随着工业自动化和物流行业的快速发展，自动导引运输车（AGV）作为一种高效、灵活的自动化物料搬运设备，在制造业、仓储业、港口码头、食品化工、烟草等多个行业得到了广泛应用。AGV的应用不仅提高了生产效率，降低了人力成本，还提升了物流系统的柔性和智能化水平。然而，AGV在运行过程中面临着诸多安全挑战，如碰撞风险、路径规划不合理、运动控制不稳定等。因此，AGV的安全功能设计成为当前研究的热点和难点。

1AGV安全功能设计的趋势分析

随着计算机软硬件功能的进步和日益强大，AGV的智能化水平将日益提高。AGV将从网络、无线以及红外蓝牙等一系列信号发射和收集装置进行信号的发送与接收，自动进行导引、路线优化、车辆调度、自动作业、有效避免碰撞、自动充电和诊断等功能，基本实现AGV的智能化、信息化、网络化、敏捷化、绿色化。AGV本身属于移动机器人的范畴，未来更多的机器人技术将被应用于AGV中。这将使得AGV能够更加智能和可靠，对一些不太复杂的突发情况进行自主判断，从而适应于不同运输场所。

2AGV安全功能设计研究内容

2.1导引及定位技术

导引及定位技术是AGV安全功能设计的核心部分，其优劣直接影响AGV的性能稳定性、自动化程度及应用实用性。常见的导引及定位技术包括电磁感应导引式、磁带/磁点导引式、光学导引式、激光导引式、视觉导引式、惯性导引式和复合导引式等。电磁感应导引式技术通过在AGV运行路径上开设敷线槽并通以交变电流形成交变磁场，AGV利用电磁传感器检测电磁信号强度进行导引。该技术可靠性高，但对地面平整度要求高，改变运行路径困难。激光导引式技术则通过AGV实时接收固定设置的激光信号，计算瞬时位置和运行方向，并与设定路径进行比较以引导车辆运行。其导向与定位精度较高，但成本高，传感器和发射/反射装置的安装复杂。视觉导引式技术利用摄像头和图像识别算法实现AGV的自主导航，具有部署成本低、路径调整灵活等优点，但对地面和光线条件要求较高。

2.2路径规划和任务调度技术

路径规划和任务调度技术是AGV安全功能设计的重要组成部分，直接关系到AGV的运行效率和安全性。行驶路径规划旨在解决AGV从出发点到目标点的路径问题，现阶段国内外已有大量人工智能算法被应用于AGV行驶路径规划中，如蚁群算法、遗传算法、图论法、虚拟力法、神经网络和A*算法等。作业任务调度则根据当前作业请求对任务进行处理，包括对基于一定规则的任务进行排序并安排合适的AGV处理任务等。需要综合考虑各个AGV的任务执行次数、电能供应时间、工作与空闲时间等多个因素，以达到资源的合理应用和最优分配。多机协调工作是指如何有效利用多个AGV共同完成某一复杂任务，并解决过程中可能出现的系统冲突、资源竞争和死锁等一系列问题。现在常用的多机协调方法包括分布式协调控制法、道路交通规则控制法、基于多智能体理论控制法和基于Petri网理论的多机器人控制法。

2.3运动控制技术

运动控制技术是AGV安全功能设计的关键环节，直接影响AGV的行驶稳定性和安全性。不同的车轮机构和布局有着不同的转向和控制方式，现阶段AGV的转向驱动方式主要包括两轮差速驱动转向方式和操舵轮控制转向方式。两轮差速驱动转向方式通过调节两独立驱动轮的转速和转向实现任意转弯半径的转向，控制系统通过安装在驱动轴上的编码器反馈组成闭环系统。目前基于两轮差速驱动的AGV路径跟踪方法主要有PID控制法、最优预测控制法、专家系统控制法、神经网络控制法和模糊控制法。操舵轮控制转向方式通过控制操舵轮的偏航角实现转弯，但存在最小转弯半径的限制。

3AGV安全功能的核心设计模块

3.1硬件安全装置设计

主传感器中激光雷达（如SICKLMS系列）实现360°环境建模，精度达±10mm，有效检测距离10-20米，用于动态路径规划；超声波传感器（如Burgess）补充近距离盲区检测，覆盖0.05-5米范围，应对透明或低反射率物体（如玻璃、塑料膜）。辅助传感器中视觉摄像头（集成AI图像识别）识别二维码、人员手势或警示标识；碰撞接触传感器（弹性缓冲条+压力传感器）作为最后一道物理防护，触发时立即停机，响应时间＜50ms。高精度惯性导航（误差±10mm）与UWB定位融合，防止因定位偏差进入禁入区域。采用伺服电机+电磁抱闸，紧急情况下0.2秒内切断动力并抱死车轮；轮毂电机配置独立制动单元，避免单侧故障导致失控。

3.2软件安全策略设计

基于A*算法或动态窗口法（DWA）生成安全路径，预留1.5倍车身宽度的安全缓冲区；遇人员接近时，自动切换为“跟随模式”或绕行，速度降至0.3m/s以下。实时避障层：采用VFH+（向量场直方图）算法处理传感器数据，构建动态安全边界，响应时间＜20ms；针对交叉路口等高危场景，预设“停车-确认-通行”机制。故障处理层：建立状态机模型，实时监控传感器、电池、通讯模块状态，检测到异常时按等级执行“减速报警”“原地停机”“释放急停信号”等动作，故障代码同步上传至中控系统。采用PROFINETIO或EtherCAT等实时以太网协议，通信延迟＜1ms，确保控制指令实时同步；数据加密传输（AES-128）防止恶意攻击导致的系统劫持。部署心跳检测机制，若AGV与中控系统失联超过3秒，自动触发紧急停机并启动本地安全模式。

3.3环境适应与可靠性设计

高低温适应在-20⁰C~50⁰C工作温度下，传感器加热/散热模块自动启停，电池保温层维持最佳工作状态；IP54防护等级可抵御粉尘和泼水。传感器加装电磁屏蔽罩，规避无线信号、电机电磁对检测精度的影响；复杂光照下，视觉系统自动切换黑白/彩色模式，结合红外补光提升识别率。双激光雷达、双IMU（惯性测量单元）热备份，单一传感器故障时自动切换至冗余通道，确保检测无盲区；电源系统配置超级电容，支持断电后30秒内完成紧急停机。标准合规是通过CE、UL、GB/T30029《工业车辆安全要求和验证》等认证，部分高端产品符合ISO13849PLd安全等级，失效概率＜10^-7/h。

4、结论

当前AGV安全功能设计仍面临诸多挑战，如导引及定位技术的精度和稳定性、路径规划和任务调度技术的效率和可靠性、运动控制技术的稳定性和安全性、信息融合技术的实时性和准确性等。因此，未来的研究应进一步深入探索AGV安全功能设计的关键技术，提高AGV的安全性和可靠性，推动AGV在更多领域的应用和发展。

参考文献：

[1]任楠，谢时军，李福，等.自动导引运输车在自动化仓储系统中的应用[J].制造业自动化，2021，43（05）：9-12，17.

[2]李鹏涛.基于AGV与RFID的智能仓储系统的应用研究[J].科技创新与应用，2020（11）：181-183.