引言

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。在工业自动化的主流趋势下，AGV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。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。

本文将介绍十种主流的AGV导航方式。并对未来导航的主流发展方向进行简单的探讨。

 1.磁钉导航

磁钉导航需要磁条传感器来定位AGV相对于路径的左右偏差，磁钉导航与磁条导航的差异就是磁条是连续铺设的，磁钉额离散铺设的。

如果需要在完全使用磁钉导航，则需要铺设大量磁钉，磁钉导引在码头AGV上应用较多。

优点：成本低，技术成熟；隐蔽性好，较磁带导航美观；抗干扰性强，耐磨损，抗酸碱。缺点：AGV路径易受铁磁物质影响，更改路径施工量大，磁钉的施工会对地面产生一定影响。

2. 电磁导航

电磁导引是比较传统的导引方式，实现形式是在自动导引车的行驶路径上埋设金属线，并在金属线上加载低频、低压电流，产生磁场，通过车载电磁传感器通过对导引磁场强弱的识别和跟踪实现导航，通过读取预先埋设的RFID卡来完整指定任务。

电磁导引在路线较为简单，需要24小时连续作业的生产制造（如汽车制造）有比较广泛的应用。

优点：引线隐蔽，不易污染和破损，导引原理简单而可靠，便于控制和通讯，对声光无干扰，制造成本较低。缺点：路径难以更改扩展，对复杂路径的局限性大，对RFID硬件要求较高。

3.磁带导航

磁带导引与电磁导引原理较为相近，也是在自动导引车的形式路径上铺设磁带，通过车载电磁传感器对磁场信号的识别来实现导引方式。

磁条导引适用于地面嵌入型、轻载牵引的状态方式，可用于非金属地面、非消磁的室内环境，能够稳定持久作业。

优点：灵活性比较好，改变或扩充路径较容易，磁条铺设简单易行。缺点：导航方式会受环路通过的金属等硬物的机械损伤，对导航有一定的影响。

4.激光导航

激光导航一般就指基于反射板定位的激光导航，具体原理是在AGV 行驶路径的周围安装位置精确的反射板，激光扫描器会安装在 AGV 车体上。

激光扫描器随 AGV 的行走, 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直接反射回来，触发控制器记录旋转激光头遇到反射板时的角度。控制器根据这些角度值与实际的这组反光板的位置相匹配，计算出 AGV 的绝对坐标，基于这个原理就可以实现非常精确的激光导引。

优点：AGV定位精确；地面无需其他定位设施；行驶路径可灵活多变，能够适合多种现场环境，是目前国外许多AGV生产厂家优先采用的先进导航方式。缺点：制造成本高，对环境要求较相对苛刻（外界光线，地面要求，能见度要求等）

5.二维码导航

二维码导引，坐标的标志通过地面上的二维码实现。二维码导引与磁钉导引较为相似，只是坐标标志物不同。

二维码导航的原理是自动导引小车通过摄像头扫描地面QR二维码，通过解析二维码信息获取当前的位置信息。二维码导航通常与惯性导航相结合，实现精准定位。

二维码导航目前在市场上十分火热，主要原因是亚马逊高价收购了KIVA二维码导航机器人，其类似棋盘的工作模式令人印象深刻，国内的电商，智能仓库纷纷采用二维码导航机器人。二维码导引的移动机器人的单机成本较低，但是在项目现场需要铺设大量二维码，且二维码易磨损，维护成本较高。

优点：灵活性比较好，改变或扩充路径较容易，磁条铺设简单易行。缺点：导航方式会受环路通过的金属等硬物的机械损伤，对导航有一定的影响

6. 光学色带导航

色带导引是在自动导引车的形式路径上设置光学标志（粘贴色带或涂漆），通过车载的光学传感器采集图像信号识别来实现导引的方法。光学导引与磁带导引较为类似，主要的优点是路面铺设较为容易，拓展与更改路径相对磁带导引容易，成本低。缺点是色带较为容易受到污染和破环，对环境的要求高，导引的可靠性受制于地面条件，停止定位精度较低。

色带导引适合在工作环境洁净，地面平整性好，AGV定位精度要求不高的场合。

优点：灵活性比较好，地面路线设置简单易行。缺点：对色带的污染和机械磨损十分敏感，对环境要求过高，导航可靠性较差，且很难实现精确定位。

7. 惯性导航

惯性导航是利用移动机器人内部传感器，获取位姿。主要有利用光电编码器，陀螺仪，或者两者同时使用。

移动机器人的车轮上装有光电编码器，移动机器人在运动的过程中，利用编码器的脉冲信号进行粗略的航位推算，确定移动机器人的位姿。利用陀螺仪可以获取移动机器人的三轴角速度和加速度，通过积分运算获取位姿信息，两种航位推算可以进行融合。一般情况下，惯性导航会作为其他导航方式的辅助定位。

优点：技术先进，定位准确性高，灵活性强，便于组合和兼容，适用领域广，已被国外的许多AGV生产厂家采用。缺点：制造成本较高，导引的精度和可靠性与陀螺仪的制造精度及使用寿命密切相关。

8. GPS导航

GPS（Global Positioning System）导航是通过GPS传感器获取位置和航向信息来实现导航的方法。GPS导航的导航精度较低，位置误差在10米左右。

GPS导航主要应用在汽车、船舶、手机等定位，在精度要求较高的室内AGV定位上使用较少。

优点：通常用于室外远距离的跟踪和制导，其精度取决于卫星在空中的固定精度和数量，以及控制对象周围环境等因素。缺点：地面设施的制造成本过高，一般用户无法接受。

9. 视觉导航

通过自动导引车车载视觉传感器获取运行区域周的图像信息来实现导航的方法。硬件上需要下视摄像头，补光灯和遮光罩等来支持该种导航方式的实现，可利用丰富的地面纹理信息，并基于相位相关法计算两图间的位移和旋转，再通过积分来获取当前位置。

该方式通过移动机器人在移动过程中摄像头拍摄地面纹理进行自动建图，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。

视觉导航AGV目前在市场上的应用较少，视觉纹理导航的优点是硬件成本较低，定位精确。缺点是运行的地面需要有纹理信息，当运行场地面积较大，绘制导航地图的时间相比激光导航长。

优点：图象识别技术与激光导航技术相结合将会为自动化工程提供意想不到的可能，如导航的精确性和可靠性，行驶的安全性，智能化的记忆识别等都将更加完美。缺点：技术成熟度不够目前较难实现商业应用。

10.复合导航

复合导航指应用两种或两种以上导引（或导航）方式实现自动导引车运行的方法。如二维码导航与惯性导航的组合，利用惯性导航短距离定位精度高的特性，将两个二维码之间的导航盲区使用惯性导航。激光导航与磁钉导航组合应用，在定位精度要求较高的站台位置使用磁钉导航，增加AGV定位的稳定性。复合导航是为了使AGV适应各种使用场景常见的导航方式，也将越来越广泛应用在各种AGV上。

优点：导航精度高，效果好。缺点：成本较高，设计安装难度较高。

未来导航的主流发展方向

相比于其它导航方式，视觉导航方式优势明显，有望成为未来导航主流发展方向，其优势主要体现于以下三个方面：

（1）低成本：视觉导航的低成本主要体现于传感器的低成本和运维的低成本。世界顶级品牌的工业级单目相机加镜头仅3000元，普通的商用相机售价百元左右，相比较于激光导航动辄万元的激光传感器成本较低。此外，未来机器人在自然环境下的视觉导航技术无需在环境中使用任何标记物，降低了客户现场的运维成本。综合以上两点，客户购买AGV设备的投资回报时间会大幅缩短。

（2）无需改造现场环境：未来机器人的核心是在自然环境中的视觉定位导航技术，无需对客户现场进行任何改变、无需磁线、磁钉、激光反射板等人工标记，仅通过视觉自然特征即可实现高效的定位导航。降低项目实施难度、减少实施时间。

（3）高性能：从原理上讲，视觉捕获二维图像信息，图像中不仅包含轮廓信息，还包含颜色信息。其中，颜色信息是不能通过其他传感器得到的。而颜色信息对于移动机器人自主定位、控制、避撞纠偏都非常有价值。通过丰富的视觉信息，未来机器人的AGV产品及改装方案可以实现高效（直线速度2m/s，过弯速度1.5m/s（过弯不停车））、高精度（位置误差<1cm）、高稳定性（失误率<0.1%）的自主导航。

当然纯视觉导航也有缺点，主要是纯视觉导航技术目前成熟度一般，商业化应用较为困难。目前更好的方式是多导航方式结合使用。

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