一、磁導(dǎo)航

　　磁導(dǎo)航主要是指通過測量路徑上的磁場信號，來獲取機器人自身位置，引導(dǎo)機器人沿磁場信號指引行駛，從而實現(xiàn)車輛的控制及導(dǎo)航。目前來說，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，通過物流機器人對導(dǎo)引頻率的感知與識別，來實現(xiàn)物流機器人的導(dǎo)航功能。

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

　　缺點：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)障礙無法避讓，難以適應(yīng)多個機器人群體作業(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，通過測量路徑上的磁場信號來獲取機器人自身的精準(zhǔn)定位信息，并引導(dǎo)機器人沿磁條路徑向目的地行駛，從而實現(xiàn)車輛的控制及導(dǎo)航。

　　優(yōu)點：相對于電磁導(dǎo)引來說，磁條導(dǎo)航具有很高的測量精度及良好的重復(fù)性，磁條一旦鋪設(shè)好后，維護費用非常低，使用壽命長，且增設(shè)、變更路徑較電磁導(dǎo)航容易。

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

　　3、磁釘導(dǎo)航

　　磁釘導(dǎo)航依然是通過磁導(dǎo)航傳感器檢測磁釘?shù)拇判盘杹韺ふ倚羞M(jìn)路徑，只是將原來采用磁條導(dǎo)航時對磁條進(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)航控制模塊其實是相同的。

　　優(yōu)點：磁釘抗干擾強，抗磨損性強。

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

　　物流機器人磁導(dǎo)航的歷史悠久，技術(shù)成熟，曾在很長一段時間內(nèi)是物流機器人導(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，目前已經(jīng)被邊緣化。

　　目前，對于物流搬運路徑比較固定的場景下，從應(yīng)用特點和性價比方面來說磁導(dǎo)航還具有較大優(yōu)勢。另外，隨著無線通信技術(shù)發(fā)展，近年來磁導(dǎo)航物流機器人（AGV），也可以實現(xiàn)隨時與中控端的調(diào)度系統(tǒng)緊密互動，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、智能算法形成的導(dǎo)航參數(shù)解算技術(shù)進(jìn)行物流機器人的導(dǎo)航。

　　優(yōu)點：慣性導(dǎo)航成本較低，抗干擾很強，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：容易造成累計誤差，在面積較大的復(fù)雜環(huán)境中，慣性導(dǎo)航的弊端會逐漸顯現(xiàn)出來。

　　說明：慣性導(dǎo)航雖然是一種較為初級的物流機器人定位導(dǎo)航技術(shù)，但它是全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，抗干擾強，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，提升導(dǎo)航精度，具有很好前景。

　　三、光反射導(dǎo)航

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

　　實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。這里重點介紹物流機器人領(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距相同，即通過測量激光從發(fā)出到接收反射的時間計算出自身與前方障礙物的距離。與激光測距不同的是，激光導(dǎo)航需要進(jìn)行多次多點位的測距，即把激光頭安裝在機器人頂部，每隔數(shù)十毫秒旋轉(zhuǎn)一周，發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的激光。激光經(jīng)布置在環(huán)境中的反射板反射回來，經(jīng)過解調(diào)可以得到有效的信號，由于機器人的工作場預(yù)先安置的反射板坐標(biāo)預(yù)先已輸入了計算機，因此根據(jù)反射信號可以精準(zhǔn)確定機器人所處的位置，并用來指導(dǎo)機器人行走。

　　優(yōu)點：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)場環(huán)境。

　　缺點：導(dǎo)航成本高，對環(huán)境光線、能見度等要求苛刻，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，帶動國內(nèi)的電商企業(yè)的智能倉庫機器人紛紛采用二維碼導(dǎo)航。

　　二維碼導(dǎo)航原理是通過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，計算并控制機器人行駛，使得機器人借助慣性導(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：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，無需擔(dān)心聲光干擾。

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

　　綜合運用二維碼識別設(shè)備和機器人控制技術(shù)，結(jié)合算法解決了應(yīng)用過程中路徑規(guī)劃問題和碰撞問題，從而實現(xiàn)倉儲物流中機器人自動引導(dǎo)和定位，穩(wěn)定性、柔性和實用性非常高，已在國內(nèi)智能倉儲的廣泛應(yīng)用。

　　五、色帶導(dǎo)航

　　色帶導(dǎo)航是在移動機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，通過車載的光學(xué)傳感器采集并識別色帶圖像信號，來實現(xiàn)物流機器人定位與導(dǎo)航的方法。色帶導(dǎo)航與磁帶導(dǎo)引較為類似。

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

　　缺點：色帶較為容易受到污染和磨損，對環(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。通過接收自身發(fā)射的超聲波反射信號，計算和定位機器人在工作環(huán)境中的坐標(biāo)位置，并指導(dǎo)機器人行走到目標(biāo)位置。也有移動機器人導(dǎo)航定位中超聲波發(fā)射和接收裝置是分開的，在導(dǎo)航環(huán)境地圖中也需要布置多個超聲波反射裝置。

　　優(yōu)點：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，采集環(huán)境信息時不需要復(fù)雜的圖像匹配技術(shù)，測距速度快、實時性好，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：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。

　　針對超聲波傳感器自身缺點，通常采用多個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，通過串行通信把傳感器采集到的信息傳遞給移動機器人的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再根據(jù)采集的信號和建立的數(shù)學(xué)模型，采取一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以便得到機器人的位置環(huán)境信息。

　　七、視覺導(dǎo)航

　　視覺導(dǎo)航是指機器人利用視覺系統(tǒng)（單目攝像頭或者多目攝像頭）實現(xiàn)自主定位與導(dǎo)航。物流機器利用攝像頭進(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、矩陣計算、三維重建、參數(shù)優(yōu)化，SFM（運動恢復(fù)結(jié)構(gòu)）確定周圍環(huán)境后，當(dāng)機器需要定位或正常運動時，再使用拍攝圖片的特征跟structure匹配，來實現(xiàn)物流機器人自身的精準(zhǔn)定位，完成機器人的導(dǎo)航定位功能。

　　優(yōu)點：具有成本較低，定位精確等優(yōu)點。

　　缺點：視覺導(dǎo)航技術(shù)對使用環(huán)境（地面、光線等）要求較高，運行的地面需要有紋理信息。

　　視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要包括：攝像機（或CCD圖像傳感器）、視頻信號數(shù)字化設(shè)備、基于DSP的快速信號處理器、計算機及其外設(shè)等。在視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的是基于局部視覺的在機器人中安裝車載攝像機的導(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器人車體上，圖像識別、路徑規(guī)劃等高層決策都由車載控制計算機完成。

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

　　WIFI、BLE、ZigBee、UWB、RFID是室內(nèi)常用的無線定位技術(shù)，原則上都可以用于室內(nèi)機器人的定位與導(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，這些無線定位技術(shù)普遍存在一些問題，因此都不屬于物流機器人導(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，是解決機器人從未知環(huán)境的未知地點出發(fā)，在運動過程中通過重復(fù)觀測到的地圖特征（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、建圖這三個過程。感知即機器人能夠通過傳感器獲取周圍的環(huán)境信息；定位即機器人通過傳感器獲取的當(dāng)前和歷史信息，推測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相互依賴的過程：定位依賴于已知的地圖信息，建圖依賴于可靠的定位。

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

　　優(yōu)點：SLAM技術(shù)最大的優(yōu)點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，完成機器人自主定位、對目標(biāo)進(jìn)行有效跟蹤和操作、進(jìn)行路徑規(guī)劃、自動避開障礙物，具有更高柔性、更高精度、更強適應(yīng)性的自主導(dǎo)航，大幅提高倉儲系統(tǒng)的智能性和自主性，提升物流機器人應(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)域機器人智能導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展方向。

　　缺點：SLAM系統(tǒng)導(dǎo)航和定位精度會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，需要通過對環(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)、立體視覺等），視覺傳感器（攝像頭、信標(biāo)），慣性傳感器（陀螺儀、編碼器、電子羅盤）以及絕對坐標(biāo)（WUB，GPS）等。

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

　　VSLAM（視覺SLAM）：是利用視覺導(dǎo)航和SLAM技術(shù)，實現(xiàn)物流機器人自主導(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)，使機器人實現(xiàn)同步定位與地圖構(gòu)建，實現(xiàn)物流機器人自主導(dǎo)航與定位的功能。

　　視覺SLAM與激光SLAM導(dǎo)航的優(yōu)缺點分析：

　　優(yōu)點：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，無累計誤差，可做路徑規(guī)劃，方便機器人的定位導(dǎo)航。

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

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

　　視覺SLAM受環(huán)境光線影響較大，暗處無法工作，信息處理運算負(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)與視覺掃描的感知技術(shù)組合應(yīng)用，同時實現(xiàn)機器人本體與地面環(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，用于物流機器人導(dǎo)航，具體創(chuàng)新實踐中需要平衡導(dǎo)航性能要求與技術(shù)實現(xiàn)的成本，創(chuàng)新最佳性價比的導(dǎo)航解決方案。

　　2、多機器人場景協(xié)同導(dǎo)航

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

　　多機器人協(xié)同定位可以通過融合各個機器人的定位信息，通過融合各機器人的定位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)互相校正，提高機器人群體的整體定位精度，增強抗干擾能力和魯棒性。多機器人路徑規(guī)劃因為存在更多約束和路徑規(guī)劃交叉沖突，是協(xié)同導(dǎo)航的技術(shù)難點，一般采用耦合式方法和解耦式方法。耦合式方法是將多機器人視為一個整體，將各機器人的所有自由度整合成一個多自由度空間，對其進(jìn)行搜索和規(guī)劃。解耦式方法是對每個機器人進(jìn)行獨立的路徑規(guī)劃，之后再通過協(xié)調(diào)方法對多個獨立路徑進(jìn)行協(xié)調(diào)和修改，以解決沖突問題。

　　與群體機器人調(diào)度大腦智能計算相結(jié)合，將物流機器人的任務(wù)調(diào)度與多機器人路徑規(guī)劃結(jié)合起來，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器人群體的整體效能。