AGV技術(shù)：智能移動(dòng)機(jī)器人、激光導(dǎo)航、外部傳感器、鋰電池

配圖-工博士移動(dòng)機(jī)器人

一、AGV與AMR的區(qū)別

近兩年以來，移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)內(nèi)對(duì)AGV和AMR的爭論變得越來越引人注目。從英文字面來看，AGV（Automated Guided Vehicle）是“自動(dòng)導(dǎo)引車”，是指基于一定的導(dǎo)航定位技術(shù)、不需要人工駕駛的自動(dòng)運(yùn)輸車輛；而AMR（Autonomous Mobile Robot）是“自主移動(dòng)機(jī)器人”，即具有自主決策能力的移動(dòng)機(jī)器人。雖然AGV和AMR都有一個(gè)字母“A”，但是“此A非彼A”。AMR的“A”代表的是Autonomous（自主），而AGV中的“A”代表的是Automated(自動(dòng))，我們可以體會(huì)到兩者之間細(xì)微的不同。

目前不少的移動(dòng)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)出于宣傳的目的都樂于把自己的產(chǎn)品稱作AMR，這當(dāng)然無可厚非。但是筆者認(rèn)為，一個(gè)產(chǎn)品要真正成為自主式的移動(dòng)機(jī)器人，它至少應(yīng)當(dāng)滿足下面兩個(gè)條件：第一，移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)能夠在自然環(huán)境下運(yùn)行而不必依賴于人工部置的“人造環(huán)境”；第二，移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具有自主的決策和規(guī)劃能力，而不是簡單地完全聽命于遠(yuǎn)程的調(diào)度。目前市面上的許多移動(dòng)機(jī)器人都需要依靠地面標(biāo)識(shí)物(如磁帶、色帶、二維碼等)進(jìn)行導(dǎo)航，這顯然不滿足“自主”導(dǎo)航的要求。而自主規(guī)劃能力指的是機(jī)器人應(yīng)能夠在遇到障礙物時(shí)進(jìn)行自主避讓，并能夠聰明地選擇最優(yōu)路線到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)。

由于AMR具有自主決策和規(guī)劃的能力，所以它更適于在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境內(nèi)作業(yè)。特別是在一些服務(wù)民生領(lǐng)域、一些人和機(jī)器人需要密切協(xié)作的領(lǐng)域，未來的應(yīng)用場景非常多，所以筆者非�？春肁MR的應(yīng)用前景和技術(shù)發(fā)展。盡管AMR具有上面所說的優(yōu)勢(shì)，我們并不能簡單地把AMR看成是AGV的終結(jié)者和替代者。事實(shí)上，有一些傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域確實(shí)更適合AGV，只是AMR將成為未來移動(dòng)機(jī)器人增量市場的主力軍。

二、主流AGV導(dǎo)航優(yōu)缺點(diǎn)

1.激光導(dǎo)航

優(yōu)點(diǎn)：方便安裝，無需破壞性安裝，精確定位，高速，無維護(hù)費(fèi)用

缺點(diǎn)：變更需要專業(yè)人員，造價(jià)較貴

2.磁帶導(dǎo)航

優(yōu)點(diǎn)：方便安裝、方便更改路徑、無需破壞性安裝、精確定位、可靠、造價(jià)低

缺點(diǎn)：磁條需維護(hù)、磁條費(fèi)用、不適合復(fù)雜路徑

3.視覺輪廓

優(yōu)點(diǎn)：方便安裝、容易增加或更改路徑、安裝費(fèi)用低、無需破壞性安裝、維護(hù)無成本

缺點(diǎn)：造價(jià)較高、同其他導(dǎo)航方式對(duì)比精度較差

4.磁釘導(dǎo)航

優(yōu)點(diǎn)：環(huán)境隨意、精確定位、維護(hù)無成本

缺點(diǎn)：安裝簡單，單比磁條方式復(fù)雜、磁帶安裝更快，更容易更改路徑

5.自然輪廓

優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，技術(shù)成熟；建圖直觀，精度高，不存在累計(jì)誤差；地圖可用于路徑規(guī)劃

缺點(diǎn)：受lidar探測(cè)范圍限制；安裝有結(jié)構(gòu)要求；地圖缺乏語義信息

6. 復(fù)合導(dǎo)航

優(yōu)點(diǎn)：二維碼+慣性，激光+磁釘、自然輪廓+磁帶等多種方式，可適應(yīng)各種復(fù)雜場景，定位精度高。

缺點(diǎn)：變更需要專業(yè)人員、造價(jià)較貴

三、三類AGV外部傳感器

外部傳感器用于機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境、目標(biāo)物的狀態(tài)特征獲取信息，使機(jī)器人和環(huán)境發(fā)生相互作用，從而使機(jī)器人對(duì)環(huán)境有自校正和自適應(yīng)能力。

1 接近覺傳感器

1.1 接觸式接近覺傳感器

接觸式接近覺傳感器采用最可靠的機(jī)械檢測(cè)方法，用于檢測(cè)接觸與確定位置。機(jī)器人通過微型開關(guān)和相應(yīng)機(jī)械裝置結(jié)合實(shí)現(xiàn)接觸檢測(cè)。

移動(dòng)機(jī)器人采用高可靠性的接觸式防碰開關(guān)

1.2 感應(yīng)式接近覺傳感器

（1）電渦流式接近覺傳感器

導(dǎo)體在一個(gè)不均勻的磁場中運(yùn)動(dòng)或處于一個(gè)交變磁場中時(shí)，其內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流稱為電渦流，這一現(xiàn)象稱為電渦流現(xiàn)象。利用這一原理可以制作電渦流傳感器。電渦流式接近覺傳感器通過通有交變電流的線圈向外發(fā)射高頻變化的電磁場，處在磁場周圍的被測(cè)導(dǎo)電物體就產(chǎn)生了電渦流。由于傳感器的電磁場方向相反，兩個(gè)磁場相互疊加削弱了傳感器的電感和阻抗。若用電路把傳感器電感和阻抗的變化轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換電壓，則能計(jì)算出目標(biāo)物與傳感器之間的距離。該距離與轉(zhuǎn)換電壓成正比，但存在一定的線性誤差。對(duì)于鋼或鋁等材料的目標(biāo)物線性誤差為±0.5%。

電渦流傳感器外形尺寸小，價(jià)格低廉，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，而且檢測(cè)精度也高，能夠檢測(cè)到0.02mm的微量位移。但是該傳感器檢測(cè)距離短，一般只能測(cè)到13mm以內(nèi)，且只能對(duì)固態(tài)導(dǎo)體進(jìn)行檢測(cè)，這是其不足之處。

移動(dòng)機(jī)器人采用感應(yīng)式接近傳感器檢測(cè)舉升位置

（2）電容式接近覺傳感器

電容式接近覺傳感器的結(jié)構(gòu)和原理十分簡單，它通過距離變化使電容值發(fā)生改變來實(shí)現(xiàn)測(cè)量。電容式接近覺傳感器能對(duì)多種金屬、非金屬及人體進(jìn)行檢測(cè)，使用范圍較廣。與只能檢測(cè)鐵磁材料的感應(yīng)型接近覺傳感器不同，電容式接近覺傳感器能夠檢測(cè)所有固體和液體材料。

（3）光電式接近覺傳感器

光電式接近覺傳感器由用作發(fā)射器的光源和接收器兩部分組成，光源可以在內(nèi)部，也可以在外部，接收器能夠感知光線的有無。光電式接近覺傳感器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，采用最簡單的光強(qiáng)法檢測(cè)。發(fā)光光二極管發(fā)出的光經(jīng)過反射被光敏晶體管接收，接收到的光強(qiáng)和傳感器與目標(biāo)的距離有關(guān)。

輸出信號(hào)的大小反映了從目標(biāo)物體反射回接收元件的光強(qiáng)。這個(gè)信號(hào)的大小不僅與檢測(cè)距離有關(guān)，同時(shí)也受被測(cè)物體表面光學(xué)特性和表面傾斜等因素的影響。將紅外信號(hào)調(diào)制成某一特定頻率，可大大提高信噪比。

移動(dòng)機(jī)器人采用光電式接近傳感器檢測(cè)貨物位置

光電式接近覺傳感器具有測(cè)量速度快、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量點(diǎn)小、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是目前機(jī)器人中應(yīng)用最多的接近覺傳感器。

移動(dòng)機(jī)器人采用光電式接近傳感器檢測(cè)貨物位置

2 力覺傳感器

力覺傳感器根據(jù)力的檢測(cè)方式不同，可分為應(yīng)變片式、利用壓電元件式及差動(dòng)變壓器、電容位移計(jì)式。其中，應(yīng)變片式壓力傳感器應(yīng)用最普遍，商品化的力覺傳感器大多是這一種。

壓電元件很早就用在刀具的受力測(cè)量中，但它不能測(cè)量靜態(tài)負(fù)載。電阻應(yīng)變片式壓力傳感器是利用金屬拉伸時(shí)電阻變大的現(xiàn)象，將它粘貼在加力方向上，可根據(jù)輸出電壓檢測(cè)出電阻的變換。通過電阻應(yīng)變片可以將試件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片的電阻變化，通常這種電阻變化很小。測(cè)量電路有多種，惠斯登電橋電路是最常用的電路。

惠斯登電橋電路放大應(yīng)變片的微弱變化

在不加力時(shí)，點(diǎn)橋上的電阻都是R，當(dāng)應(yīng)變片受力時(shí)，電阻應(yīng)變片產(chǎn)生一個(gè)很小的電阻變化，則輸出電壓為：

移動(dòng)機(jī)器人采用力覺傳感器檢測(cè)貨物重量

3 視覺傳感器

(1)單目攝像頭

單目攝像頭即具有一個(gè)鏡頭的攝像頭，它無法直接獲得目標(biāo)的三維坐標(biāo)，只能提取目標(biāo)物體的特證，得到目標(biāo)物體在二維平面內(nèi)的相對(duì)位置。

移動(dòng)機(jī)器人采用單目攝像頭獲取位置信息

(2)雙目攝像頭

雙目攝像頭具有兩個(gè)鏡頭，可理解為兩個(gè)單目攝像頭的結(jié)合，主要應(yīng)用于提取出目標(biāo)的三維坐標(biāo)，這些信息可以直接調(diào)整機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。但是傳統(tǒng)的三維提取首先需要知道攝像機(jī)的準(zhǔn)確焦距信息，針對(duì)該攝像頭的變參數(shù)進(jìn)行圖像校正；然后對(duì)左、右攝像機(jī)分別采集到的圖像中的目標(biāo)特征點(diǎn)進(jìn)行匹配；最后利用其相互關(guān)系推算出目標(biāo)點(diǎn)的深度信息。

移動(dòng)機(jī)器人采用雙目攝像頭檢測(cè)物體深度信息

(3)云臺(tái)攝像頭

云臺(tái)是安裝、固定攝像機(jī)的支撐設(shè)備。電動(dòng)云臺(tái)適用于對(duì)大范圍進(jìn)行掃描監(jiān)視，它可以擴(kuò)大攝像機(jī)的監(jiān)視范圍。該云臺(tái)內(nèi)裝兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，這兩個(gè)電動(dòng)機(jī)一個(gè)負(fù)責(zé)水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)負(fù)責(zé)垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。

每種傳感器都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程中就是要確定需要哪種傳感器或具體應(yīng)用哪種傳感器最合適。

四、AGV技術(shù)-激光導(dǎo)航的激光是什么？

激光的相關(guān)知識(shí)

激光自發(fā)明以來以驚人的速度不斷發(fā)展，目前以通信行業(yè)為首，被廣泛應(yīng)用于建筑、制造業(yè)、醫(yī)療、軍事等各種領(lǐng)域。然而，激光包括很多種類，并且具備各種不同的“特性”。我們需要根據(jù)目的區(qū)分使用這些激光，因此，掌握這些激光“特性”就顯得至關(guān)重要。

在AGV行業(yè)中，有一種導(dǎo)航技術(shù)“激光導(dǎo)航”。激光導(dǎo)航是采用二維激光導(dǎo)航傳感器獲取環(huán)境中的測(cè)量數(shù)據(jù)，然后將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算進(jìn)而得到AGV的坐標(biāo)信息。

因此在從事激光導(dǎo)航AGV行業(yè)的工程師，激光是什么？應(yīng)該對(duì)激光相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)有所了解與掌握。

什么是激光？

LASER 是由Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（光受激輻射放大）的各首字母組 成的縮寫詞。Laser 為人工光源，具有與自然光不同的特性，因此開發(fā)成實(shí)用技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如激光導(dǎo)航、激光測(cè)距、激光切割等等。

激光的用途

激光可直線傳播到很遠(yuǎn)，并且可聚集在較小范圍等，人們活用這些特性，廣泛應(yīng)用激光。激光市場不斷擴(kuò)大，正在幫助制造業(yè)提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)。

關(guān)于激光的特性

1單色性

自然光包含從紫外線到紅外線等多種波長的光。相對(duì)而言，激光為單一波長的光，其特性稱之為單色性。單色性的優(yōu)點(diǎn)在于可提高光學(xué)設(shè)計(jì)的靈活性。光的折射率因波長不同而產(chǎn)生變化，自然光穿過鏡頭時(shí)，會(huì)因內(nèi)含不同種類的波長，而產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為色差。另一方面，激光為單一波長的光，只會(huì)朝相同方向折射。例如，攝像頭的鏡頭需要具備可校正因顏色導(dǎo)致的失真的設(shè)計(jì)，但激光僅需考慮該波長即可，因此光束可長距離傳送，實(shí)現(xiàn)小光斑聚光的精密設(shè)計(jì)。

2指向性

指向性是指聲音或光線在空間內(nèi)前進(jìn)時(shí)不易擴(kuò)散的程度，指向性較高則表示擴(kuò)散小。自然光包含朝各種方向擴(kuò)散的光，為提高指向性，需要靠復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)去除前進(jìn)方向以外的光。相對(duì)而言，激光為指向性較高的光，讓激光不擴(kuò)散而直線前進(jìn)，在光學(xué)設(shè)計(jì)上較為容易，可進(jìn)行長距離傳送等。

3相干性

相干性表示光容易相互干擾的程度。如果將光考慮為波，波段越相近則相干性越高。例如，水面上不同的波相互碰撞時(shí)，可能相互增強(qiáng)或相互抵消，與這一現(xiàn)象相同，越隨機(jī)的波干擾程度越弱。激光的位相、波長、方向一致，可維持較強(qiáng)的波，從而實(shí)現(xiàn)長距離傳送。相干性較高的光，具有可長距離傳送且不會(huì)擴(kuò)散的特性，具備可通過鏡頭聚集成小光斑的優(yōu)點(diǎn)，可將產(chǎn)生的光傳送至別處，用作高密度光。

4高能量密度

激光具有優(yōu)異的單色性、指向性、相干性，可聚集成非常小的光斑，形成高能量密度的光。可縮小至自然光達(dá)不到的繞射極限附近。（繞射極限：物理上無法將光聚焦成小于光波長的極限）通過將激光縮到更小，可將光強(qiáng)度（功率密度）提高至可用于切斷金屬的程度。

激光器的構(gòu)造

工業(yè)用激光器大致分為4 種。使用的激光媒質(zhì)或構(gòu)造、振蕩波長、 激發(fā)源等不同。激光媒質(zhì)是一種包含可將激發(fā)光的能量轉(zhuǎn)換為激 光的原子的物質(zhì)，激光的種類正是根據(jù)媒質(zhì)進(jìn)行分類。

固體激光：一般為YAG 激光和YVO4 激光，激光媒質(zhì)采用YAG、YVO4 結(jié)晶。

氣體激光：廣泛使用采CO2 氣體為媒質(zhì)的CO2 激光。

半導(dǎo)體激光：以具有活性層（發(fā)光層）構(gòu)造的半導(dǎo)體為媒質(zhì)的激光。

光纖激光：進(jìn)入21 世紀(jì)后廣泛普及的一種激光，如字面所述，以光纖為媒質(zhì)。

1、半導(dǎo)體激光

重疊材質(zhì)不同的半導(dǎo)體結(jié)晶以構(gòu)成活性層（發(fā)光層），從而產(chǎn)生光。讓光在構(gòu)成兩端的一對(duì)鏡面間往返從而放大，最終產(chǎn)生激光。

2、氣體激光（CO2 激光）

CO2 激光是以CO2 氣體為媒質(zhì)的激光。在填充有CO2 氣體的管內(nèi)，配置電 極板，以產(chǎn)生放電。電極板連接外部電源，使其可投入高頻率電力作為激發(fā) 源。因電極間放電而在氣體中產(chǎn)生等離子體，CO2 分子會(huì)變換為激發(fā)態(tài)，該 數(shù)量增加后開始受激輻射。此外，為了讓光往返而產(chǎn)生振蕩，相對(duì)設(shè)置一對(duì) 鏡面，則構(gòu)成了諧振器。光會(huì)在全反射鏡和輸出鏡之間往返，放大后輸出為 激光。振蕩波長一般為10.6 μm。氣體成分構(gòu)成為CO2 在10% 以下、氮N2 在30% 左右、氙Xe 在數(shù)%、其余為氦He。各氣體有其各自的功能，根據(jù) 構(gòu)造和激光的特性不同而改變成分。

3、固體激光

側(cè)面抽運(yùn)方式Y(jié)AG 激光是以YAG 結(jié)晶為激光媒質(zhì)的一種固體激光。YAG 是 指（Yttrium Aluminum Garnet）的結(jié)晶，并添加Nd（Neodymium、釹）。 激光器的構(gòu)成是在與YAG 結(jié)晶的軸平行的兩側(cè)配置激發(fā)用LD。使用一對(duì)鏡 面構(gòu)成諧振器，在兩者之間配置Q 開關(guān)。振蕩波長為1064 nm。側(cè)面抽運(yùn)方 式是一種投入激發(fā)光的面積較大，可提高投入能量并容易獲得高功率輸出的 構(gòu)成。脈沖寬度較長，為100 ns 至數(shù)ms，可產(chǎn)生脈沖能量較大的脈沖，用 于對(duì)金屬的刻印、切斷、雕刻、焊接。

什么是Q 開關(guān)

可改變光前進(jìn)方向的元件。將Q 開關(guān)設(shè)為開啟后，諧振器內(nèi)的光被彎曲，流出諧振器外，振蕩停止。Q 開關(guān)在開啟狀態(tài)時(shí)由于未產(chǎn)生振蕩（無受激輻射），因此結(jié)晶 內(nèi)的激發(fā)原子會(huì)增加，處于放大率較高的狀態(tài)。在該狀態(tài)下將Q 開關(guān)設(shè)為關(guān)閉后，光會(huì)在揩振器內(nèi)往返并急劇放大，從而可輸出為脈沖。

4、固體激光

側(cè)面抽運(yùn)方式Y(jié)VO4 激光是以YVO4 結(jié)晶為激光媒質(zhì)的一種固體激光。 YVO4 是指釩酸釔結(jié)晶，與YAG 同樣添加有Nd（釹）。采用從YVO4 結(jié)晶端面單側(cè)照射激發(fā)光的方式，以一對(duì)鏡面構(gòu)成揩振器，并在鏡面 間配置結(jié)晶和Q 開關(guān)。振蕩波長與Nd:YAG 激光相同，為1064 nm。 放大率較高，可使用較小的結(jié)晶，激光器長比YAG 激光短。因此， 光可在更短時(shí)間內(nèi)反復(fù)射入結(jié)晶，使光強(qiáng)度急劇增加。與YAG 相比， 具有效率更高、峰值更高且脈沖更短的特點(diǎn)。此外，結(jié)晶中心部的放 大率較大，產(chǎn)生的光為單模光*，可輸出高品質(zhì)的激光。

5、光纖激光

光纖激光使用光纖為媒質(zhì)，是長距離通信的中斷放大技術(shù)發(fā)展為高功率輸出激光的產(chǎn)物。光纖由中心傳輸光的核心和以同心圓狀包覆核心的金屬包層構(gòu)成。光纖激光以該核心為激光媒質(zhì)放大光。因此核心中添加有Yb（Ytteribum、鐿）。

光纖激光的構(gòu)成一般是通過激光二級(jí)管（Seed LD）產(chǎn)生的稱之為種 子光源（Seed Light）的脈沖光，然后通過2 個(gè)以上的光纖放大器進(jìn) 行放大。激發(fā)用LD 配備多個(gè)單管發(fā)射器（發(fā)光層為1 個(gè)）LD。各 LD 為低功率輸出，因此具有熱負(fù)荷較小的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了長壽命。此外， 該LD 數(shù)量越多，越可實(shí)現(xiàn)高功率輸出的激光。光纖激光振蕩效率較 高，與固體激光和氣體激光相比，具有功率消耗較低的特點(diǎn)。

放大用光纖（前置放大器、主要放大器）為3 層構(gòu)造，包括核心和2 層金屬包層。激發(fā)光進(jìn)入內(nèi)側(cè)的金屬包層（內(nèi)層包覆）和添加有Yb 的核心內(nèi)，使核心內(nèi)部的原子變換為激發(fā)態(tài)。激光被封閉于核心內(nèi)前 進(jìn)，再通過激發(fā)原子放大，在媒質(zhì)內(nèi)越前進(jìn)，強(qiáng)度越強(qiáng)。與固體激光 或氣體激光不同，光朝一個(gè)方向前進(jìn)，不會(huì)往返。

五、AGV激光導(dǎo)航傳感器

1 SICK激光導(dǎo)航傳感器NAV3xx系列

德國SICK公司將NAV3xx系列產(chǎn)品稱之為 2D LiDAR 傳感器。

什么是 LiDAR？

利用激光進(jìn)行非接觸式距離測(cè)量的傳感器已成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域不可或缺的一部分。這一發(fā)展始于所謂的 TOF 測(cè)量技術(shù)。TOF (Time of Flight) 即飛行時(shí)間，這一說法基本上已被更為準(zhǔn)確的術(shù)語 LADAR 或最為常用的 LiDAR 所取代。LADAR（Laser Detection and Ranging，激光檢測(cè)和測(cè)距）或 LiDAR（Light Detection and Ranging，光檢測(cè)和測(cè)距）源自通用術(shù)語 RADAR，它表示無線電檢測(cè)和測(cè)距（Radio Detection and Ranging）。

2 Pepperl-Fuchs激光導(dǎo)航傳感器R2000系列

脈沖測(cè)距技術(shù)(PRT)

脈沖測(cè)距技術(shù)的基本原理是，首先通過發(fā)射器發(fā)出脈沖光，接收器接收被物體返回的此段脈沖光，定時(shí)器記錄此段脈沖光從發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時(shí)間，最后通過特定公式的換算得到實(shí)際的距離測(cè)量值。與其他的飛行時(shí)間測(cè)量技術(shù)發(fā)射器發(fā)出連續(xù)恒定的光不同，基于脈沖測(cè)距技術(shù)開發(fā)的測(cè)距傳感器，發(fā)射器每秒可以發(fā)出250,000 個(gè)脈沖光。相比發(fā)出連續(xù)恒定的光源，基于脈沖技術(shù)開發(fā)的測(cè)距傳感器發(fā)射器發(fā)出的脈沖光能量值要相比高出1000 倍，可以有效的確保測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。相比基于三角反射原理的測(cè)距傳感器，基于脈沖測(cè)距技術(shù)開發(fā)的測(cè)距傳感器，測(cè)量距離不再受光學(xué)幾何布局的限制，小尺寸即可實(shí)現(xiàn)300m 甚至更遠(yuǎn)的距離測(cè)量。

R2000 采用發(fā)射器、曲面鏡和接收器一體旋轉(zhuǎn)的測(cè)量技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)真正的同步測(cè)量打下了基礎(chǔ)。也就說一體旋轉(zhuǎn)技術(shù)將單點(diǎn)測(cè)量衍生成了360° 平面內(nèi)的全區(qū)域測(cè)量�；�于脈沖測(cè)距技術(shù)的一體旋轉(zhuǎn)測(cè)量技術(shù)，可用于快至50Hz，每秒250,000 測(cè)量值的高速2D 測(cè)量。區(qū)別于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)鏡的設(shè)計(jì)，機(jī)械震蕩誤差形成的較寬的測(cè)量平面，采用一體旋轉(zhuǎn)測(cè)量技術(shù)的R2000 能給出一個(gè)很窄的測(cè)量平面，進(jìn)一步確保了檢測(cè)精確性和穩(wěn)定性。除此之外，無線能量傳輸和光通訊數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的引用，也為“ 無接觸旋轉(zhuǎn)” 打下了深厚的基礎(chǔ)。

六、淺析AGV鋰電池主動(dòng)和被動(dòng)電池平衡

鋰電池的相關(guān)知識(shí)

“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí)，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非�；顫�，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。

動(dòng)力鋰電池分類

鋰電池平衡原理

鋰離子電池具有能量密度高，功率密度高、壽命長、環(huán)保等特點(diǎn)，已經(jīng)在AGV行業(yè)中獲得應(yīng)用。AGV鋰離子電池組的容量大、串并聯(lián)節(jié)數(shù)多，需要電池管理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行有效控制與管理。

我們從鋰電池平衡的工作過程，通過舉例子讓大家能初步的理解鋰電池主動(dòng)/被動(dòng)工作原理。

電池組-由多單元電池通過串聯(lián)或并聯(lián)電池陣組成。串聯(lián)電池單元能夠獲取較高的電池組電壓，而并聯(lián)電池單元能夠獲取較高的總電池容量（單位為安培小時(shí)額定值或Ahrs）。電池組的容量將指示并行電池?cái)?shù)量，將等于并聯(lián)電池?cái)?shù)量的電池容量乘以系統(tǒng)運(yùn)行所需的電池容量。根據(jù)電池類型，AGV傾向于使用多個(gè)串聯(lián)鋰離子電池和多個(gè)并聯(lián)電池）。這取決于AGV的重量、預(yù)期使用模式和車輛中的各種系統(tǒng)效率。系統(tǒng)的幾個(gè)方面將決定電池組電壓，包括電動(dòng)機(jī)的總體尺寸和類型、電纜尺寸和隔離要求。

多單元電池通過向堆疊頂部的電池的正極端子提供電流來充電。（假設(shè)電池包括n個(gè)串聯(lián)電池）。換句話說，電池單元不單獨(dú)充電。在充電結(jié)束時(shí)，每個(gè)單元格中剩余的電量是不同的；并且當(dāng)您反復(fù)對(duì)電池充放電（在沒有平衡的情況下）時(shí)，這種差異會(huì)增加。

如上圖中的兩個(gè)電池，假想為相同的充電容器，那么AGV工作時(shí)將從電池消耗能量，這將耗盡這些容器。AGV的充電時(shí)是將電荷注入電池，從而填充那些容器。但是并非所有電池單元都彼此相同，它們也會(huì)不均勻；因此，較弱的電池將以不同的速率充放電。每個(gè)電池的電壓電平將分別隨著電池的充電和放電而緩慢上升和下降。

為了能夠讓大家更加生動(dòng)理解，讓我們從一個(gè)完整的電池講起。在電池中的所有能量（可用能量）可為AGV提供動(dòng)力。為了不使電池過度放電（因?yàn)檫^度放電會(huì)降低電池壽命并且可能影響安全性），當(dāng)首個(gè)電池單元達(dá)到欠電壓閾值（通常取決于BMS保護(hù)的安全裕度）時(shí)，BMS必須停止放電。為了不對(duì)鋰離子電池過度充電，當(dāng)首個(gè)電池達(dá)到充電過電壓閾值時(shí)，BMS必須停止充電。然而，滯后的電池尚未完全充電，這樣在電池組中會(huì)產(chǎn)生不足/不理想的驅(qū)動(dòng)的電量，因?yàn)楫?dāng)首個(gè)電池單元充滿時(shí)，BMS必須再次停止充電。

換句話說，在首次充電/放電循環(huán)之后，一些能量在電池組中滯留。它永遠(yuǎn)不能用于為AGV提供動(dòng)力。隨著電池充放電反復(fù)進(jìn)行，滯留的電量增加，從而降低可用電量。此外，可用電量的損失是滯留電量的兩倍，因?yàn)闇�留電量不可用，并且等效電量不能注入到另一個(gè)電池單元中。

進(jìn)行多次的充放電循環(huán)之后，可用能量開始接近零。如何避免這個(gè)問題呢？平衡！可通過將多余電量耗散到電阻上來實(shí)現(xiàn)電池平衡，從而重新獲得將電池充滿電并達(dá)到完全充電的能力。

只要所有電池具有相同容量，在每次充電循環(huán)結(jié)束時(shí)就無需完全平衡——因?yàn)殡姾刹黄胶獾挠绊懯峭耆�可逆的。通過BMS廠商對(duì)策是對(duì)電池的無源平衡部分在經(jīng)歷多次充電/放電循環(huán)之后才被實(shí)現(xiàn)。當(dāng)平衡系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒時(shí)，可用電量降幅超過25％。然而，在平衡所有電池之后，電池組通過最少的可用能量損失即可完全充滿。

根據(jù)應(yīng)用和熱學(xué)考慮選擇平衡電流的量。例如，在24kWh系統(tǒng)（96個(gè)電池串聯(lián)）中，假設(shè)電池在其壽命結(jié)束時(shí)具有小于1％的充電時(shí)間差（充電時(shí)間的差異隨時(shí)間增加），則66Ah系統(tǒng)將需要補(bǔ)償660mAh。憑借200mA的平衡電流，可在3.3小時(shí)內(nèi)平衡該系統(tǒng)，但是需要兩倍的時(shí)間來平衡100mA電流。

低位堆垛叉式移動(dòng)機(jī)器人

鋰電池的被動(dòng)/主動(dòng)平衡不應(yīng)該由AGV廠商來設(shè)計(jì)的，但是AGV廠商需要了解無論是主動(dòng)均衡，還是被動(dòng)均衡，整體的均衡效率都是考量電池的技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即均衡的時(shí)間效率與均衡的能量效率，兩者的效率對(duì)于總體能量效率的貢獻(xiàn)程度，這應(yīng)該是BMS產(chǎn)品圍繞用戶需求設(shè)計(jì)的重要競爭力指標(biāo)； 電池的均衡技術(shù)區(qū)分為主動(dòng)均衡與被動(dòng)均衡。所謂被動(dòng)就是高電壓電池放電，主動(dòng)均衡就是高電壓電池將電能轉(zhuǎn)給低壓電池或者高電壓電池轉(zhuǎn)給整組。詳細(xì)的均衡實(shí)現(xiàn)策略說起來可沒那么容易，簡單來講被動(dòng)就是一節(jié)或幾節(jié)高電壓電池放電，主動(dòng)均衡就是高電壓的放電，低電壓的充電了；因而，被動(dòng)均衡是一種有損均衡，主動(dòng)均衡尚可以算得上無損均衡。主動(dòng)均衡比較復(fù)雜，但是能量利用率高，均衡效果也更好一些。被動(dòng)均衡比較簡單，但是基本上能量是被損耗掉的，均衡效果需要的時(shí)間比較長。

以上就是關(guān)于AGV智能移動(dòng)機(jī)器人相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，AGV即:Automated Guided Vehicle 簡稱AGV，當(dāng)前最常見的應(yīng)用如:AGV智能搬運(yùn)機(jī)器人或AGV小車，主要功用集中在自動(dòng)物流搬轉(zhuǎn)運(yùn)，AGV智能搬運(yùn)機(jī)器人是通過特殊地標(biāo)導(dǎo)航自動(dòng)將物品運(yùn)輸至指定地點(diǎn)，最常見的引導(dǎo)方式為磁條引導(dǎo)，激光引導(dǎo)，RFID引導(dǎo)等。

來源：機(jī)器人知識(shí)堂-新松移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)網(wǎng)