智能制造技术与数字化工厂 课件 第二章 智能制造控制技术

第2章智能制造控制技术CONTENTS目录2.1可编程控制技术1.可编程控制器概述ProgrammableController，简称PC，后来为了与个人计算机（PersonalComputer，简称PC）相区分，在行业中多称为ProgrammableLogicController，即可编程逻辑控制器，简称PLC。

现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。在早期，主要用于替代继电器-接触器的逻辑、顺序控制。目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制。2.国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。简称PLC3.可编程控制器的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）灵活性强，控制系统具有良好的柔性；（3）编程简单，使用方便；（4）控制系统易于实现，开发工作量少，周期短；（5）维修方便；（6）体积小，能耗低；（7）功能强，性价比高。4.可编程控制器的基本结构

5.可编程控制器的工作流程6.可编程控制器的扫描过程7.可编程控制器的功能控制功能逻辑控制定时控制计数控制顺序控制7.可编程控制器的功能运动控制及数据处理数学运算功能数据处理位置控制速度控制7.可编程控制器的功能过程控制A/D转换D/A转换PID控制7.可编程控制器的功能PROFIBUSDPPROFIBUSPA(Ex)PROFIBUSPA通信、联网功能7.可编程控制器的功能人机界面功能7.可编程控制器的功能编程、调试等不同品牌的PLC使用相应的编程软件，通过复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。

STEP7ProToolMPIcable有MPI接口的PG或PC新一代可编程逻辑控制器--PLCnextPLCnext除了支持传统的IEC61131编程语言，还支持数据库、Matlab、Python、C++、Java等高级语言。远程在线监测工业大数据汇总分析故障预诊断资源优化.1.PLCnext的接口2.PLCnext支持IEC61131编程3.PLCnext支持C++编程4.PLCnext支持Simulink模型文件导入5.PLCnext支持Python编程小结本节讲述了可编程控制器的结构、原理、功能，并介绍菲尼克斯的新一代PLC—PLCnext的丰富接口及高级语言编程应用，下一节介绍工业机器人技术。谢谢收看！CONTENTS目录2.2工业机器人技术CONTENTS目录2.2.1工业机器人概述(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。

机器人是集机械、电子、控制、传感、人工智能等多学科先进技术于一体的自动化装备。自1956年机器人产业诞生后，经过近60多年发展，机器人已经被广泛应用在装备制造、新材料、生物医药、智慧新能源等高新产业。机器人与人工智能技术、先进制造技术和移动互联网技术的融合发展，推动了人类社会生活方式的变革。工业机器人最显著的特点有如下几个1.工业机器人定义及特点(4)智能化。安装多种类型的传感器，如皮肤接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器等，提高了机器人对周围环境的感知和适应能力，结合人工智能算法的应用使机器人具有不同的智能功能。2.工业机器人的分类机器人有很多种分类方法，目前还没有统一的机器人分类标准，本节按机器人的应用环境、驱动方式、坐标系特点进行分类。工业机器人特种机器人按应用环境不同服务机器人水下机器人娱乐机器人军用机器人农业机器人机器人化机器面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。根据机械结构分类串联机器人并联机器人并联机器人的定义：动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机器人。串联机器人：是开式运动链，它是由一系列连杆通过转动关节或移动关节串联而成。关节由驱动器驱动，关节的相对运动导致连杆的运动，使手爪到达一定的位姿。◆液压驱动式由油缸、油马达、电磁阀、伺服阀、油泵等组成驱动系统，抓举能力大◆气压驱动式驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空气压缩机等气动元件组成，抓举能力低◆电机驱动式驱动电机一般采用步进电机、直流伺服电机以及交流伺服电机按驱动方式不同混合驱动按坐标系分类工业机器人的结构形式直角坐标系圆柱坐标系球面坐标系关节坐标系按坐标系分类y工业机器人的结构形式z直角坐标系x圆柱坐标系球面坐标系

关节坐标系直角坐标机器人具有空间上相互垂直的多个直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人的工作空间示意图θ按坐标系分类r工业机器人的结构形式x直角坐标系圆柱坐标系球面坐标系

关节坐标系柱面坐标机器人主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。圆柱坐标机器人的工作空间示意图按坐标系分类β工业机器人的结构形式rθ直角坐标系圆柱坐标系球面坐标系

关节坐标系球面坐标机器人空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定，动作空间形成球面的一部分。球面坐标机器人的工作空间示意图按坐标系分类工业机器人的结构形式φ直角坐标系θ圆柱坐标系球面坐标系

关节坐标系垂直多关节机器人模拟人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋转轴、带动大臂、小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等组成，手腕通常有2~3个自由度，其动作空间近似一个球体。垂直关节坐标机器人示意图zω2ω1按坐标系分类工业机器人的结构形式ω3直角坐标系圆柱坐标系球面坐标系

关节坐标系水平多关节机器人结构上具有串联配置的两个能够在水平面内旋转的手臂，自由度可依据用途选择2~4个，动作空间为一圆柱体。水平多关节机器人的工作空间SCARA机器人3.工业机器人的组成4.机器人系统组成及各部分之间的关系5.工业机器人的主要技术参数（1）

自由度（Degree

of

freedom）

：自由度是机器人的一个重要技术指标，它是根据机械原理，机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，分为刚体自由度和机器人自由度。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。通常作为机器人的技术指标，反映机器人动作的灵活性，可用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。目前，焊接和涂装作业机器人多为

6

或

7

自由度，而搬运、码垛和装配机器人多为

4~6自由度。目前，工业机器人的重复精度可达±

0.01~

±0.5mm

。依据作业任务和末端持重不同，机器人重复精度亦不同。（2）

额定负载 也称持重。正常操作条件下，作用于机器人手腕末端，不会使机器人性能降低的最大载荷。目前，使用的工业机器人负载范围可从

0.5kg直至

800kg。（3）

工作精度包括机器人定位精度、重复定位精度和分辨率。工业机器人典型行业应用的工作精度作业任务—额定负载（

kg）重复定位精度（

mm）搬运5~200±0.2~±

0.5码垛50~800±

0.5点焊50~350±0.2~±

0.3弧焊3~20±0.08~±

0.1喷涂5~20±0.2~±

0.5装配2~5±0.02~±

0.036~10±0.06~±

0.0810~20±0.06~±

0.1（4）

工作空间也称工作范围、工作行程。工业机器人执行任务时，其手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能掠过的空间，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。目前，单体工业机器人本体的工作范围可达3.5

m

左右。（5）

工作速度 机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。机器人的运动速度是指单关节速度；最大工作速度通常指机器人手腕中心的最大速度。这在生产中是影响生产效率的重要指标。小结本节讲述了工业机器人的定义、分类、组成及主要参数，让同学们对工业机器人有感性的认识，下一节介绍工业机器人的位置和姿态描述。谢谢收看！CONTENTS目录2.2.4工业机器人位置和姿态表示

机器人是一种多自由度机构，须知道每一关节变量的值才能知道其手部所处位置和姿态。需要用位置矢量、平面和坐标系等概念进行描述。

本章的机器人运动学就是基于D-H方法来对机器人进行建模分析。

首先给每个关节指定坐标系，然后确定从一个关节到下一个关节进行变化的步骤，这体现在两个相邻参考坐标系之间的变化，将所有变化结合起来，就确定了末端关节与基座之间的总变化，从而建立运动学方程，进一步对其求解。1.位置描述

建立直角坐标系

，将空间点P在坐标系

中的位置矢量记为则P点的位置：

在迪卡尔坐标系下对一点位置的描述，通常可采用三维坐标、位置矢量及矩阵等多种形式来表示。2.姿态描述

一个刚体的姿态可以由某个固接于刚体的坐标系来描述。为了规定空间某刚体B的姿态，设置一直角坐标系

与此刚体固接，用坐标系的三个单位主矢量

，，，相对于参考坐标系的方向余弦组成的矩阵来表示刚体B相当于坐标系的姿态。称为坐标系相对于的旋转矩阵。旋转矩阵的性质：列向量两两正交，行向量两两正交；列向量和行向量都是单位向量；每一列是的基矢量在中的分量表示，同样，每一行是的基矢量在中的分量表示；旋转矩阵是正交矩阵，其行列式等于1；它的逆矩阵等于它的转置矩阵，即：称为坐标系相对于的旋转矩阵。如果刚体B相对于坐标系A的X、Y、Z作转角为θ的旋转变换，其旋转矩阵分别为：s表示sinc表示cos3.位姿描述

刚体的位姿即刚体在空间的位置和姿态，如前面已经讨论的采用位置矢量描述点的位置，采用旋转矩阵描述物体的姿态。要完整描述刚体

B在空间的位姿，通常将物体B与一坐标系

相固接，的坐标原点一般选在物体B的特征点上，如质心等。相对坐标系，坐标系

的原点坐标和坐标轴的姿态，分别由旋转矩阵和位置矢量描述。当B相对A的姿态相同，只需表示位置时，式中旋转矩阵当B相对A的原点相同，只需表示姿态关系时,式中的位置矢量小结本节讲述了工业机器人的位姿描述，也就是机器人的位置和姿态描述，让同学们对刚体的矢量位置和旋转矩阵相关知识的理解，下一节介绍坐标变换。谢谢收看！CONTENTS目录2.2.5坐标变换1.平移坐标变换1.平移坐标变换1.平移坐标变换描述坐标系B相对于坐标系A的位置矢量表示点P在坐标系B中的位置表示点P在坐标系A中的位置也称为平移矢量（平移方程）2.旋转坐标变换（坐标旋转方程）为坐标系B相对A的方位的旋转矩阵为坐标系A相对B的方位的旋转矩阵为正交矩阵，两者互逆3.复合坐标变换3.复合坐标变换（1）（2）（3）小结本节讲述了任意点P在不同坐标系中的描述，阐明从一个坐标系的描述到另一个坐标系的描述关系，包括平移坐标变换、旋转坐标变换及复合坐标变换，下一节介绍齐次坐标变换。谢谢收看！为什么要引入齐次坐标呢?这是由使用齐次坐标在解决一些实际问题中的简便而引入的。许多图形应用涉及到几何变换，主要包括平移、旋转、缩放。以矩阵表达式来计算这些矩阵时，平移矩阵是相加，旋转和缩放则是矩阵相乘，将这些变换综合起来可以表示为：p'=pM₁+M₂(式中，p表示原向量，p'表示变换后的向量；M₁表示旋转缩放矩阵，M₂表示平移矩阵)。由于多次使用这样的变换会使方程中产生大量的代数项，为此，人们希望将这些变换对应的矩阵合并，减小方程中的项数，所以引入齐次坐标的目的主要是合并矩阵运算中的乘法和加法，使变换表示为p'=pM的形式。即它提供了用矩阵运算把二维、三维甚至高维空间中的一个点集从一个坐标系变换到另一个坐标系的有效方法。CONTENTS目录2.2.6齐次坐标变换1.齐次坐标齐次坐标就是将一个原本是n维的向量用一个n+1维向量来表示。是点的齐次坐标ω为作为通用比例因子通常取ω=1的齐次坐标表示为例如三维空间中的P点

齐次坐标的性质（1）齐次坐标的不唯一性比如

是某点的齐次坐标，则

(λ为任意常数)也是该点的齐次坐标。所谓不唯一性，是指某点的齐次坐标具有无穷多点，不是单值确定的。

齐次坐标的性质（2）齐次坐标的坐标原点和坐标轴根据齐次坐标的定义：坐标原点ox轴的无限远点--ox轴oy轴的无限远点--oy轴oz轴的无限远点--oz轴

齐次坐标的运算设：则有：

齐次坐标的运算2.齐次矩阵将表示为齐次坐标形式：由（1-1）（1-2）式1-1和式1-2完全等价2.齐次矩阵当B相对A的姿态相同，只需表示位置时，式中旋转矩阵当B相对A的原点相同，只需表示姿态关系时,式中的位置矢量齐次变换矩阵是机器人学中重要术语，它将转动和移动组合在一个4X4的矩阵中。3.用齐次矩阵表示平移变换平移变换就是两个向量的相加设向量3.用齐次矩阵表示平移变换这个两个式等效，根据齐次坐标加法性质可知：3.用齐次矩阵表示平移变换由此可知：表示一平移变换，点沿参考坐标系x、y、z轴的平移量分别为a、b、c。齐次变换矩阵，它既可代表矢量,也可表示坐标系,还可用来实现坐标变换。此变换矩阵的每一个元素乘上一非零元素后不会改变这个变换例求矢量按照矢量进行平移变换得到的矢量课堂练习：求矢量被矢量平移的结果4.利用齐次矩阵表示旋转变换构件坐标系绕参考坐标的x、y、z轴分别旋转

角时，其齐次坐标旋转变换矩阵分别为s表示sinc表示cos例.已知坐标系B初始姿态与坐标系A重合，首先B相对于A的轴旋转

，再延A的轴移动12个单位，再延A的轴移动6个单位。设B中有一个矢量，用齐次变换方法求其在A中的描述。解：例求矢量绕参考坐标系z轴转后，再绕y轴转后的姿态。解：例求矢量绕参考坐标系z轴转后，再绕y轴转后的姿态。解：还可以把上面两个旋转变换合在一起进行连续变换，但是要注意矩阵的次序。因矩阵乘法不具备交换性质，相对于参考坐标进行连续旋转变换时，先进行的变换矩阵在右侧，后进行的变换矩阵在左侧。例如果对上例题中再按照矢量进行平移，求变换后的坐标。解：小结本节讲述了齐次坐标、齐次坐标运算、齐次矩阵、以及用齐次矩阵表示平移变换和旋转变换，下一节介绍工业机器人正向运动学。谢谢收看！CONTENTS目录2.2.7机器人正向运动学机器人正向运动学，也称为运动学正解。已知连杆几何参数和关节变量求：机器人末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态解：运动方程关节连杆1.机器人运动方程的表示机械手是一系列由关节连接起来的连杆构成的一个运动链。将关节链上的一系列刚体称为连杆，通过转动关节或平动关节将相邻的两个连杆连接起来。

1.机器人运动方程的表示六连杆机械手可具有6个自由度，每个连杆含有一个自由度，并能在其运动范围内任意定位与定向。按机器人的惯常设计，其中3个自由度用于规定位置，而另外3个自由度用来规定姿态。(1)机械手的运动方向坐标系的原点置于夹手指尖的中心用矢量p表示；夹手的三个单位矢量：

向矢量处于夹手进入物体的方向上，为接近矢量

y

向矢量的方向从一个指尖指向另一个指尖，为方向矢量最后一个矢量叫做法线矢量,满足用表示机械手的位置和姿态：第一列是第二、三列的交乘；和都是正交单位矢量，且互相垂直：(2)用旋转序列表示运动姿态欧拉角（Euler）：绕某种坐标系坐标轴的纯旋转序列的转角称为欧拉角。在当前构件坐标系中绕z轴旋转

角；再绕新的y轴（

）旋转

角；最后围绕新的z轴（）旋转

角。欧拉变换

可由连乘三个旋转矩阵来求得。

由变换的相对性原理，可按照相反顺序解释其在参考坐标系中的旋转：先绕参考坐标系z轴旋转

角，再绕参考坐标系y轴旋转角，再绕参考坐标系z轴旋转角。(3)用横滚、俯仰和偏转表示运动姿态

在轮船航海或飞机飞行过程中经常用横滚(roll)、俯仰(pitch)和偏转(yaw)，简称RPY，表示运动姿态，也适用于机械手端部执行装置的这些旋转。船绕与其前进方向相同的轴所作的转动为横滚定义为绕参考坐标系

z轴旋转

角轮船绕与其前进方向横向垂直的轴所作的转动为俯仰定义为绕参考坐标系

y轴旋转

角轮船绕与其前进方向横向垂直的轴所作的转动为偏转定义为绕参考坐标系

x轴旋转

角机器人的三自由度手腕处也经常用到RPY旋转变换若相对于参考坐标系进行变换描述：先绕参考坐标系

x

轴旋转

角，再绕参考坐标系y

轴旋转角，再绕参考坐标系z

轴旋转角。2.运动位置和坐标

一旦机械手的运动姿态由某个姿态变换规定之后，它在基系中的位置就能够由左乘一个对应于矢量

的平移变换来确定：[某姿态变换]

[某姿态变换]

这一平移变换可用不同的坐标来表示。除了已经讨论过的笛卡儿坐标外，还可以用柱面坐标和球面坐标来表示这一平移。(1)用柱面坐标表示运动位置首先用柱面坐标来表示机械手手臂的位置，即表示其平移变换。这对应于沿x轴平移r，再绕z轴旋转

，最后沿z轴平移zCyl表示柱面坐标组合变换

如果手臂某个姿态变换右乘上述变换式，那么，手臂将相对于基系绕z轴旋转

角。要是需要变换后机器人末端相对基系的姿态不变，那么就应绕z轴旋转一个-角。(2)用球面坐标表示运动位置首先用球面坐标来表示手臂运动位置矢量的方法。这对应于沿z轴平移r，再绕y轴旋转

角，最后沿z轴旋转角。

Sph表示球面坐标组合变换同样的，希望变换后机器人末端坐标系相对基系的姿态不变，那么就必须用

和右乘(3)连杆变换矩阵及其乘积1）广义连杆与广义关节机器人的自由度是机器人的重要技术指标，机器人有多少个运动副，就意味着有多少个自由度。用来表示独立运动的一组构件可以抽象为一个连杆。工业机器人可以看作有若干运动副和若干连杆连接而成，其中连接两个相邻连杆的运动副称为关节。除了末端连杆外，每个连杆必然有两个关节，或者说两个关节之间的机械结构可简化成一个单独的连杆。平移关节转动关节

转动关节和平移关节都有一条关节轴线，对于转动关节，其关节轴线就是其回转的中心线；对于平移关节，取移动方向的中心线作为关节轴线。2）连杆参数连杆长度：连杆扭转角：连杆偏移量：关节转角：

、

、

、

参数统称为Denavit-Hartenberg（D-H）参数。3）机器人连杆坐标系坐标系

轴和原点固定在该连杆前一个轴线上；连杆

的坐标系原点位于轴与的公共法线与轴线的交点上；轴的方向总是沿着公共法线从转轴指向4）机器人连杆变换矩阵旋转角，过渡到

沿平移，使过渡到

绕轴转动角，使过渡到

沿轴平移使与重合变换矩阵可以写成：每个变换都是仅有一个连杆参数的基础变换：旋转或平移变换六轴机械手端部对基座的关系为：如果机器人6个关节中的变量分别是

，则末端相对基座的齐次矩阵也应该是包含这6个变量的

矩阵。这就是机器人正向运动学的表达式，通过机器人各关节值计算出末端相对于基座的位姿。若机器人基座相对工件参照系有一个固定变换

，机器人工具末端相对手腕端部坐标系也有一个固定变换

，则机器人工具末端相对工件参照系的变换

为：小结本节讲述了工业机器人的运动方程，欧拉变换、旋转RPY变换、柱面坐标变换、球面坐标变换，连杆变换矩阵及乘积等，可以通过机器人各关节值计算出末端相对于基座的位姿，内容较多，课后同学们好好理解，下一节介绍机器人逆向运动学。谢谢收看！CONTENTS目录2.2.8机器人逆向运动学机器人逆向运动学，即机器人运动方程的求解。已知工具坐标系相对于工作台坐标系的期望位置和姿态求：机器人能够达到预期位姿的关节变量解：通过欧拉变换求解；滚、仰、偏变换求解；球面变换求解等方法实现关节连杆1.欧拉变换求解已知欧拉变换的正解中各元素值，用T来表示，求各欧拉角令矩阵方程两边各对应元素一一相等用双变量反正切函数atan2确定角度

可以试探地求解：当由余弦函数求角度时，不仅此角度的符号是不确定的，而且所求角度的准确程度又与该角度本身有关。分母为

或时没有定义。atan2提供2个自变量，即纵坐标y和横坐标x，同时检查y和x的符号来确定其所在象限。也能检验什么时候x或y为0，并反求出正确的角度。要求得方程式的解，采用另一种通常能够导致显式解答的方法。用未知逆变换依次左乘已知方程，对于欧拉变换有:即：从反正切函数得到：或2.滚、仰、偏变换求解

在分析欧拉变换时，已经知道，只有用显式方程才能求得确定的解答。所以在这里直接从显式方程来求解用滚动、俯仰和偏转表示的变换方程。所以：3.球面变换求解也可以把前面求解技术用于球面坐标表示的运动方程所以小结本节讲述了几种典型的机器人方程求解方法，包括欧拉变换求解、RPY变换求解及球面变换求解。已知工具坐标系相对于工作台坐标系的期望位置和姿态，求得机器人能够达到预期位姿的关节变量。谢谢收看！CONTENTS目录2.3AGV技术1AGV概述

AGV即AutomatedGuidedVehicle自动导引物流车，配有装备如电磁，光学或其他自动导引装置，可以沿设定的引导路径行驶。

AGV的特点是高度自动化和高智能化，可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输送带和传送线相比非常低廉。AGV小车一般配有装卸机构，可与其它物流设备自动接口，实现货物装卸与搬运的全自动化过程。此外，AGV小车依靠蓄电池提供动力，还有清洁生产、运行过程中无噪音、无污染的特点。2AGV优点V.SAGV搬运人力搬运永不疲惫永不犯错不要工资工作环境不挑剔使命必达！自动化程度高充电自动化优点快速安装，无须布设额外设施很好地适应环境、流程和工艺的改变自动避让行人和障碍物自动寻找替代路线可以全天候运转24/7可适应Class100的洁净室丰富的扩展接口传统AGV爱德普AIV电磁（磁条）导航电磁导航是一种较为传统的引导方式，通过在AGV的行驶路径上埋设金属导线，并加载低频、低压电流，使导线周围产生磁场，AGV上的感应线圈通过对导航磁场强弱的识别和跟踪，实现AGV的导引。优点：导引线隐蔽，不易污染和破损，导引原理简单而可靠，便于控制通讯，对声光无干扰，投资成本低。缺点：改变或扩充路径较麻烦，导引线铺设相对困难，AGV只能按磁条行走，无法实现智能避让或通过控制系统实时更改任务。3AGV分类二维码导航二维码导航的原理是AGV通过摄像头扫描地面铺设的二维码，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。惯性导航是利用移动机器人内部传感器（光电编码器，陀螺仪）获取机器人的位置和姿态，通常作为辅助定位。优点：定位精确，小巧灵活，铺设、改变路径也较容易，便于控制通讯，对声光无干扰。缺点：路径需要定期维护，如果场地复杂，则需要频繁更换二维码，对陀螺仪的精度及使用寿命要求严格，另外对场地平整度有一定要求，价格相对较高。激光导航激光反光板导航是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的反射板，激光扫描器安装在AGV车体上。激光扫描器随AGV的行走的同时发出激光束，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，基于这样的原理实现非常精确的激光导引。优点：激光导航的方式使得AGV能够灵活规划路径，定位准确，行驶路径灵活多变，施工较为方方便，能够适应各种使用环境。缺点：制造成本高，对环境要求较相对较高(外界光线，地面要求，能见度要求等)。视觉导航视觉导航是通过AGV车载视觉传感器获取运行区域周围的图像信息来实现导航的方法。硬件上需要下视摄像头、补光灯和遮光罩等支持该种导航方式的实现。该方式通过AGV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。优点：视觉纹理导航的优点是硬件成本较低，定位精确。缺点：对使用环境（地面、光线等）要求较高，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，而且视觉导航技术还不够成熟。按驱动方式分单驱动差速驱动双驱动多轮驱动：这种类型的驱动形式多用于八轮车型，四个驱动轮同时也是转向轮，四个从动轮起支撑和转向作用，这种类型的小车可以实现整体的前进，后退和全方向行驶，较多用于重载行业，结构复杂，成本较高。4AGV地图构建

地图构建是AGV完成自主导航与规划路径研究的基础，AGV运行的空间是真实的物理空间，而算法所处理的数据是实际空间的抽象空间，通过环境建模就能够实现物理空间到抽象空间的映射。AGV常用的地图构建方法有：可视图法、拓扑图法、栅格地图法。栅格地图法是用一系列的栅格表示AGV所处环境，其中每一个栅格给定一个可能值，表示该栅格被占据的概率。栅格之间是独立的，只要估计出每个栅格的占据值就可以估计出环境的地图。声纳传感器建图就是将声纳传感器测量数据以概率分布的方式将机器人所处环境映射到二维的栅格化地图上，然后对每一个栅格进行阈值化处理，投影到水平二维栅格地图上便可得到栅格地图。激光雷达建图的原理是发射出的激光遇到障碍物时发生反射，利用发射激光和接收的反射光的时间差计算障碍物与设备之间的距离，提供周围环境的的扫描信息，然后进行阈值化处理即可得到栅格地图。5AGV路径规划

路径规划是自动导引车研究领域的一个重要课题，其目的是在有障碍物约束的环境下，根据已知的起点与终点，以最短路径、最短时间等为目标寻找一条最优或接近最优的安全、无障碍路径。路径规划分局部路径规划和全局路径规划。局部路径规划是指在环境信息完全未知或者局部信息未知的情况下，AVG在运动过程中利用传感器信息规划出一条从当前点到目标点的无碰撞路径。局部路径规划属于动态规划算法，在动态环境下适应能力强，缺点是由于缺乏全局信息导致算法具有一定的盲目性，甚至目标点不可达。常用的局部路径规划算法有Bug族算法、人工势场法等。5AGV路径规划

全局路径规划是在全局环境信息已知的情况下，按照一定的算法规划出一条最短或最优的无碰撞路径，使AGV能够到达目标点。全局路径规划属于静态规划，对动态环境适应能力差，由于需要处理全局环环境信息影响规划路径的境信息，因而需要的存储空间大，计算量大，实时性较差，准确度。Floyd算法、Dijkstra算法、A*算法、蚁群算法

（1）物流搬运6AGV主要应用6AGV主要应用

（2）

柔性装配线成品库AGV智能包装个性化定制智能检测&测试成品总装半成品装配HMI人脸识别下单人脸识别取货总控中心原材料库看板规格说明书AGV应用案例室内自主导航车车队调度管理器硬件软件SetNetGo地图规划师LD平台WIFI天线触控屏激光测距仪激光声呐缓冲器圆形指示灯LD操纵杆示教机器人地图操纵机器人运动操纵机器人到指定位置LD充电桩低压直流模式多重安全保障智能模式充电集成手动充电模式多种安装方式电源指示灯充电指示灯手动充电接口内置传感器电源及保险丝LD平台底座模块化装配，便于检查和维护大容量预留空间、丰富的接口，便于集成几何中心与质心近乎重合设计，便于配载差速驱动+万向轮结构，运动灵活，可原地旋转驱动轮激光测距仪内核电池万向轮环形指示灯圆形交互界面灯光提示语音提示高级交互界面

显示面板-可根据需要移动安装位置

-开机、关机、制动、紧急停止-可以显示当前任务、错误信息、电池状态…LD电池容量:72Ah使用时间：空载:15小时

满载:6~7

小时寿命:2000个充电周期（电池组标称值）

充电时长:4hours内置电源管理模块更换简单方便自动寻找充电座充电

LD控制器接口千兆网卡USB端口RS232串口CANbus总线数字:16输入/16输出模拟:4输入/4输出声呐接口辅助面板接口缓冲器接口塔灯接口天线接口可控逻辑电源可控大容量辅助电源垂直传感器接口内置丰富的接口，可以满足各种集成需要LD主要零件参数扫描角度：240°扫描距离：15m扫描方式：平面LaserSonarcontroller后面2个：2mDrivetrains编码器:2X512霍尔传感器无痕车轮Gyroscope陀螺仪:

旋转320°/s可选配件触摸屏远程模块定位相机接近感应器垂直感应器车队调度管理器单个室内自主导航车内置队列管理器先进先出队列管理小型车队调度管理器小型企业调度系统专用的队列管理器动态的交通管理模式先进先出的过程管理、位置优先模式车队最大容量：5台大型车队调度管理器企业调度系统专用的队列管理器动态的交通管理模式高级先进先出的过程管理、

路径长度优先模式车队最大容量：100台多个移动机器人在同一场所运动*期望与WMS或MES系统对接，实现全自动管理拥有完备的队列管理系统、负载管理系统、出错管理系统、交通管理系统统一管理每个机器人的配置，节约配置机器人的时间共享附近机器人的位置、轨迹和任务，优化机器人运动优先级节约无线网络带宽、监控所有机器人诸如位置、电池、任务信息免维护，无须专业的IT知识使用场合特点车队调度管理器作为室内自主导航车的数据和管理中心作为企业数据库与自主导航车的中转站作为设备与自主导航车的通信中心作为终端与自主导航车的交互中心作为呼叫器与自主导航车的控制中心车队调度管理器SetNetGoLDPCMicrocontrollerSetNetGoOSConfigARAMmapRobotmodelGeneralconfigFPGAMARCOSLDCOREMotoramp1Motoramp2laserSonarcontrollerWheellights(2X)UserPanelBatteryGyroDrivetrains移动规划师特点符合使用习惯的PC端软件直观地图形化操作界面电子地图功能地图的扫描、创建、编辑站点、禁区、充电座、其他特殊区域的创建和管理路径、IO、宏的使用机器人参数的管理机器人的操作文件的上传和下载创建地图152规划简洁的连接轻松的部署简单的学习丰富的工具方便的拖放醒目的标志快速的调试禁止线禁止区域单个运行靠左行驶优先路径快速区慢速区虚拟门缓冲点示例-多机器人避免拥堵1541:15-1:25出现拥堵完全有序运行示例-多机器人自动让车155导航车堵住通道，其他导航车不得不从外围绕道运行导航车自动让车小结本节讲述了AGV自主导航小车的概述、分类，结构、功能及应用等，下一节介绍机器视觉技术。谢谢收看！AGV控制系统结构AGV主控软件流程图AGV车载软件流程图CONTENTS目录2.4机器视觉技术1.机器视觉技术概述机器视觉是软硬件一体化的集成系统，目的是代替人眼对被测物进行观察和判断。

机器视觉系统最基本的特点就是提高生产的灵活性和自动化程度。在一些不适于人工作业的危险工作环境或者人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉。同时，在大批量重复性工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的效率和自动化程度。一个典型的工业机器视觉系统包括：光源、镜头（定焦镜头、变倍镜头、远心镜头、显微镜头）、相机（包括CCD相机和CMOS相机）、图像处理单元（或图像捕获卡）、图像处理软件、监视器、通讯/输入输出单元等。光源CCD/CMOS图像传感器镜头被测物体模拟视频流摄像机图像采集卡图像内存中数字图像应用结果孔半径1233.147mm3.052mm2.785mm

机器视觉软件FGI/O一个典型的工业机器视觉系统包括：光源、镜头（定焦镜头、变倍镜头、远心镜头、显微镜头）、相机（包括CCD相机和CMOS相机）、图像处理单元（或图像捕获卡）、图像处理软件、