一、磁導(dǎo)航

　　磁導(dǎo)航主要是指通過(guò)測(cè)量路徑上的磁場(chǎng)信號(hào)，來(lái)獲取機(jī)器人自身位置，引導(dǎo)機(jī)器人沿磁場(chǎng)信號(hào)指引行駛，從而實(shí)現(xiàn)車輛的控制及導(dǎo)航。目前來(lái)說(shuō)，磁導(dǎo)主要分為三種形式，包括電磁導(dǎo)航、磁條導(dǎo)航與磁釘導(dǎo)航。

　　1、電磁導(dǎo)航

　　電磁導(dǎo)航指的是在導(dǎo)航路徑上埋設(shè)金屬線，并在金屬線上加載導(dǎo)引頻率，通過(guò)物流機(jī)器人對(duì)導(dǎo)引頻率的感知與識(shí)別，來(lái)實(shí)現(xiàn)物流機(jī)器人的導(dǎo)航功能。

　　優(yōu)點(diǎn)：成本低、技術(shù)成熟可靠。導(dǎo)航的隱秘性好、美觀性強(qiáng)，在一些高溫環(huán)境下或者對(duì)線路平直性要求嚴(yán)格的場(chǎng)景中比較適用。

　　缺點(diǎn)：導(dǎo)航線路鋪設(shè)后難以更改，導(dǎo)航路徑固定，缺乏柔性，路徑上出現(xiàn)障礙無(wú)法避讓，難以適應(yīng)多個(gè)機(jī)器人群體作業(yè)等等。

　　2、磁條導(dǎo)航

　　磁條導(dǎo)航主要是在地面鋪設(shè)磁條，通過(guò)測(cè)量路徑上的磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)獲取機(jī)器人自身的精準(zhǔn)定位信息，并引導(dǎo)機(jī)器人沿磁條路徑向目的地行駛，從而實(shí)現(xiàn)車輛的控制及導(dǎo)航。

　　優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于電磁導(dǎo)引來(lái)說(shuō)，磁條導(dǎo)航具有很高的測(cè)量精度及良好的重復(fù)性，磁條一旦鋪設(shè)好后，維護(hù)費(fèi)用非常低，使用壽命長(zhǎng)，且增設(shè)、變更路徑較電磁導(dǎo)航容易。

　　缺點(diǎn)：磁條直接鋪設(shè)在地面，影響美觀，容易破損，并且會(huì)吸引金屬物質(zhì)，容易導(dǎo)致AGV設(shè)備故障等。

　　3、磁釘導(dǎo)航

　　磁釘導(dǎo)航依然是通過(guò)磁導(dǎo)航傳感器檢測(cè)磁釘?shù)拇判盘?hào)來(lái)尋找行進(jìn)路徑，只是將原來(lái)采用磁條導(dǎo)航時(shí)對(duì)磁條進(jìn)行連續(xù)感應(yīng)變成間歇性感應(yīng)，磁釘導(dǎo)航所用控制模塊與磁條導(dǎo)航控制模塊其實(shí)是相同的。

　　優(yōu)點(diǎn)：磁釘抗干擾強(qiáng)，抗磨損性強(qiáng)。

　　缺點(diǎn)：與電磁導(dǎo)航一樣，修改路線復(fù)雜，且對(duì)地面會(huì)造成一定的破壞。

　　物流機(jī)器人磁導(dǎo)航的歷史悠久，技術(shù)成熟，曾在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)是物流機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的主流。但磁導(dǎo)航路線固定、變更不靈活，缺乏柔性，不便于群體作業(yè)等缺點(diǎn)，目前已經(jīng)被邊緣化。

　　目前，對(duì)于物流搬運(yùn)路徑比較固定的場(chǎng)景下，從應(yīng)用特點(diǎn)和性價(jià)比方面來(lái)說(shuō)磁導(dǎo)航還具有較大優(yōu)勢(shì)。另外，隨著無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展，近年來(lái)磁導(dǎo)航物流機(jī)器人（AGV），也可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)與中控端的調(diào)度系統(tǒng)緊密互動(dòng)，一面接收派車命令，一面將車輛位置、裝卸貨等信息回饋予調(diào)度系統(tǒng)，提升了物料搬運(yùn)管理效能。

　　二、慣性導(dǎo)航

　　慣性導(dǎo)航主要是根據(jù)相應(yīng)的慣性原理，依靠陀螺儀、加速度計(jì)等慣性傳感器獲取位置、速度等信息，利用信息技術(shù)、物理知識(shí)、智能算法形成的導(dǎo)航參數(shù)解算技術(shù)進(jìn)行物流機(jī)器人的導(dǎo)航。

　　優(yōu)點(diǎn)：慣性導(dǎo)航成本較低，抗干擾很強(qiáng)，還能夠完整地獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，具有一定的自主性。

　　缺點(diǎn)：容易造成累計(jì)誤差，在面積較大的復(fù)雜環(huán)境中，慣性導(dǎo)航的弊端會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。

　　說(shuō)明：慣性導(dǎo)航雖然是一種較為初級(jí)的物流機(jī)器人定位導(dǎo)航技術(shù)，但它是全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，抗干擾強(qiáng)，如果與其他導(dǎo)航技術(shù)組合應(yīng)用，克服慣性導(dǎo)航缺點(diǎn)，提升導(dǎo)航精度，具有很好前景。

　　三、光反射導(dǎo)航

　　利用光反射原理測(cè)距、定位、導(dǎo)航的技術(shù)都屬于光反射導(dǎo)航。

　　實(shí)踐中常用激光與紅外等光反射導(dǎo)航，各種光反射導(dǎo)航原理基本相同。這里重點(diǎn)介紹物流機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的激光反射板導(dǎo)航技術(shù)。

　　激光反射導(dǎo)航基本原理與激光測(cè)距相同，即通過(guò)測(cè)量激光從發(fā)出到接收反射的時(shí)間計(jì)算出自身與前方障礙物的距離。與激光測(cè)距不同的是，激光導(dǎo)航需要進(jìn)行多次多點(diǎn)位的測(cè)距，即把激光頭安裝在機(jī)器人頂部，每隔數(shù)十毫秒旋轉(zhuǎn)一周，發(fā)出經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光。激光經(jīng)布置在環(huán)境中的反射板反射回來(lái)，經(jīng)過(guò)解調(diào)可以得到有效的信號(hào)，由于機(jī)器人的工作場(chǎng)預(yù)先安置的反射板坐標(biāo)預(yù)先已輸入了計(jì)算機(jī)，因此根據(jù)反射信號(hào)可以精準(zhǔn)確定機(jī)器人所處的位置，并用來(lái)指導(dǎo)機(jī)器人行走。

　　優(yōu)點(diǎn)：定位精度高、不需要鋪設(shè)輔助設(shè)施、線路變更靈活、導(dǎo)航技術(shù)成熟，能夠適合多種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

　　缺點(diǎn)：導(dǎo)航成本高，對(duì)環(huán)境光線、能見(jiàn)度等要求苛刻，易受環(huán)境因素的影響。

　　目前，隨著激光雷達(dá)傳感器模塊化、小型化，導(dǎo)航成本已經(jīng)有大幅下降。

　　四、二維碼導(dǎo)航

　　亞馬遜KIVA物流機(jī)器人最早應(yīng)用二維碼導(dǎo)航，其類似棋盤的工作模式令人印象深刻，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)的電商企業(yè)的智能倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人紛紛采用二維碼導(dǎo)航。

　　二維碼導(dǎo)航原理是通過(guò)攝像頭掃描地面二維碼，解析二維碼信息獲取當(dāng)前的位置，再按調(diào)度系統(tǒng)導(dǎo)航指令，計(jì)算并控制機(jī)器人行駛，使得機(jī)器人借助慣性導(dǎo)航技術(shù)，依次沿著導(dǎo)航路徑中二維碼標(biāo)簽位置行走，最后完成導(dǎo)航功能，到達(dá)目的地。二維碼導(dǎo)航通常與慣性導(dǎo)航相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位與導(dǎo)航。這是二維碼坐標(biāo)信息定位與慣性導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合的一種新型導(dǎo)航技術(shù)。

　　優(yōu)點(diǎn)：定位精確，小巧靈活，鋪設(shè)、改變路徑較為容易，便于控制通訊，無(wú)需擔(dān)心聲光干擾。

　　缺點(diǎn)：慣性導(dǎo)航缺點(diǎn)會(huì)制約二維碼導(dǎo)航精度；二維碼容易污損需要定期維護(hù)；如果場(chǎng)地復(fù)雜，用戶就需要頻繁更換二維碼等。

　　綜合運(yùn)用二維碼識(shí)別設(shè)備和機(jī)器人控制技術(shù)，結(jié)合算法解決了應(yīng)用過(guò)程中路徑規(guī)劃問(wèn)題和碰撞問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)物流中機(jī)器人自動(dòng)引導(dǎo)和定位，穩(wěn)定性、柔性和實(shí)用性非常高，已在國(guó)內(nèi)智能倉(cāng)儲(chǔ)的廣泛應(yīng)用。

　　五、色帶導(dǎo)航

　　色帶導(dǎo)航是在移動(dòng)機(jī)器人的行駛路徑上布置色帶（粘貼色帶或涂漆），利用色帶作為導(dǎo)航路徑的人工標(biāo)志物，通過(guò)車載的光學(xué)傳感器采集并識(shí)別色帶圖像信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)物流機(jī)器人定位與導(dǎo)航的方法。色帶導(dǎo)航與磁帶導(dǎo)引較為類似。

　　優(yōu)點(diǎn)：路面鋪設(shè)較為容易，拓展與更改路徑相對(duì)磁條導(dǎo)引容易，成本低。

　　缺點(diǎn)：色帶較為容易受到污染和磨損，對(duì)環(huán)境的要求高，導(dǎo)引的可靠性受制于地面條件，定位精度較低。

　　六、超聲波導(dǎo)航

　　超聲波導(dǎo)航的工作原理與激光和紅外類似，只不過(guò)導(dǎo)航定位原理不是光反射而是聲反射。通常是由超聲波傳感器發(fā)射出超聲波，超聲波在介質(zhì)中遇到障礙物再返回到接收裝置。通過(guò)接收自身發(fā)射的超聲波反射信號(hào)，計(jì)算和定位機(jī)器人在工作環(huán)境中的坐標(biāo)位置，并指導(dǎo)機(jī)器人行走到目標(biāo)位置。也有移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位中超聲波發(fā)射和接收裝置是分開(kāi)的，在導(dǎo)航環(huán)境地圖中也需要布置多個(gè)超聲波反射裝置。

　　優(yōu)點(diǎn)：超聲波傳感器具有成本低廉、采集信息速率快、距離分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，采集環(huán)境信息時(shí)不需要復(fù)雜的圖像匹配技術(shù)，測(cè)距速度快、實(shí)時(shí)性好，不受天氣條件、環(huán)境光照、障礙物陰影、表面粗糙度等外界環(huán)境影響。

　　缺點(diǎn)：超聲波傳感器有自身缺陷，如：鏡面反射、有限的波束角等，給充分獲得周邊環(huán)境信息造成了困難。

　　針對(duì)超聲波傳感器自身缺點(diǎn)，通常采用多個(gè)傳感器組成的超聲波傳感系統(tǒng)，建立相應(yīng)的環(huán)境模型，通過(guò)串行通信把傳感器采集到的信息傳遞給移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再根據(jù)采集的信號(hào)和建立的數(shù)學(xué)模型，采取一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以便得到機(jī)器人的位置環(huán)境信息。

　　七、視覺(jué)導(dǎo)航

　　視覺(jué)導(dǎo)航是指機(jī)器人利用視覺(jué)系統(tǒng)（單目攝像頭或者多目攝像頭）實(shí)現(xiàn)自主定位與導(dǎo)航。物流機(jī)器利用攝像頭進(jìn)行圖像信息采集，將采集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、特征提取、特征匹配、矩陣計(jì)算、三維重建、參數(shù)優(yōu)化，SFM（運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)）確定周圍環(huán)境后，當(dāng)機(jī)器需要定位或正常運(yùn)動(dòng)時(shí)，再使用拍攝圖片的特征跟structure匹配，來(lái)實(shí)現(xiàn)物流機(jī)器人自身的精準(zhǔn)定位，完成機(jī)器人的導(dǎo)航定位功能。

　　優(yōu)點(diǎn)：具有成本較低，定位精確等優(yōu)點(diǎn)。

　　缺點(diǎn)：視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)對(duì)使用環(huán)境（地面、光線等）要求較高，運(yùn)行的地面需要有紋理信息。

　　視覺(jué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要包括：攝像機(jī)（或CCD圖像傳感器）、視頻信號(hào)數(shù)字化設(shè)備、基于DSP的快速信號(hào)處理器、計(jì)算機(jī)及其外設(shè)等。在視覺(jué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的是基于局部視覺(jué)的在機(jī)器人中安裝車載攝像機(jī)的導(dǎo)航方式。在這種導(dǎo)航方式中，控制設(shè)備和傳感裝置裝載在機(jī)器人車體上，圖像識(shí)別、路徑規(guī)劃等高層決策都由車載控制計(jì)算機(jī)完成。

　　八、無(wú)線定位技術(shù)與導(dǎo)航GPS是室外機(jī)器人的定位與導(dǎo)航的重要技術(shù)，但物流機(jī)器人作業(yè)場(chǎng)景大部分都在室內(nèi)，室內(nèi)GPS信號(hào)很弱，無(wú)法采用GPS定位與導(dǎo)航，因此需要采用室內(nèi)無(wú)線定位技術(shù)。

　　WIFI、BLE、ZigBee、UWB、RFID是室內(nèi)常用的無(wú)線定位技術(shù)，原則上都可以用于室內(nèi)機(jī)器人的定位與導(dǎo)航。但是從定位精度、網(wǎng)絡(luò)要求、抗干擾能力、使用成本和安全性等角度綜合分析，這些無(wú)線定位技術(shù)普遍存在一些問(wèn)題，因此都不屬于物流機(jī)器人導(dǎo)航中應(yīng)用廣泛的導(dǎo)航技術(shù)。

　　九、SLAM（同步定位與地圖建圖）導(dǎo)航SLAM是(Simultaneous Localization And Mapping)同步定位與地圖構(gòu)建的縮寫，是解決機(jī)器人從未知環(huán)境的未知地點(diǎn)出發(fā)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)重復(fù)觀測(cè)到的地圖特征（比如，墻角，柱子等）定位自身位置和姿態(tài)，再根據(jù)自身位置進(jìn)行增量式的地圖構(gòu)建，從而達(dá)到同時(shí)定位和地圖構(gòu)建的方法。

　　SLAM技術(shù)的核心步驟包括：感知、定位、建圖這三個(gè)過(guò)程。感知即機(jī)器人能夠通過(guò)傳感器獲取周圍的環(huán)境信息；定位即機(jī)器人通過(guò)傳感器獲取的當(dāng)前和歷史信息，推測(cè)出自身的位置和姿態(tài)；建圖就是根據(jù)自身的位姿以及傳感器獲取的信息，描繪出自身所處環(huán)境的樣貌。

　　感知是SLAM的必要條件，只有感知到周圍環(huán)境的信息才能夠可靠地進(jìn)行定位以及構(gòu)建環(huán)境的地圖，而定位和建圖則是一個(gè)相互依賴的過(guò)程：定位依賴于已知的地圖信息，建圖依賴于可靠的定位。

　　SLAM問(wèn)題基本上可以分為前端和后端兩個(gè)部分。前端主要處理傳感器獲取的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為相對(duì)位姿或其他機(jī)器人可以理解的形式；后端則主要是計(jì)算分析自身位姿和同步構(gòu)建地圖等。

　　優(yōu)點(diǎn)：SLAM技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以在完全未知的室內(nèi)環(huán)境，可以不依賴于輔助導(dǎo)航標(biāo)志，完成機(jī)器人自主定位、對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效跟蹤和操作、進(jìn)行路徑規(guī)劃、自動(dòng)避開(kāi)障礙物，具有更高柔性、更高精度、更強(qiáng)適應(yīng)性的自主導(dǎo)航，大幅提高倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的智能性和自主性，提升物流機(jī)器人應(yīng)用的廣度和深度，提高物流效率，降低生產(chǎn)成本，是物流領(lǐng)域機(jī)器人智能導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展方向。

　　缺點(diǎn)：SLAM系統(tǒng)導(dǎo)航和定位精度會(huì)受傳感器自身精度等因素影響，可能造成構(gòu)建地圖不夠精確，需要通過(guò)對(duì)環(huán)境信息加工處理，或是采用多傳感器獲取信息，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，剔除噪聲，提高導(dǎo)航準(zhǔn)確度。

　　SLAM導(dǎo)航系統(tǒng)的傳感器主要有：深度傳感器（超聲波、激光雷達(dá)、立體視覺(jué)等），視覺(jué)傳感器（攝像頭、信標(biāo)），慣性傳感器（陀螺儀、編碼器、電子羅盤）以及絕對(duì)坐標(biāo)（WUB，GPS）等。

　　根據(jù)采用傳感器的類型，SLAM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有VSLAM、Wifi-SLAM與Lidar SLAM等多種途徑，在物流機(jī)器人中常用的是VSLAM與Lidar SLAM。

　　VSLAM（視覺(jué)SLAM）：是利用視覺(jué)導(dǎo)航和SLAM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物流機(jī)器人自主導(dǎo)航定位功能；

　　Lidar SLAM（激光SLAM）：是利用激光雷達(dá)作為傳感器，獲取地圖數(shù)據(jù)，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)同步定位與地圖構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)物流機(jī)器人自主導(dǎo)航與定位的功能。

　　視覺(jué)SLAM與激光SLAM導(dǎo)航的優(yōu)缺點(diǎn)分析：

　　優(yōu)點(diǎn)：激光SLAM導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)建地圖精度較高，技術(shù)成熟，建圖直觀，無(wú)累計(jì)誤差，可做路徑規(guī)劃，方便機(jī)器人的定位導(dǎo)航。

　　視覺(jué)SLAM導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，地圖可提取語(yǔ)義信息，應(yīng)用場(chǎng)景豐富，安裝方式可以隨著場(chǎng)景的不同實(shí)現(xiàn)多元化，發(fā)展前景好。

　　缺點(diǎn)：激光SLAM受激光探測(cè)范圍限制，安裝有結(jié)構(gòu)要求，使用成本相對(duì)較高，地圖缺乏語(yǔ)義信息；

　　視覺(jué)SLAM受環(huán)境光線影響較大，暗處無(wú)法工作，信息處理運(yùn)算負(fù)荷大，地圖構(gòu)建有累積誤差，構(gòu)建的地圖不能直接用于路徑規(guī)劃，傳感器動(dòng)態(tài)性能也需要提升。

　　十、協(xié)同導(dǎo)航

　　協(xié)同導(dǎo)航主要有多種感知技術(shù)組合應(yīng)用的協(xié)同導(dǎo)航和多機(jī)器人協(xié)同導(dǎo)航。

　　1、多感知技術(shù)協(xié)同導(dǎo)航：

　　前面介紹的各類感知技術(shù)都有自身缺陷，如果多種技術(shù)組合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)航，則可以提升導(dǎo)航精準(zhǔn)度、穩(wěn)定性和抗干擾性。如二維碼導(dǎo)航就是采用了慣性感知技術(shù)與視覺(jué)掃描的感知技術(shù)組合應(yīng)用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體與地面環(huán)境協(xié)同創(chuàng)新的協(xié)同導(dǎo)航技術(shù)。

　　原則上各種感知技術(shù)都可以組合應(yīng)用，用于物流機(jī)器人導(dǎo)航，具體創(chuàng)新實(shí)踐中需要平衡導(dǎo)航性能要求與技術(shù)實(shí)現(xiàn)的成本，創(chuàng)新最佳性價(jià)比的導(dǎo)航解決方案。

　　2、多機(jī)器人場(chǎng)景協(xié)同導(dǎo)航

　　物流機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景常常是多機(jī)器人集群作業(yè)，具有更加復(fù)雜多變的動(dòng)態(tài)環(huán)境，會(huì)遇到機(jī)器人運(yùn)行和機(jī)器人故障的多種干擾，必須采用協(xié)同導(dǎo)航技術(shù)，通過(guò)協(xié)同定位方法，獲取當(dāng)前各機(jī)器人的位置；通過(guò)路徑規(guī)劃方法對(duì)每一個(gè)機(jī)器人行進(jìn)路徑進(jìn)行規(guī)劃，并完成協(xié)調(diào)控制。

　　多機(jī)器人協(xié)同定位可以通過(guò)融合各個(gè)機(jī)器人的定位信息，通過(guò)融合各機(jī)器人的定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)互相校正，提高機(jī)器人群體的整體定位精度，增強(qiáng)抗干擾能力和魯棒性。多機(jī)器人路徑規(guī)劃因?yàn)榇嬖诟嗉s束和路徑規(guī)劃交叉沖突，是協(xié)同導(dǎo)航的技術(shù)難點(diǎn)，一般采用耦合式方法和解耦式方法。耦合式方法是將多機(jī)器人視為一個(gè)整體，將各機(jī)器人的所有自由度整合成一個(gè)多自由度空間，對(duì)其進(jìn)行搜索和規(guī)劃。解耦式方法是對(duì)每個(gè)機(jī)器人進(jìn)行獨(dú)立的路徑規(guī)劃，之后再通過(guò)協(xié)調(diào)方法對(duì)多個(gè)獨(dú)立路徑進(jìn)行協(xié)調(diào)和修改，以解決沖突問(wèn)題。

　　與群體機(jī)器人調(diào)度大腦智能計(jì)算相結(jié)合，將物流機(jī)器人的任務(wù)調(diào)度與多機(jī)器人路徑規(guī)劃結(jié)合起來(lái)，需要利用群體智能算法或其他智能算法，協(xié)同求解最優(yōu)路徑和任務(wù)分配能夠極大地提升機(jī)器人群體的整體效能。