1.1研究背景

随着科学技术的发展及工业生产自动化程度的逐步提高，自从 20 世纪 50 年代以来，自动导引车（Automated Guided Vehicle, AGV）的应用愈加广泛，在工业智能化生产车间与各大港口和机场的货运运输等一些领域扮演着重要的角色。据查阅的相关资料显示：当生产一件产品，直到产品加工完成及其销售，在这过程中，加工及制造的时间仅仅只占总的时间的 5%左右，而用于产品的生产前的等待加工及其生产线输送、生产后的装卸一直到产品储存的时间则高达 95%。在所了解的发达国家中，比如美国、日本、德国等工业强国，生产一件产品，工人生产这件产品所要付出的直接劳动力所要费用只有 10%左右，且这一比例也在持续不断的在下降，然而在生产产品所占费用较多的则是储存及其运输成本，这两样成本所占比例高达 40%左右。

日前，世界上主要的工业强国也在加快的提高企业的竞争力，而所要采取的重要措施则是把物流结构的改变及其物流成本的降低作为企业在激烈竞争中取胜的重要措施。21 世纪的现代化生产也迫使物流朝着现代化的进程进行发展。2013年 4 月份，在汉诺威工业博览会上，“工业 4.0”战略被德国政府正式推出，其中是使用我们所熟悉的物联信息系统（Cyber Physical System）将工业生产中的产品的供应、制造、销售信息进行数据化与智慧化的处理。由此，以智能制造为主导的第四次工业革命正式拉开序幕。2017 年 4 月份的汉诺威工业博览会的主题为 “融合的工业——创造价值”。作为“工业 4.0”的重点展开方向之一，“智能工厂”成为这一战略创造价值的重要组成部分，也是本届汉诺威工业博览会备受瞩目的一大亮点。总的来说，“工业 4.0”的具体内容包括三个主要主题：智能工厂、智能生产、智能物流。对于我国来讲，我国仍然是一个制造业大国，当前形势下，则是需要积极的向制造业强国进行转型，改变在工业生产中竞争力不足、工业生产效率低下这一弊端，在即将面临的新一轮的工业竞争中能够占领先机。因此，在 2015 年我国政府工作报告中提出《中国智造 2025》行动纲领，全面实施“机器换人”战略，推进工业生产方式由目前的“中国制造”向“中国智造”的转变。

本课题研究的意义在于：人口老龄化问题在我国变得越来越严重，也就使得剩余劳动力短缺问题逐渐受到关注。目前中国还处在制造业大国阶段，现如今也正面临着社会问题——人口老龄化和劳动力紧缺，这两个主要的社会问题对于传统的需要大量的劳动力的产业来讲在将来需要承受着巨大的压力。因此，也就迫使制造业产业进行改造升级，不仅需要采用先进的制造设备，也需要对当前的生产与发展战略进行转变，这样才能在激烈的竞争环境中生存下来，同时，才能进一步的促进我国制造业产业的转变与发展。为了节约成本和缩短产品的生产周期，柔性制造系统（Flexible Manufacture System, FMS）和工厂自动化等先进的技术逐渐发展起来，工业机器人、智能自动化立体仓库、无人搬运车、物料分检识别系统等设备在柔性制造系统和工厂智能自动化生产过程中得到了广泛的使用。其中，对无人搬运车这一内容，它主要就是以自动导引小车为标志，因此，对于先进的无人搬运车——AGV 来讲，在智能化的工业生产与物流运输系统中，它充分的发挥了极其重要的作用，例如农业工业、造纸工业、自动化工业等其他的运输或存储系统中，AGV 得到了较为广泛的应用。在企业的制造生产车间，为了向现代物流系统发展，使得生产过程中的生产所需的信息与物料能够得到统一，AGV的使用是必不可少的，AGV 的使用可以降低劳动力密集型企业对于劳动力资源的依赖程度，从而进一步的使企业员工的劳动力强度得到降低，企业的工业生产效率得到大幅度的提高，企业效益的水平得到最大化。工业生产运行中，AGV 的大量投入使用，能使目前社会所存在的问题——劳动力紧缺得到弥补，对于现代制造业的产业升级起到了积极的带动作用。

研究基于视觉导引技术的 AGV 控制系统，一方面，视觉导引技术能够及时有效地提取路径轨迹信息，有力的保证 AGV 运行过程中的安全性、可靠性以及稳定性这三方面性能，从而在车间工作环境中，所设计的 AGV 能够将物料安全且准确地搬运至我们的指定位置。另一方面，对于 AGV 的控制系统来讲，AGV 的运行稳定性能否满足产车间的要求，与所采用控制器类别及其所设计的控制器性能有着非常紧密的关系。在汽车装配有限公司所设计的 AGV 搬运系统这一项目中，通过观察，AGV 在汽车零件搬运车间实际运行时出现了一系列不稳定现象——AGV 左右摇晃、系统振荡、偏出路径轨迹，以至于对 AGV 初衷——稳定性及其安全性、可靠性这三面的必需要求难以满足。后经过公司的有关技术人员分析，AGV 的导引技术及其控制器及其控制方法存在缺陷。要使 AGV 安全、稳定、可靠的运行有所保障，优秀的导引技术以及控制器的相关配合是及其至关重要的。本课题研究的就是基于视觉定位算法实现AGV车的引导。

1.2国内外研究现状

基于视觉技术的 AGV 在国外的发展比较迅速。在国外，1913 年 AGV 的第一台原型机问世，美国福特汽车第一次在装配底盘的生产中使用有轨导引的 AGV 替代输送机，使装配时间缩短了 1 小时 33 分，充分地体现了 AGV 的高效。AGV 从此正式进入到生产实践中。1953 年，美国 Barrett Electric 公司研制出了世界上第一台使用电磁感应导航的 AGV。

由于 AGV 小车在生产中的高效使它的发展极其迅速。20 世纪 50 年代末，AGV 已经在欧洲各国广泛使用。20 世纪 60 年代，计算机技术应用到了 AGV 系统中，并且无人搬运车系统（AGVS）的应用从自动化仓库扩展到了柔性加工系统领域；70 年代，AGV扩展到了企业的生产系统，AGVS 的迅速发展，正是源于它的高效；80 年代，随着计算机技术的进步，AGVS 的性能得到了极大地提高，生产成本极大降低，使得 AGV 迅速发展并独立发展成了一个产业；90 年代，AGVS 朝着网络化、数字信息化、智能化发展，而且 1981 年 6 月在伦敦召开首届无人搬运车国际会议，这一里程碑式的会议使得AGV 技术得到了极大地交流发展。

AGVS 在欧美日等工业发达国家的应用范围已经十分广泛，并且朝着专一化方向发展，许多工厂已经采用 AGVS 作为运载工具的柔性制造装配系统。目前，AGV 的高级发展方向是无需固定线路、全方位运行能力，以及超负荷、高精度定位等能够在特定工作环境需求下的工作能力。

在国内，我国的 AGV 技术从 20 世纪 60 年代才开始，起步较晚，在 70 年代中期，诞生了第一台国产 AGV。在借鉴国外先进技术的同时，国内研究人员不断研究创新，使得我国的 AGV 技术发展迅速。