一、項目簡介

自動導航運輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）是裝有自動導航裝置，能夠沿規定的路徑行駛，在車體上具有編程和停車選擇裝置、安全保護裝置以及各種物料移載功能的搬運車輛。廣泛應用于汽車制造、電子、紡織、食品、煙草、物流倉儲等行業和領域。 2016年中國AGV市場銷售量7350臺，市場規模達12.08億元，同比增長37.7%。2017年中國市場AGV銷量有望突破10200臺，同比增速超38%。特別是新一代完全柔性的AGV機器人將在各種場景下得到應用，新的AGV增量市場正在醞釀過程中。

當前AGV主要導航方式為有軌導航（固定路徑）和無軌導航（柔性路徑）。傳統有軌導航AGV主要采用有軌導航方式，雖然簡單易行、路徑跟蹤可靠性好，但靈活性和柔性差；新的激光導航方式，在應用時具有更高的柔性，但目前大多數是采用反射板和三角定位原理進行，其靈活性和柔性受到限制。

無軌導航AGV不需要任何場地施工、具備自由路徑導航和智能避讓能力的AGV，越來越受到行業的重視，是重要發展趨勢和研究熱點。這種無軌的自主導航系統（自由路徑規劃和決策）具有更高的引導柔性，能夠更高效、靈活地完成物料的搬運任務。隨著車間物流和生產流程日益復雜多變，對柔性供送、自主規劃決策的新一代AGV需求迫切。

本項目致力于開發面向柔性物料搬運、內部物流的AGV機器人平臺，具有效率高，易于操作、使用靈活且安全等特點。項目研究的這種AGV是第三代柔性移動機器人，綜合了激光、視覺、慣性定位和自主規劃決策技術，是未來的移動解決方案。(智能化工具化)，適應于巡檢和商城、賓館、醫院等場所的內部配送。

項目研究全新一代AGV屬于自主導航機器人，具備全柔性：無軌導航，不需要場地布設，全軟件化，應用更廣（內部物流、人機協作等）。具備自主性：自動路徑規劃、自動避障、自動跟蹤、相互協作、自動充電等智能決策。項目研究具有重要的現實意義和市場前景。

二、前期研究基礎

研究團隊已經開工研究面向柔性物料搬運和物流配送的新一代AGV機器人，服務于需混合導航與自由路徑功能的新興AGV市場，目前研發的這種AGV是第三代高級移動機器人，綜合了激光、視覺、慣性導航和自主規劃決策與人機交互技術，是未來的移動解決方案(智能化工具化)。累計完成投資150萬元，已和廈門萬久公司開展省高校產學項合作目(基于視覺與慣性定位的AGV裝置研發)，設計完成了AGV機器人樣機，正進行驅動系統、導航系統、控制系統可靠性與性能指標的測試。

當前正在的研究工作和目標是，進一步完善AGV基本機型設計，實現激光SLAM、里程/IMU慣性定位、自主路徑規劃與跟蹤；對AGV的RGB-D視覺系統進行開發設計，實現視覺引導與目標識別、跟蹤、避讓；進行終端控制軟件開發，形成產品應用解決方案。

已發表的與項目相關的主要論文SCI論文5篇，EI論文20余篇。主要發明專利有：

1. 仲訓昱, 田軍, 龐聰, 彭俠夫, 曾建平. 基于前傾 2D 激光雷達移動掃描的

路面與障礙檢測方法. 國家發明專利（受理中）

2. 仲訓昱. 基于虛擬掃描與測距匹配的 AGV 激光 SLAM 方法. 國家發明專利

（申請號：201710504910.7, 受理中）. 

3. 仲訓昱, 李躍亮, 彭俠夫. 面向智能車自主充電的柔性對接裝置. 國家發明

專利（申請號： 201710389598.1, 受理中）

4. 仲訓昱, 王祥, 陳映冰, 彭俠夫. 基于 A*提取引導點的 AGV 路徑跟蹤與避

障協調方法.國家發明專利（申請號： 201710043581.0, 受理中）

5. 仲訓昱, 李躍亮, 劉嘉偉, 彭俠夫. 一種面向智能車自主充電的柔性對接裝

置. 國家實用新型專利, 專利號： 201720606992.1

三、應用技術成果

（一）導航控制系統設計

研究團隊開發了一種全柔性自主式AGV機器人, 其導航控制系統如下圖所示，特點有：

1）采用這種模塊化的系統平臺, 搭建激光導航AGV產品, 可實現降低制作成本30%-50%; 

2）結合視覺/慣性定位和特殊運動機構, 支持各種場景下的使用、簡易且節省人工成本。

（二）地圖表示和基于A*提取關鍵路徑點的全局路徑規劃方法

以AGV半徑障礙進行膨脹，建立初始柵格地圖；通過風險評估函數對障礙周圍節點的風險等級進行評估，獲得帶有風險區域的安全柵格地圖。在安全地圖上通過A*算法規劃全局路徑，在得到的全局路徑上提取關鍵路徑點。

（三）基于位-姿交替控制的路徑跟蹤與避讓/運動協調方法

研究了局部環境建模與自適應窗口的實時避障方法，同時還研究了基于復合速度障礙法的分布式運動規劃算法，在各種移動服務機器人與AGV搬運機器人 相互協調避讓的運動規劃中等具有很好的應用前景。

機器人以關鍵路徑點為引導點并不斷實時切換、更新引導點，進行路徑跟蹤與障礙避讓的協調統一。

（四）基于地圖匹配的AGV激光SLAM方法

虛擬掃描與測距匹配法：增量式創建柵格地圖，采用虛擬激光雷達掃描與基于測距的快速輪廓匹配。

LATTICE SLAM方法：綜合采用了高斯牛頓迭代法、地圖匹配表、概率地圖和高低兩層地圖等策略。

（五）AGV系統特色設計

1)雙層控制器系統結構，提高可靠性、實時性和靈活性。

2)基于ROS的軟件設計，采用NVIDIA 的TK1超級計算平臺作為主控計算機。

3)下位機功能模塊設計：處理實時性較高的任務，如里程計／IMU推算定位、安全速4)度控制、超聲波／防撞條避碰處理等。

5)運動機構及外觀設計：兩輪差動驅動＋兩輪隨動”的四輪運動機構，比六輪機構具有更好的地面適應性；采用橡膠輪，減震和靜音效果好。

6)自動充電對接裝置設計：通過柔性連桿的彎曲形變來實現充電接口和充電接頭的柔順對接。

四、合作企業

廈門萬久科技股份有限公司是一家集銷售、軟件研發、技術服務、加工技術整合為一體的高新技術企業。目前公司的經營范圍涉及CNC軟件開發及數控系統銷售、CNC控制零件銷售及專業維修；工藝優化、機臺升級與技術改造、工程配電與軟件優化、專用機控制系統開發、多軸機的設計與開發、機臺精度檢測與校正優化服務等。公司是國際知名生產制造企業——富士康的產品供應商和技術服務商。