)作機(jī)器人對于工業(yè)機(jī)器人一樣。AMR系統(tǒng)沒有電線、物理引導(dǎo)和額外的基礎(chǔ)設(shè)施，如反射器，它不僅在傳統(tǒng)的制造邊界內(nèi)，而且在它們之間運輸材料和用品。穿過隧道和走廊，在建筑物之間和內(nèi)部行駛，乘坐電梯進(jìn)入多個樓層，AMR在躲避叉車時就像巧妙地談判狹窄的通道和人類步行交通一樣自如。

自主移動機(jī)器人繞過障礙物

真實世界自主導(dǎo)航

為了實現(xiàn)這一壯舉，AMR 必須能夠在其深遠(yuǎn)的邊界內(nèi)進(jìn)行定位，并規(guī)劃穿過擁擠區(qū)域的路徑，這些區(qū)域在 AMR 每次通過時可能看起來都非常不同。在這種環(huán)境中，尤其是在人員中和人員之間工作時，障礙物檢測和避讓至關(guān)重要。幸運的是，賦予 AMR 自身定位能力的相同傳感器能夠檢測和報告 AMR 必須越過的障礙物的發(fā)生和位置。這些傳感器（通常是激光雷達(dá)）最近在功率和成本效益方面發(fā)生的變化使 AMR 變得可行，并迎來了一波進(jìn)入者進(jìn)入快速增長的產(chǎn)品領(lǐng)域的浪潮。競爭和不斷縮小的電子產(chǎn)品使得移動應(yīng)用中使用的典型激光雷達(dá)價格從 10 多美元起，000 和十年前的籃球大小，今天的比較模型成本低于 2,000 美元，和棒球一樣小。更高的掃描速率和更高的角度分辨率為現(xiàn)代定位算法提供了更多的數(shù)據(jù)饋送饑餓算法。

同時定位和映射

使用激光雷達(dá)的 AMR 如何在沒有反射器或標(biāo)記的情況下，通過隧道和大廳，在多個建筑物和多個樓層中定位自己的大小空間？AMR 使用一種稱為同步定位和映射 (SLAM) 的技術(shù)，該技術(shù)在 20 世紀(jì) 80 年代中期和 90 年代的學(xué)術(shù)實驗室中率先推出，解決了創(chuàng)建未知環(huán)境地圖同時在地圖中保持位置的問題。SLAM 算法仍然是一個活躍的研究領(lǐng)域，它們的各種版本被研究人員和商業(yè)用戶廣泛使用，例如開源機(jī)器人操作系統(tǒng) (ROS) 庫、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的機(jī)器人導(dǎo)航工具包 (CARMEN) 和 Mobile機(jī)器人編程工具包 (MRPT)，僅舉幾例。

SLAM 可以使用許多傳感器作為輸入，激光雷達(dá)是目前最常見和最容易獲得的。它通常使用多種不同類型的傳感器輸入，并根據(jù)各種傳感器類型的能力和限制定制算法。

每個傳感器都有一個與之相關(guān)聯(lián)的算法，用于根據(jù)該輸入確定運動或位置。例如，里程計或車輪轉(zhuǎn)數(shù)與移動機(jī)器人底座的數(shù)學(xué)運動學(xué)一起使用，以計算基于車輪旋轉(zhuǎn)的運動。聲納或超聲波傳感器可以根據(jù)與當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施的距離來估計位置。激光雷達(dá)范圍掃描可用于多種方式來估計移動機(jī)器人的運動或位置。

作為一個迭代推理問題，SLAM 從一個已知條件開始，即 AMR 的位置和姿態(tài)，對未來條件的建模預(yù)測，即基于當(dāng)前速度和航向的位置和姿態(tài)估計，以及來自多個來源的傳感器數(shù)據(jù)誤差和噪聲量的估計。SLAM 使用包括卡爾曼或粒子濾波器在內(nèi)的統(tǒng)計技術(shù)來近似解決機(jī)器人的位置和迭代姿勢。

該圖表說明了擴(kuò)展卡爾曼濾波器的結(jié)果。顯示的是來自 Aethon 的 TUG 自主移動機(jī)器人沿著制造工廠的過道行駛的結(jié)果。過道呈90度角對齊。掃描到掃描算法（綠色）雖然相對平滑，但由于累積誤差可能會漂移（如圖的后半部分所示）。掃描到地圖算法（藍(lán)色）給出了均值可能跳躍的噪聲數(shù)據(jù)。這些變化是由于材料移動導(dǎo)致地圖與當(dāng)前環(huán)境不匹配造成的。紅線是通過使用擴(kuò)展卡爾曼濾波器結(jié)合所有定位技術(shù)計算出的 TUG 位置的估計值。跳躍是由使用絕對定位算法引起的。由 Aethon 提供。