物流用自动引导小车(AGV)的专利技术分析

【摘要】 AGV （Automatic Guided Vehicle） 是指自动引导小车，它是以电池为动力，装有导航系统的无人驾驶自动化搬运车辆。本文主要以物流用自动引导小车（AGV）的相关专利申请为研究对象，对其全球专利申请进行了统计和分析，包括申请量趋势、国别分布、申请人分布、专利技术分支及各分支的发展，并根据涉及到AGV的导引和行驶路线的控制方法对专利技术发展路线进行了梳理。

【关键字】 AGV 导引 定位

一、引言

AGV主要由导向模块、行走模块、控制模块、通讯装置、移载装置和蓄电池等构成，其中，导向模块和控制模块是AGV的关键模块。AGV的导引和控制方法的专利涉及较多的分类号为G05D1/02，即二维的位置或航道控制。目前，已经被研究开发和应用的导引方法中，主要有：电磁感应式、光学导引式、化学导引式、磁感应式、位置推断法、参考标志法、惯性导航法和图像识别法等。一类是基于寻迹的导引模式，另一种是无轨迹式全局自主定位导航。本文主要对G05D1/00下、涵w上述导引方式以及涉及到AGV的行走方法的主题进行分析。

二、专利技术统计分析

2.1专利申请量分析

1986年之前关于AGV的仅有极少量专利申请，实际上AGV技术最先出现于美国，1913年美国福特汽车公司首先使用有轨引导的AGV代替输送机用于汽车底盘装配线上，开启了AGV应用之路；1953年年美国Barrett Electric公司应用电磁感应原理进行路径导航，设计制造了第一台自动导引车，这一期间相应的专利申请有US3147817A、US3245493A等。20世纪70年代左右，由于欧洲的公司对托盘的尺寸和结构进行标准化，促进了AGV的发展。

20世纪80年代以来，特别是1995年到1999年出现了第一个小高峰，主要是因为无线导引技术开始引入到AGV系统中，如激光和惯性导引，使得AGV的定位更精准、行走更灵活。

2000年-2009年期间，AGV的申请量呈下滑趋势，可能是由于AGV在工业生产过程中需要精准的定位技术和大型的调度系统，而关于这两方面的技术缺陷还处于瓶颈阶段。

从2010年以后，由于大型服务器、数据处理器的开发和新型导引方式的应用，如视觉导引、多传感器融合技术，使得AGV趋于智能化、模块化的方向发展，且一些关于机器人控制领域的多智能体理论和智能控制方法开始逐步应用到AGV领域中，使得AGV迎来了另一个发展高峰期[1]。

与发达国家相比，我国对AGV的研究与应用起步较晚，在工业生产中以引进国外先进设备和技术为主，由于国家对知识产品战略的重视，从1998年至今国内申请量变化整体呈现上升趋势，从2010年以后为快速发展期，其中发明专利为64%、实用新型为36%，由于发明专利从申请到公开可能需要18个月，而国内涉及AGV的专利申请主要集中在2010年以后，因此年专利申请数量与实际可能存在偏差。

2.2专利申请人分析

AGV的专利申请主要集中在日本、美国、欧洲、韩国、中国等国家，其中日本的拥有专利申请数量最多，达到全球总量的42%，其次为中国的申请量占有21%，美国、欧洲、韩国分别的申请比例为14%、9%、7%。虽然美国、欧洲作为AGV领域的先驱，但是在专利申请方面，日本的企业占有重要比重，AGV作为行走机器人的一种分支，日本关于AGV的行走控制方法的研究也进一步促进了AGV的发展。日本在1963年引进第一台AGV，通过对先进技术的研发开始涉猎AGV生产行业，发展至今已有村田机械株式会社、三菱重工株式会社、神钢电机等多个重要的AGV生产供应厂家，研发出几十种适用于生产制造、物流服务等行业的各类型AGV，成为亚洲第一大AGV生产国。

而对于中国的泰怡凯电器（苏州）有限公司，其专利申请虽然占有一定比例，但是发明内容涉及到较多的为清洁领域的自动引导装置。

国内的专利申请人主要集中在高校和中小企业，其中高校申请人如苏州工业园区职业技术学院、南京航空航天大学、合肥工业大学等，中小企业申请人为无锡普智联科高新技术有限公司、成都四威高科技产业园有限公司、苏州工业园区艾吉威自动化有限公司等。

通过进一步阅读国内专利申请可以发现，大部分专利申请涉及到AGV导引方式的选择和控制器的设计，虽然我国近几年AGV的专利申请量急剧增长，但是我国的AGV专利申请中很少涉及到AGV的核心技术改进，还需要加大科研力度。

三、专利技术

3.1专利技术分支分布

通过对涉及到AGV的专利申请进行人工标引，以其应用到物流领域作为搬运或运输设备作为关键词进一步限定，从发明的技术方案进行分析，一方面发现AGV类型有多种方式，根据小车运行时有无固定轨道，AGV可分为两种形式：有轨AGV小车，如专利CN103163883 A、US2014100723 A1、JP2009051597A、US4993507 A等，小车沿固定轨道行驶，但轨道铺设工作量大，属于早期的导引技术；无轨式AGV，如CN103823468、JP2008176380A、US6345217 B1等，可以根据实际需要，调整设定的运行路径，需要克服精准定位、循迹、避障等多个技术困难。

另一方面，涉及到AGV的专利申请主要集中在导引方式和行走方式两种，也有一部分涉及到AGV自身的结构特征和包括充电控制系统在内的能源系统。本文的侧重点为导引和行走方式，其具体分支框架如图3-1所示[2]。

3.2专利技术分支涉及的改进点

通过对AGV相关专利文献的标引，发现专利申请侧重领域很多，其核心包括提高AGV自身定位精度、控制系统和路径规划方法，如通过改进导引设备自身以提高定位精度、集成控制系统的设计、路径规划方法的选择。下面将根据文献标引情况具体阐述。

而在导引方式方面所做出的改进中，电磁导引方式占有27%的比例，作为最早应用于无轨AGV的导引方式，其技术已经成熟，它是利用在AGV行走的路线下设置专门的电缆线，利用低频导引线形成的交变电磁场及安装在AGV上的感应线圈等装置实现导引，如专利US6799099 B2、US5023790 A、KR20020038751A等。该方法可靠性高、成本低、对环境要求不栏瘢但是路径改变困难，适合短距离的物料运输。

激光导引方式也占有19%的比例，通过在运行区域的路径上设置反射板，在AGV上设置发射和接收激光的扫描器，根据系统中存储的反射板位置信息进行比较来调整AGV的行走方向，如专利JP2010197865A、JP23657298A、CN104149875 A等。

为实现AGV的精确定位，实际应用时应根据具体的应用环境选取特定的导引方式，或者采用多种导引方式结合的方式取长补短以达到较好的综合效果，如CN103941733A提出利用室外采用北斗导航系统为主并辅以地面标识和信号增强系统实现系统整体定位和导航，室内采用双目视觉系统导航为主并辅以射频识别技术，同时满足室内和室外的定位要求。

对于行走方式的控制方面，由于AGV在通过各导引方式获得自身位置信息的同时，经过信息处理，获得控制命令，驱动AGV按预定轨迹行走，在行走过程中需要考虑障碍物和多AGV之间的协调问题，主要体现在智能算法的使用和基于成本、最短时间等因素进行调度方案的改进。

四、结束语

综上所述，AGV随着计算机技术和智能控制策略的发展，开始走向集成化和智能化，主要关注点为AGV自身定位的精准性和行走方式的控制，且涉及核心技术的申请量主要集中在欧美日韩等国家，我国在AGV方面起步较晚，且在工业生产领域主要以引进国外先进设备为主，中小企业和高校的专利申请大部分是依据不同环境下选择不同的导引方式，很少涉及到AGV自身结构的改进或者侧重于集中控制系统的开发，因此，通过专利分析，为AGV后续研究提供更有价值的研究方向。

参 考 文 献

[1] 周驰东.磁导航自动导向小车（AGV）关键技术与应用研究[D].南京航空航天大学，2012年1月。

[2]孙奇.AGV系统路径规划技术研究[D].浙江大学，2012年3月。