歷史
1939年紐約博覽會，自動駕駛界的祖師爺通用(General Motors)在“通用未來世界展示(GM Futurama)”上提出高速公路自動駕駛的概念，並展望在在1960年實現高速公路自動駕駛。
20世紀50年代的高速公路自動駕駛汽車，取消了踏板和方向盤，甚至都不用駕駛員，開關開啓後駕駛都靠汽車實現，駕駛員和乘客可以在車裏打打橋牌、打打麻將三缺一，根據SAE自動駕駛等級劃分這個算L4，這個理念放到今天仍然不過時。
通用吹下的NB在1960年終究沒實現，但它給汽車界解鎖了另一扇窗，開啓自動駕駛發展的元年。
SAE J3016對自動駕駛如何分級
L0的系統加減速和轉向都是駕駛員負責，L1的系統加減速或轉向其中一個是由系統負責。L2的系統加減速和轉向均爲系統負責，但是系統工作的過程中需要駕駛員“監督”，必要時需要駕駛員“糾正”系統的操作。L3的系統加減速和轉向均爲系統負責，工作過程中也不需要駕駛員“監督”，系統會自我監督，當系統不可控時，提示駕駛員控制。L4的系統加減速和轉向、不需要駕駛員監督，系統會自我監督，也不需要駕駛員隨時準備控制，前提是隻能在部分域使用。L5的系統在L4基礎上由部分域提升爲全部域。
無人駕駛專指L4、L5階段，汽車能夠在限定環境乃至全部環境下完成全部的駕駛任務。
自動駕駛則覆蓋L1到L5整個階段，在L1、L2階段，汽車的自動駕駛系統只作爲駕駛員的輔助，但能夠持續地承擔汽車橫向或縱向某一方面的自主控制，完成感知、認知、決策、控制、執行這一完整過程，其他如預警提示、短暫干預的駕駛技術(ADAS)不能完成這一完整的流程，不在自動駕駛技術範圍之內。
智能駕駛則包括自動駕駛，以及其他輔助駕駛技術。他們能夠在某一環節爲駕駛員提供輔助甚至能夠替代駕駛員，優化駕車體驗。
核心技術
定位技術(Positioning Technology)
- 視覺(
Vision) + 激光(Laser) + 慣性測量單元(Inertial Measurement Unit, 簡稱IMU)
感知技術(Perception Technology)
- 視覺(
Vision) + 激光(Laser) - 深度學習(
Deep Learning)
控制技術(Control Technology)
- 實時路徑規劃(
Real-Time Motion Planning) - 視覺伺服控制(
Visual Servo Control)
調度技術(Scheduling Technology)
- 大規模、多層次機器人調度技術(
Large-scale Multi-level Robots Scheduling Technology)
相關名詞
系統名詞
- 倉庫管理系統(
Warehouse Management System, 簡稱WMS)
它具備入庫業務、出庫業務、倉庫調撥等功能，從ERP系統接受入出庫物料清單和MES系統中接受入出庫指令，協同AGV小車完成物料配送的自動化，實現立體倉庫、平面庫的統一倉儲信息管理。
- 倉儲控制系統(
Warehouse Control System, 簡稱WCS)
它介於WMS系統和PLC系統之間的一層管理控制系統，一方面，它與WMS系統進行信息交互，接受WMS系統的指令，並將其發送給PLC系統，從而驅動自動化設備發生動作，另一方面，它將PLC系統的狀態及數據實時反映在界面上，並提供對PLC系統和輸送線的手動調試接口。
- 製造執行系統(
Manufacturing Execution System, 簡稱MES)
它負責車間中生產過程的數字化管理， 實現信息與設備的深度融合，爲ERP系統提供完整、及時、準確的生產執行數據 ，是智能工廠的基礎。
- 企業資源計劃系統(
Enterprise Resource Planning, 簡稱ERP)
它是企業信息化的核心繫統，管理銷售、生產、採購、倉庫、質量、成本覈算等。
- 產品生命週期管理系統(
Product Lifecycle Management, 簡稱PLM)
它負責產品設計的圖文檔、設計過程、設計變更、工程配置的管理，爲ERP系統提供最主要的數據源BOM表，同時爲MES系統提供最主要的數據源工藝路線文件。
- 訂單管理系統(
Order Management System, 簡稱OMS)
它信息系統集中管理的核心模塊，是實現宏觀調控、統一管理和決策分析的核心，不僅僅是訂單執行的分配，而是監控異常，管理訂單全程生命週期的系統。
- 供應商關係管理(
Supplier Relationship Management, 簡稱SRM)
它建立在對企業的供方以及與供應相關信息完整有效的管理與運用的基礎上，對供應商的現狀、歷史，提供的產品或服務，溝通、信息交流、合同、資金、合作關係、合作項目以及相關的業務決策等進行全面的管理與支持。
- 客戶關係管理(
Customer Relationship Management, 簡稱CRM)
企業爲提高核心競爭力，利用相應的信息技術以及互聯網技術協調企業與顧客間在銷售、營銷和服務上的交互，從而提升其管理方式，向客戶提供創新式的個性化的客戶交互和服務的過程。
- 可編程邏輯控制器(
Programmable Logic Controller, 簡稱PLC)
一種具有微處理器的數字電子設備，用於自動化控制的數字邏輯控制器，可以將控制指令隨時加載存儲器內存儲與運行。PLC可接收(輸入)及發送(輸出)多種類型的電氣或電子信號，並使用他們來控制或監督幾乎所有種類的機械與電氣系統。
- 集散控制系統(
Distributed Control System, 簡稱DCS)
它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡爲紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便。
- 任務處理系統(
Task Processing System, 簡稱TPS)
設備名詞
-
環境監測系統(
Environmental Monitoring System, 簡稱EMS) -
電梯(
Elevator) -
自動門(
Automatic Door) -
滾筒輸送機(
Roller Conveyor) -
按鈕(
Button) -
平板電腦(
Tablet)
有軌制導車輛(RGV)
有軌制導車輛(Rail Guided Vehicle, 簡稱RGV)，或稱有軌穿梭小車，可用於各類高密度儲存方式的倉庫，小車通道可設計任意長，可提高整個倉庫儲存量，並且在操作時無需叉車駛入巷道，使其安全性會更高。RGV是與地面導軌接觸式的運輸車，具有速度快、可靠性高、成本低的特點。
自動導航車輛(AGV)
自動導航車輛(Automated Guided Vehicle, 簡稱AGV)是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車。具有自動移載裝置的AGV小車在控制系統的指揮下能夠自動地完成貨物的取、放以及水平運行的全過程。
工業應用中不需要駕駛員的搬運車，以可充電的蓄電池爲其動力來源。一般可通過電腦來控制其行進路徑以及行爲，或利用電磁軌道(electromagnetic path-following system)來設立其行進路徑，電磁軌道黏貼於地板上，無人搬運車則依靠電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作。
AGV與自主移動機器人(AMR)不同，是一種便攜式機器人，它沿着地板上標記的長線或電線前進，或使用無線電波、視覺攝像機、磁鐵或激光進行導航。它們最常被用於工業應用中，在大型工業建築(如工廠或倉庫)周圍運輸重型材料。
AGV可以在其身後的拖車上拖動物體，它們可以自主地附着在拖車上。拖車可用於移動原材料或成品。AGV還可以在牀上儲存物體。物體可以放在一組電動滾輪(傳送帶)上，然後通過倒車將其推走。AGV幾乎在每個行業都有應用，包括紙漿、造紙、金屬、報紙和一般製造業。在醫院裏運輸材料，如食品、牀單或藥品，也是如此。
AGV也可以被稱爲激光引導車輛(Laser Guided Vehicle, 簡稱LGV)。在德國，該技術也被稱爲Fahrerloses Transportsystem(FTS)，在瑞典被稱爲förarlösa truckar。成本較低的AGV通常被稱爲自動引導車(Automated Guided Carts, 簡稱AGC)，通常由磁帶引導。術語AMR有時被用來區分不依賴環境中的額外基礎設施(如磁條或視覺標記)的移動機器人和依賴這些基礎設施的移動機器人；後者則被稱爲AGVs。
優點
- 自動化程度高
由計算機，電控設備，磁氣感應SENSOR，激光反射板等控制。
當車間某一環節需要輔料時，由工作人員向計算機終端輸入相關信息，計算機終端再將信息發送到中央控制室，由專業的技術人員向計算機發出指令，在電控設備的合作下，這一指令最終被AGV接受並執行——將輔料送至相應地點。
- 充電自動化
當AGV小車的電量即將耗盡時，它會向系統發出請求指令，請求充電(一般技術人員會事先設置好一個值)，在系統允許後自動到充電的地方“排隊”充電。
另外，AGV小車的電池壽命很長(2年以上)，並且每充電15分鐘可工作4h左右。
- 提高企業形象
AGV美觀，可觀賞度高，從而提高企業的形象。
- 方便，減少佔地面積
生產車間的AGV小車可以在各個車間穿梭往復。
種類
- 電磁感應引導式AGV
電磁感應式引導一般是在地面上，沿預先設定的行駛路徑埋設電線，當高頻電流流經導線時，導線周圍產生電磁場，AGV上左右對稱安裝有兩個電磁感應器，它們所接收的電磁信號的強度差異可以反映AGV偏離路徑的程度。AGV的自動控制系統根據這種偏差來控制車輛的轉向，連續的動態閉環控制能夠保證AGV對設定路徑的穩定自動跟蹤。這種電磁感應引導式導航方法在絕大多數商業化的AGVS上使用，尤其是適用於大中型的AGV。
- 激光引導式AGV
該種AGV上安裝有可旋轉的激光掃描器，在運行路徑沿途的牆壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標誌，AGV依靠激光掃描器發射激光束，然後接受由四周定位標誌反射回的激光束，車載計算機計算出車輛當前的位置以及運動的方向，通過和內置的數字地圖進行對比來校正方位，從而實現自動搬運。
該種AGV的應用越來越普遍。並且依據同樣的引導原理，若將激光掃描器更換爲紅外發射器、或超聲波發射器，則激光引導式AGV可以變爲紅外引導式AGV和超聲波引導式AGV。
- 視覺引導式AGV
視覺引導式AGV是正在快速發展和成熟的AGV，該種AGV上裝有CCD攝像機和傳感器，在車載計算機中設置有AGV欲行駛路徑周圍環境圖像數據庫。AGV行駛過程中，攝像機動態獲取車輛周圍環境圖像信息並與圖像數據庫進行比較，從而確定當前位置並對下一步行駛做出決策。
這種AGV由於不要求人爲設置任何物理路徑，因此在理論上具有最佳的引導柔性，隨着計算機圖像採集、儲存和處理技術的飛速發展，該種AGV的實用性越來越強。
此外，還有鐵磁陀螺慣性引導式AGV、光學引導式AGV等多種形式的AGV。
機器人控制系統(RCS)
機器人控制系統(Robot Control System, 簡稱RCS)，亦或稱爲中控調度系統，是一種可視化的智能調度系統，可連接多達150臺無人工業車輛進行通訊及任務分配。面向大規模工業車輛調度場景，可實現多車調度、路徑規劃、碰撞規避、任務管理、數據分析等功能。無縫對接MES、WMS、ERP等系統，配合未來機器人視覺導航模塊，實現多機型、跨場景調度，爲企業提供快速、整體的工業車輛協同方案。
其用於與物流設備(輸送機、堆垛機、升降機、RGV、AGV)之間實時通信，實時控制物流設備運行，並監控物流設備運行狀態，保障整個系統運行穩定，可靠。
明眸環境監測系統(BES)
明眸環境監測系統(BrightEye System, 簡稱BES)基於深度學習圖像識別技術，實現對庫位(Storage Location)情況的實時檢測。
藉助大數據和AI智能算法，系統能有效識別和跟蹤倉庫中的貨物、托盤、叉車和操作人員等對象，並將對象信息實時共享到用戶的倉庫管理系統(WMS)和中控調度系統(RCS)，爲企業提供庫位安全信息的同時，輔助AGV、巡檢機器人(Patrol Robots)等智能化設備的無人化作業。
此外，明眸環境監測系統還具備紅外檢測功能，在無照明情況下依然能夠進行實時檢測任務。
業務場景
柔性物流自動化解決方案涵蓋工廠和倉儲所有內部物流場景。
- 平面搬運
適用於標準載具、非標載具和無載具物料的自動化搬運。
- 貨車裝卸
精準匹配不同車型，實現內部物流全流程的高度自動化。
- 高位存取
結合物料規格、貨架類型、倉儲佈局等因素，可突破9.4m高位存取。
- 多層堆疊
融合“視覺+3D激光”導航感知技術，實現六層以上貨物的精準堆垛。
- 室內外牽引
融合高精度導航、定位和環境感知技術，靈活應對複雜的戶外環境。
- 集成服務
通過機器人管理系統與電梯、卷閘門、產線、立庫等設施對接，適配不同的業務流程。
AGV的位姿
車輛的位置和姿態一般由AGV的定位模塊輸出，只有解決了車輛的位置和姿態，才能將AGV的各個模塊關聯起來。
車輛的位置
車輛的位置(Vehicle Reference Point, 簡稱VRP)一般選取一個車輛的基準點在世界座標系的位置作爲車輛位置。座標系有WGS-84座標系(the World Geodetic System dating from 1984)、ENU座標系(East-North-Up)。
車輛的姿態角
- 歐拉角
在右手笛卡爾座標系中沿X軸、Y軸和Z軸的旋轉角分別叫Roll、Pitch和Yaw
參考
- RCS機器人控制系統
- 工廠信息化系統(ERP、PLM、MES、WMS)架構設計與建設規劃
- WMS(倉庫控制系統)與WCS(倉庫管理系統)
- 什麼是DCS？關於集散控制系統DCS的簡介
- 自動駕駛硬件系統(十)- Inertial Measurement Unit (IMU)
- 從零開始學習自動駕駛系統(八)-基礎知識之車輛姿態表達
- 歐拉角(Euler Angle)
- 關於pitch、roll、 yaw的示意圖和Laya.Quaternion.createFromYawPitchRoll用法
- 自動駕駛硬件(十一)-Global Navigation Satellite System-GNSS
- 自動駕駛系統中怎麼實現車輛定位？
- 2019快過去了，自動駕駛發展得怎麼樣了？