电子激光导航技术应用激光导航工作原理及其在AGV行业的应用|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

激光导航工作原理及其在AGV行业的应用

一、引言

激光导航作为一种新型的智能化导航方式，可以在不需要地面处理的情况下进行导航。具有高精度、高响应性、低成本、易于安装与维护等优点。

激光导航技术在AGV中的实现主要是通过激光雷达进行定位和导航。AGV搭载的激光雷达会发射激光束，然后通过接收反射回来的光束，来感知周围环境并计算距离，以得到周围环境的3D点云地图。在地图构建完成后，其激光控制器对所获取的轮廓信息进行处理，同时得到AGV的位置和姿态信息，再以此控制AGV的行驶方向、速度、姿态等，结合路径规划算法自动引导AGV行驶。

地图构建是激光导航AGV十分重要的内容，激光导航结合AGV内部定位传感器可以获得更好的导航质量。相比于磁导航和二维码导航，激光导航技术可以直接在任何环境中使用，无需改造环境，具有较高的可靠性、精准性和灵活性，能够适用于大部分的生产领域。

图1：激光导航AGV在车间中的应用

二、激光导航分类

激光导航技术分为有反射板和无反射板激光导航。

有反射板导航是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和方向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导航，需要在反射板激光叉车AGV的工作场所预先安置具有一定间隔的反射板。

跨楼层、跨车间搬运，反射板激光导航AGV难以实现，因为长途搬运不利于铺设反光板，加大施工成本，外界干扰因素增大，此外密集存储也会出现相互干扰的问题。

图2：有反射板激光导航

无反射板激光导航也称为自然导航、地图导航，是通过激光测距结合SLAM算法建立小车的整套行驶路径地图，不需要任何辅助设备，可以直接在任何环境中使用激光SLAM导航。

图3：无反射板激光导航（自然导航）

自然导航是自动导引小车（AGV）中常用的一种导航技术，其AGV行驶路径可灵活多变，柔性化程度更高，自主感知环境，自主构建实时轮廓地图，并动态调整，更适用于智能工厂的全局部署。具有高精度、高可靠性、自主性强等特点，被广泛应用于各种物流、仓储、生产制造等场景。

图4：自然导航AGV跨层调度应用

三、激光导航的工作原理图解

1. 激光发射与扫描 ：

激光发射器发射出激光束，并通过扫描器控制激光束的指向。扫描器可以控制激光束在多个方向上移动，从而覆盖更大的空间。

图5：激光雷达

2. 环境反射与接收 ：

激光束照射到周围环境中的物体表面，一部分光束被反射回来，通过接收器被采集。反射回来的光束强度和时间可以用于确定物体距离激光器的远近。

图6：激光接收过程

3. 3D地图构建 ：

通过连续测量多个点，可以构建出环境的3D地图。这些测量数据点可以表示出环境的形状和结构。

图7：激光导航AGV建图

4. 路径规划 ：

通过比对当前地图和之前地图的变化，可以计算出AGV在环境中的位置和方向。再通过路径规划算法，根据当前位置和目标位置，规划出AGV的行驶路径。

图8：AGV路径规划

四. 自动行驶与避障 ：

AGV按照规划的路径自动行驶，遇到障碍物时，激光导航系统可以识别并避障，保证AGV的安全行驶。

图9：AGV冲突及避障处理

五、激光导航在AGV中的应用特性总结

1. 高精度导航：

激光导航可以达到毫米级别精度，AGV通过高精度的3D地图和路径规划，可以实现精确的导航和定位，其高精度还可以避免AGV对周围人员的碰撞和伤害，提高生产安全性和效率。

图10：高精度自然导航AGV

2. 复杂环境适应 ：

由于激光导航只涉及到光信号的传递和处理，不易受到电磁干扰和其他信号干扰的影响，可以在各种环境下进行，包括室内、室外、高温、低温等环境。无论是在复杂的物流仓库，还是在生产线上的多样环境，激光导航AGV都能适应并正常工作。它们可以应对不同的地形、光照条件以及动态变化的环境。

图11：自然导航扫地机器人图11：自然导航扫地机器人

3. 协同作业 ：

多台AGV可以通过无线网络连接实现协同作业。这使得它们可以同时完成不同的任务，提高整体效率。

4. 高级功能扩展 ：

激光导航可以增加激光扫描器和反光板的数量和密度，提高定位精度和覆盖范围，还可以搭载各种传感器实现更高级别的自动化和智能化。例如，搭载视觉传感器可以实现物品识别和抓取；搭载力觉传感器可以实现物品的姿态调整和搬运等。这些扩展功能进一步扩大了AGV的应用范围。

5. 广泛应用领域 ：

激光导航AGV的应用范围非常广泛，例如物流行业的包裹分拣、仓储行业的货物搬运、生产制造行业的物料运输等。它们可以在各种不同的场景中发挥作用。

图12：自然导航AGV应用行业

六、激光导航应用展望

随着无人驾驶技术的不断发展，激光导航方式在AGV行业中也得到了广泛应用。传统的激光导航方式主要包括基于反射标记物和基于外界自然环境的两种形式。两种形式各自存在一定的局限性，限制了其应用范围和效果。为了克服这些局限性，导航方式的复合化变得越来越受到关注。

导航方式复合化是指将多种导航方式结合起来，通过相互协作来提高导航的准确性和稳定性。在AGV行业中，将基于反射标记物和基于外界自然环境的激光导航方式相结合已经成为一种常见的复合导航方式。这种复合化的方式可以充分发挥两种导航方式的优点，提高AGV的定位和构建地图的效果。

具体来说，基于反射标记物的激光导航方式可以提供高精度和稳定的定位信息，但是因为需要安装反射标记物，对环境的要求比较高。而基于外界自然环境的激光导航方式可以利用环境中的特征点进行定位，不需要额外的标记物，但是其定位的准确性相对较低。因此，通过将两种方式相结合，可以在不同的场景下选择合适的导航方式，提高导航的可靠性，同时降低了对环境的要求。

导航方式复合化还可以进一步扩展，例如结合其他传感器和导航技术，在自然导航的基础上，可以引入新的导航方式用以辅助如视觉、惯性导航等，形成更为复杂的导航系统，配合外部环境添加的额外特定轮廓，进一步提升定位精度和可靠性。这些复合化的方式可以进一步提高AGV的导航精度和抗干扰能力，满足不同应用场景的需求。

导航方式复合化是提高AGV导航准确性和稳定性的重要途径。通过将不同的导航方式相结合，可以充分发挥各种方式的优点，提高导航的效果。未来，随着无人驾驶技术的不断发展，导航方式复合化有望成为AGV行业的重要发展方向，为智能物流提供更加高效和可靠的解决方案。

目前，关于激光导航与其他导航模式结合的实际应用案例很多，例如：有采用激光导航和红外导航的AGV组合导航方式运输火工品货物，提高了运输效率和导航精度，降低了生产成本，实现了运输过程的自动化。另外，还有将激光雷达和二维码地标组合导航的方法应用于AGV室内定位导航，实现了AGV在单一环境特征区域下的精准实时定位与导航，使其工作环境更加多样。此外，业内有人提出将多目视觉与激光组合导航的精确定位方法，AGV的定位精度有明显的提高，鲁棒性更好。

在智能生产与智慧物流的背景下，随着科学技术的发展，现存的AGV导航技术仍然存在不足，在效率与精度上不能实现两最优，尤其是在大规模未知的复杂环境中，AGV导航技术在精度和实时性上还需进一步提高。为了更好地适应在复杂、动态作业环境下的各个行业，满足更高的要求，AGV导航技术面临着新任务和新挑战，将朝着柔性高、精度高和可靠性强的方向发展，而与5G、云计算、物联网技术等的交互融合将会使得性能有所提高，进而提高AGV的环境感知与建模能力、自主决策能力和智能化，能更好地躲避障碍物，实现更自主的移动，提高效率与精度。

七、题外拓展

江苏亿控智能装备有限公司作为国内知名的动力及控制系统和整车技术方案提供商，不仅能为AGV车辆提供舵轮、驱动轮、差速轮、驱动器和导航系统等单台AGV的动力及控制组件，也能为整车和多台AGV提供成套技术方案，可以为客户实现自然导航、视觉导航、磁导航等多种导引方式，致力于高精度、总线控制、多场景的搬运机器人应用。

江苏亿控舵轮、驱动轮、差速轮和驱动桥等等轮式动力产品及驱动器产品可应用于高端装备业、工程机械、智能生产、大型仓库、港口等行业的自动生产、自动仓储和自动物流操作中的AGV、AMR等设备上。

激光导航AGV如何做到精准避障？它的核心技术是什么？

说到AGV（无人自动搬运车），可能大家脑海里立刻浮现出一台穿梭于工厂车间的小车，在各个角落灵活自如地搬运货物。而在这些AGV中，“激光导航AGV”绝对算得上是个“技术派”。它不仅能在复杂的环境中自如穿行，还能轻松避开各种障碍物。那它到底是如何做到这一点的呢？激光导引的“黑科技”究竟在哪？今天，兴华AGV就来掀开它神秘的面纱。

1. 激光导航AGV的“眼睛”：激光雷达

要说AGV如何避开障碍物，首先得搞清楚它靠什么“看路”。激光导引AGV的核心就在于它那双“高科技眼睛”——激光雷达（LiDAR）。这玩意儿可不是你家车里的倒车影像，它高精度、反应快，而且还能实时捕捉周围环境的变化。

1.1 什么是激光雷达？

简单来说，激光雷达是一种通过发射激光脉冲并接收反射信号来绘制周围环境的设备。AGV上装着一个旋转的激光雷达，它会不停地发射激光束，这些激光束打在障碍物上后反射回来，雷达再根据反射时间计算出物体与自己的距离。

激光雷达相当于AGV的“眼睛”，能360度无死角地监测周围环境。只要前方有障碍物，无论是墙壁、机器设备，还是不小心走进来的人，AGV都能第一时间发现，及时调整路线或者停车避让。

1.2 为什么激光雷达如此精准？

相比其他导航方式，激光雷达的优势在于它的高精度和反应速度。它能在毫米级别的距离上检测障碍物，远远高于超声波传感器等传统避障方式。而且激光雷达还具备超强的抗干扰能力，不会受光线、天气等环境因素影响——你可以放心地在任何条件下使用它，激光导引AGV照样灵敏避障。

2. 精准避障的秘密：SLAM技术

光有“眼睛”还不够，AGV还得有“大脑”来处理这些复杂的信息。而这里的“大脑”就是SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，实时定位与地图构建）技术。别被这高深的术语吓到，通俗点说，SLAM就是让AGV一边跑一边“画地图”，并实时确定自己在地图中的位置。

2.1 什么是SLAM？

SLAM技术的关键是“定位”和“建图”。AGV通过激光雷达获取的环境信息，实时生成一个精确的地图，这叫“建图”。同时，它还能时刻确定自己在这张地图上的位置，这就是“定位”。你可以把它想象成AGV自带的“导航系统”，不仅能识别路况，还能动态调整行驶路线。

2.2 SLAM如何帮助AGV避障？

AGV在行驶过程中，如果前方突然出现一个障碍物，SLAM技术会迅速捕捉到这个变化，并重新绘制路径。它能够实时更新地图，快速调整路线，避免与障碍物碰撞。这种“边走边学”的能力，使得激光导引AGV不仅能适应变化多端的工厂环境，还能在人员密集、设备繁多的场景中灵活穿梭，确保安全可靠。

3. 高精度避障背后的“算法军团”

激光雷达和SLAM技术是AGV精准避障的基础，但要让AGV真正聪明起来，还得靠各种复杂的算法。这些算法就像一支无形的“军团”，时刻为AGV提供支持和决策。

3.1 避障算法

避障算法是AGV能在复杂环境中自如穿行的关键。它能够实时处理激光雷达和SLAM系统提供的环境信息，计算出最佳的行驶路线。一旦前方有障碍物，避障算法会立刻计算出安全的绕行路径，保证AGV不会“傻乎乎”地撞上去。

不同的避障算法有不同的处理方式。比如“最短路径算法”会优先选择最短的路线，而“安全优先算法”则会根据环境复杂度优先考虑安全性。总之，避障算法让AGV不再是单纯的“执行机器”，而是一个真正能做出聪明决策的“智慧搬运工”。

3.2 冲突检测与优先级管理

AGV在工作中，难免会遇到多个任务同时发生的情况。这个时候，“冲突检测与优先级管理”就派上用场了。这项技术类似于人类的“优先级判断”：如果你在开车，前方突然有辆大卡车，自动驾驶系统会判断是让卡车先行还是让你继续前进。同样，AGV在工作时，也会根据不同的任务优先级，判断什么时候该让行、什么时候可以继续执行任务。

这不仅让AGV避免了因任务冲突造成的混乱，还能确保多个AGV同时作业时的顺畅运行，最大化提升工作效率。