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導(dǎo)航技術(shù)是室外AGV規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。
文｜黃滿婷 與蓬勃發(fā)展的室內(nèi)AGV相比,，室外AGV的市場(chǎng)一直以來被看做潛力巨大的藍(lán)海,，開墾進(jìn)度卻緩慢，究其原因,，主要還是室外導(dǎo)航的技術(shù)的研發(fā)難度過大且成本過高,。 室外AGV導(dǎo)航的發(fā)展進(jìn)程
室外AGV顧名思義就是在室外工作的AGV小車，室外AGV的主要場(chǎng)景有園區(qū)不同廠房之間的物料配送,、港口碼頭的貨物裝卸,、室外巡檢、無人配送,。此外,，還包括一些特殊行業(yè)中，如農(nóng)林業(yè)自動(dòng)割草機(jī),、自動(dòng)插秧機(jī)等……根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景與需求,，室外AGV導(dǎo)航方案各不相同,。就目前來說，在固定路線中磁釘導(dǎo)航的應(yīng)用相對(duì)成熟穩(wěn)定,，而在需要自主導(dǎo)航的環(huán)境中則以激光或視覺為主,，環(huán)境越復(fù)雜輔助傳感器也就越多，精度與速度需求越大,，越接近于無人駕駛技術(shù)的原則,。在AGV室外應(yīng)用場(chǎng)景中，園區(qū)廠房間配送及巡檢的導(dǎo)航方式相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單,。在這些簡(jiǎn)單的場(chǎng)景中,，由于道路軌跡相對(duì)固定，巡檢或搬運(yùn)AGV一般只需鋪設(shè)磁導(dǎo)航就能實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)或巡檢工作,。磁導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)是性價(jià)比高且安裝方便,，且不會(huì)受到光照、天氣或其他障礙物的影響,；不過磁導(dǎo)航的劣勢(shì)也很明顯,，柔性化程度過低，需要對(duì)道路進(jìn)行改造,，不便于大規(guī)模推廣,，應(yīng)用場(chǎng)景受到嚴(yán)重限制。盡管如此,，在碼頭港區(qū)應(yīng)用的室外AGV中,，同樣也有大量的磁導(dǎo)應(yīng)用。不過受港口環(huán)境高度動(dòng)態(tài)變化影響,， 港口AGV要和大型機(jī)械進(jìn)行互動(dòng)并融入碼頭的生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程,，單靠一種傳感器無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。因此,，港口AGV一般采用混合導(dǎo)航的方式來彌補(bǔ)單一導(dǎo)航技術(shù)的不足,，磁釘加慣導(dǎo)相結(jié)合的導(dǎo)航方式應(yīng)用的最為普遍。 導(dǎo)航方式 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | 室外固定路徑導(dǎo)航 | 磁導(dǎo)航 | AGV定位精確,，不受光照,、天氣等影響。 | 需要對(duì)道路進(jìn)行改造,，不便于大規(guī)模推廣,。 | 室外自主導(dǎo)航 | 激光導(dǎo)航 | 能靈活規(guī)劃路徑、定位準(zhǔn)確,。 | 容易受降雨等天氣等影響,，成本過高。 | 視覺導(dǎo)航 | 路徑規(guī)劃靈活，成本低,，可提取語義信息,。 | 算法技術(shù)開發(fā)難度高，受光照,、污損影響大,。 | 衛(wèi)星定位系統(tǒng) | GNSS | 可提供全天候的3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無線電導(dǎo)航定位。 | GNSS定位依賴于空間衛(wèi)星,，首次定位反應(yīng)較慢,。 | RTK技術(shù) | 定位精度可精確到1-2厘米。 | 依賴于衛(wèi)星定位系統(tǒng)作為接收配置來實(shí)現(xiàn)定位,。 | 室外輔助導(dǎo)航 | 慣導(dǎo) | 不依賴于外部信息,，數(shù)據(jù)更新率高、連續(xù)性好,、噪點(diǎn)低、短期精度和穩(wěn)定性高,。 | 定位誤差會(huì)隨時(shí)間而增大,，數(shù)據(jù)的長期精度較低，而且無法獲取時(shí)間信息,。 | 超聲波等 | 高分辨率,，抗干擾強(qiáng)，可直接測(cè)量距離和速度信息適用于避障,。 | 難以實(shí)現(xiàn)真正的全天候探測(cè),，器件昂貴。 |
近年來,，隨著需求和導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展,，室外的無軌導(dǎo)航也漸漸開始增多。無軌導(dǎo)航一般以激光或視覺導(dǎo)航為主,。在簡(jiǎn)單的非標(biāo)環(huán)境下,，如物流園區(qū)等，室外導(dǎo)航需要配備激光傳感或視覺傳感來實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航,，如國自在上海大眾和安吉物流園區(qū)應(yīng)用的激光導(dǎo)航室外牽引式AGV,，采用的是激光環(huán)境導(dǎo)航技術(shù)，通過測(cè)量式激光,，輔以慣導(dǎo)技術(shù),，實(shí)現(xiàn)非標(biāo)環(huán)境下的室外自主導(dǎo)航。不過在一些室外大場(chǎng)景中,，盡管柔性化水平上已經(jīng)得到大幅改善,，但激光導(dǎo)航或視覺的弊端在室外仍舊明顯，室外受光照、惡劣天氣等環(huán)境的影響,，僅僅是基于激光或視覺的導(dǎo)航一方面存在盲區(qū),，一方面對(duì)于長距離駕駛的路徑規(guī)劃和統(tǒng)籌有限。因此,，衛(wèi)星定位的重要性不言而喻,。傳統(tǒng)行業(yè)習(xí)慣將衛(wèi)星定位統(tǒng)稱為GPS，事實(shí)上全球主要有四大定位系統(tǒng)：北斗（BDS）,，GPS,，格雷納斯（GLONASS），伽利略（Galileo）,，GPS只是其中之一,，是一種以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng)。在使用過程中,，真正的衛(wèi)星信號(hào)從遙遠(yuǎn)的太空趕到地面,尤其要穿過電離層,、路途上難免有差池，所以總有數(shù)米的誤差,。而使用RTK差分的衛(wèi)星定位方法可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位,，且適用于全局定位。RTK是載波相位差分技術(shù),，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)量站載波相位觀測(cè)量的差分方法,，網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)用戶設(shè)備主要配置有GNSS接收機(jī)及天線。所謂GNSS是對(duì)北斗系統(tǒng)（BDS）,、GPS,、GLONASS、Galileo等衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的統(tǒng)稱,，指利用一組衛(wèi)星的偽距,、星歷、衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間等觀測(cè)量,，以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng),。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)可全天候3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無線電導(dǎo)航連續(xù)定位。缺點(diǎn)是由于GNSS定位依賴于空間衛(wèi)星,，受環(huán)境影響較大,，高樓、樹木,、隧道可能會(huì)屏蔽信號(hào),，以及首次定位反應(yīng)較慢。在環(huán)境變化相對(duì)穩(wěn)定的室外場(chǎng)景,，室外AGV可通過激光/視覺導(dǎo)航搭配衛(wèi)星定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)的室外導(dǎo)航技術(shù),。如安徽宇鋒開發(fā)的一款室外牽引AGV目前已成功應(yīng)用于監(jiān)獄的室外搬運(yùn)作業(yè)中，該款A(yù)GV采用GPS全球定位系統(tǒng)+多線激光雷達(dá)輔助定位系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無人搬運(yùn),、無人牽引等多種應(yīng)用功能,，在雷雨、高溫,、嚴(yán)寒的極端天氣也可正常運(yùn)行,。此外，在農(nóng)業(yè)中無人駕駛設(shè)備也需要應(yīng)用到衛(wèi)星定位,。如無人駕駛插秧機(jī),，一般需要搭載北斗導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)，利用北斗定位系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)插秧機(jī)進(jìn)行智能升級(jí)改造,。操作人員只需通過平板車載終端完成定位及參數(shù)設(shè)置,，系統(tǒng)便能自行規(guī)劃最優(yōu)路線，實(shí)現(xiàn)田間自動(dòng)插秧,、智能避障,、掉頭轉(zhuǎn)彎等全套無人作業(yè)。不過,，在一些需要適應(yīng)大場(chǎng)景,、長距離、高速度,、室外應(yīng)用為主的自動(dòng)重載物流場(chǎng)景中，技術(shù)則更為復(fù)雜,。“室外應(yīng)用場(chǎng)景市場(chǎng)發(fā)展起來的前提是要解決安全問題,，坦率講目前的純激光加衛(wèi)星定位的導(dǎo)航方式在室外應(yīng)用是有一定局限的，受天氣,、光照,、環(huán)境影響太大，不確定系數(shù)高,?！?/strong>山東蓬翔汽車技術(shù)主任朱廣崗先生表示。蓬翔汽車研發(fā)的無軌自主導(dǎo)航重載AGV采用的則是GNSS+多線激光+慣導(dǎo)的復(fù)合導(dǎo)航避障方案,，另外輔以視覺,、毫米波、超聲波等手段進(jìn)行多重保護(hù),。道路情況相對(duì)復(fù)雜時(shí),，則考慮加裝交通管制系統(tǒng)，并在車身上安裝行車記錄儀,。而現(xiàn)階段,，通過深度學(xué)習(xí)與算法優(yōu)化，AGV室外導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)化已經(jīng)接近無人駕駛。相比于其他行業(yè)的室外移動(dòng)機(jī)器人,，無人配送這種商用領(lǐng)域室外項(xiàng)目向來受到外界關(guān)注,，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于L3級(jí)別無人駕駛，半封閉環(huán)境或路線相對(duì)固定,，低速場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)可控,，通常通過搭載少量低線束激光雷達(dá),、毫米波雷達(dá),、視覺slam以及高精度RTK定位模塊即可。價(jià)格居高不下的室外導(dǎo)航將迎來破局之年,？
盡管室外導(dǎo)航技術(shù)正在不斷地精進(jìn),，但在價(jià)格上對(duì)于應(yīng)用端來說并不友好,，因此市場(chǎng)推廣進(jìn)度也非常緩慢。據(jù)了解,，一臺(tái)普通的自主導(dǎo)航室外AGV,，需要安裝的導(dǎo)航模塊至少是三個(gè)，包括激光或視覺傳感器,，超聲波或毫米波避障設(shè)施,，以及衛(wèi)星定位導(dǎo)航，一臺(tái)室外AGV在導(dǎo)航上的花費(fèi)就需要幾萬元甚至更多,。因此,，在諸多室外場(chǎng)景中，往往重工或有特定安全需求的場(chǎng)景對(duì)室外AGV的接受度比較高,。此外,，相較于一般AGV，重載型AGV的利潤更高,，而在商用領(lǐng)域無人配送等方面,，盡管AGV可實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，但利用率與投資回報(bào)比還不及人工,，因此每年的出貨量其實(shí)并不多,。據(jù)了解，即便是菜鳥,、圓通等物流巨頭每年無人配送車出貨也僅僅是十幾臺(tái)到數(shù)十臺(tái),。對(duì)此，中海達(dá)子公司比遜電子技術(shù)總監(jiān)許開華表示,，“我們認(rèn)為,，隨著疫情帶來的公共環(huán)境衛(wèi)生的知識(shí)普及，預(yù)計(jì)在2021-2022年左右,，室外移動(dòng)機(jī)器人將得到大規(guī)模的應(yīng)用,，屆時(shí)室外導(dǎo)航技術(shù)也將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和規(guī)?；瑑r(jià)格有望進(jìn)一步下降,?！?/strong>我們也相信，隨著時(shí)間的推移,，室外導(dǎo)航技術(shù)不但能在工業(yè),、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域得到有質(zhì)且有量的廣泛應(yīng)用,，同樣也將更加廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中,，為我們提供更多便利服務(wù)。
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