現代倉儲物流的發展對效率的要求進一步提高，而為了適應高效的物流倉儲模式，自行走式物料搬運機器人得到了電商物流巨頭的青睞，比如亞馬遜的Kiva機器人，蘇寧自行走式物料搬運機器人托盤機器人，中通的自動分揀機器人等等。如此受歡迎的自行走式物料搬運機器人的工作原理是什么呢？我們一起來了解一下。

現代倉儲物流的發展對效率的要求進一步提高，而為了適應高效的物流倉儲模式，自行走式物料搬運機器人得到了電商物流巨頭的青睞，比如亞馬遜的Kiva機器人，蘇寧自行走式物料搬運機器人托盤機器人，中通的自動分揀機器人等等。如此受歡迎的自行走式物料搬運機器人的工作原理是什么呢？我們一起來了解一下。

自行走式物料搬運機器人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，工業應用中不需駕駛員的搬運車，以可充電之蓄電池為其動力來源。一般可透過電腦來控制其行進路線以及行為，或利用電磁軌道來設立其行進路線，電磁軌道黏貼于地板上，自行走式物料搬運機器人則依循電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作。

自行走式物料搬運機器人以輪式移動為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結構簡單、可控性強、安全性好等優勢。與物料輸送中常用的其他設備相比，自行走式物料搬運機器人的活動區域無需鋪設軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。因此，在自動化物流系統中，最能充分地體現其自動性和柔性，實現高效、經濟、靈活的無人化生產。

一、自行走式物料搬運機器人的結構
自行走式物料搬運機器人控制系統分為地面（上位）控制系統、車載（單機）控制系統及導航/導引系統，其中，地面控制系統指自行走式物料搬運機器人系統的固定設備，主要負責任務分配，車輛調度，路徑（線）管理，交通管理，自動充電等功能；車載控制系統在收到上位系統的指令后，負責自行走式物料搬運機器人的導航計算，導引實現，車輛行走，裝卸操作等功能；導航/導引系統為自行走式物料搬運機器人單機提供系統絕對或相對位置及航向。

1.地面控制系統

自行走式物料搬運機器人地面控制系統即自行走式物料搬運機器人上位控制系統，是自行走式物料搬運機器人系統的核心。其主要功能是對自行走式物料搬運機器人系統（自行走式物料搬運機器人S）中的多臺自行走式物料搬運機器人單機進行任務分配，車輛管理，交通管理，通訊管理等。

2.任務管理

任務管理類似計算機操作系統的進程管理，它提供對自行走式物料搬運機器人地面控制程序的解釋執行環境；提供根據任務優先級和啟動時間的調度運行；提供對任務的各種操作如啟動、停止、取消等。

3.車輛管理

車輛管理是自行走式物料搬運機器人管理的核心模塊，它根據物料搬運任務的請求，分配調度自行走式物料搬運機器人執行任務，根據自行走式物料搬運機器人行走時間最短原則，計算自行走式物料搬運機器人的最短行走路徑，并控制指揮自行走式物料搬運機器人的行走過程，及時下達裝卸貨和充電命令。

4.交通管理

根據自行走式物料搬運機器人的物理尺寸大小、運行狀態和路徑狀況，提供自行走式物料搬運機器人互相自動避讓的措施，同時避免車輛互相等待的死鎖方法和出現死鎖的解除方法；自行走式物料搬運機器人的交通管理主要有行走段分配和死鎖報告功能。

5.通訊管理

通信管理提供自行走式物料搬運機器人地面控制系統與自行走式物料搬運機器人單機、地面監控系統、地面IO設備、車輛仿真系統及上位計算機的通信功能。和自行走式物料搬運機器人間的通信使用無線電通信方式，需要建立一個無線網絡，自行走式物料搬運機器人只和地面系統進行雙向通信，自行走式物料搬運機器人間不進行通信，地面控制系統采用輪詢方式和多臺自行走式物料搬運機器人通信；與地面監控系統、車輛仿真系統、上位計算機的通信使用TCP/IP通信。

6.車輛驅動

小車驅動負責自行走式物料搬運機器人狀態的采集，并向交通管理發出行走段的允許請求，同時把確認段下發自行走式物料搬運機器人。

二、自行走式物料搬運機器人的導航導引方式
自行走式物料搬運機器人之所以能夠實現無人駕駛，導航和導引對其起到了至關重要的作用，隨著技術的發展，目前能夠用于自行走式物料搬運機器人的導航/導引技術主要有以下幾種：

1.直接坐標 （Cartesian Guidance）

用定位塊將自行走式物料搬運機器人的行駛區域分成若干坐標小區域，通過對小區域的計數實現導引，一般有光電式（將坐標小區域以兩種顏色劃分，通過光電器件計數）和電磁式（將坐標小區域以金屬塊或磁塊劃分，通過電磁感應器件計數）兩種形式，其優點是可以實現路徑的修改，導引的可靠性好，對環境無特別要求。缺點是地面測量安裝復雜，工作量大，導引精度和定位精度較低，且無法滿足復雜路徑的要求。

2.電磁導引（Wire Guidance）

電磁導引是較為傳統的導引方式之一，目前仍被許多系統采用，它是在自行走式物料搬運機器人的行駛路徑上埋設金屬線，并在金屬線加載導引頻率，通過對導引頻率的識別來實現自行走式物料搬運機器人的導引。其主要優點是引線隱蔽，不易污染和破損，導引原理簡單而可靠，便于控制和通訊，對聲光無干擾，制造成本較低。缺點是路徑難以更改擴展，對復雜路徑的局限性大。

3.磁帶導引 （Magnetic Tape Guidance）

與電磁導引相近，用在路面上貼磁帶替代在地面下埋設金屬線，通過磁感應信號實現導引，其靈活性比較好，改變或擴充路徑較容易，磁帶鋪設簡單易行，但此導引方式易受環路周圍金屬物質的干擾，磁帶易受機械損傷，因此導引的可靠性受外界影響較大。

4.光學導引（Optical Guidance）

在自行走式物料搬運機器人的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對攝像機采入的色帶圖象信號進行簡單處理而實現導引，其靈活性比較好，地面路線設置簡單易行，但對色帶的污染和機械磨損十分敏感，對環境要求過高，導引可靠性較差，精度較低。

5.激光導航（Laser Navigation）

激光導引是在自行走式物料搬運機器人行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，自行走式物料搬運機器人通過激光掃描器發射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當前的位置和航向，并通過連續的三角幾何運算來實現自行走式物料搬運機器人的導引。

此項技術最大的優點是，自行走式物料搬運機器人定位精確；地面無需其他定位設施；行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現場環境，它是目前國外許多自行走式物料搬運機器人生產廠家優先采用的先進導引方式；缺點是制造成本高，對環境要求較相對苛刻（外界光線，地面要求，能見度要求等），不適合室外（尤其是易受雨、雪、霧的影響）。

6.慣性導航 （Inertial Navigation）

慣性導航是在自行走式物料搬運機器人上安裝陀螺儀，在行駛區域的地面上安裝定位塊，自行走式物料搬運機器人可通過對陀螺儀偏差信號（角速率）的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置和航向，從而實現導引。

此項技術在軍方較早運用，其主要優點是技術先進，較之有線導引，地面處理工作量小，路徑靈活性強。其缺點是制造成本較高，導引的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及其后續信號處理密切相關。

7.GPS（全球定位系統）導航 （Global Position System）

通過衛星對非固定路面系統中的控制對象進行跟蹤和制導，目前此項技術還在發展和完善，通常用于室外遠距離的跟蹤和制導，其精度取決于衛星在空中的固定精度和數量，以及控制對象周圍環境等因素。

由此發展出來的是iGPS（室內GPS）和dGPS（用于室外的差分GPS），其精度要遠遠高于民用GPS，但地面設施的制造成本是一般用戶無法接受的。

8.圖像識別引導

圖像識別自行走式物料搬運機器人小車是模擬人通過眼睛來識別環境，通過大腦分析，來進行走行的方法。是建立在用攝像頭攝取照片圖形，通過計算機圖形識別軟件進行圖形分析和識別，找出小車體與已設置路徑的相對位置，從而引導小車走行的一種引導方法。