TRIZ方法在提高AGV导航系统可靠性中的应用

赵云涛 黄杏往 王胜勇 卢家斌

（中冶南方（武汉）自动化有限公司 湖北 武汉 ４３０２２３）

摘 要：借助于ＴＲＩＺ知识库和创新原理的实际运用，得出了一种适合户外工业场合应用的ＡＧＶ导航系统方案：①在ＡＧＶ内内置电磁导航和惯性导航两种导航方式，两者互为备用，根据需要随时切换；②在不需要转弯的地点，ＡＧＶ采用电磁导航的方式导航，惯性导航方式处于备用状态；③在需要转弯的地点，ＡＧＶ采用惯性导航的方式导航，电磁导航方式处于备用状态；④在离散位置校准点，ＡＧＶ使用ＲＦＩＤ地标的位置信息来修正自身的实际位置信息。

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关键词 ：ＴＲＩＺ ；ＡＧＶ；导航；检测；可靠性

中图分类号：G424 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．02．０43

*基金项目：科技部创新方法工作专项“湖北省创新方法应用推广与示范”（项目编号：２０１３ＩＭ０２２１００）

收稿日期：２０１４－１２－２０

０ 前言

ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）自动导航车，是物料输送的典型高科技产品。它是一种在计算机和局域网控制下，经导航装置引导并沿程序预定路径自动运行，或牵引载货台至指定地点，进而实现物料自动装卸和搬运任务的无人驾驶输送设备。

随着需求的发展，户外或半户外ＡＧＶ技术将逐步完善和进入应用阶段。户外ＡＧＶ技术一直是应用的难点，主要受制于相对恶劣的自然条件，如：温度、湿度、阳光、雾、雨、雪等天气。导致传统ＡＧＶ位置、转向控制组件无法根据ＡＧＶ目标设定位置与检测位置的偏差来引导ＡＧＶ的自动行走，以使其最终达到目标设定位置。

借助于 ＴＲＩＺ知识库和创新原理的实际运用，笔者得到了针对此技术难题的解决方案。

１ ＴＲＩＺ简介

ＴＲＩＺ是俄文（ＴｅｏｒｉｊｚＲｅｚｈｅｎｉｊａ Ｉｚｏｂｒｅｔａｔｅｌ’ｓｋｉｃｈ Ｚａｄａｃｈ）的缩写，意为“发明问题解决理论”，是由前苏联的专利调查员Ｇｅｎｒｉｃｈ Ａｌｔｓｈｕｌｌｅｒ于１９４６年提出，经过前苏联的大学、研究所和企业数百人花费１ ５００个人年的时间，在分析研究了世界２５０万件高水平专利的基础上，综合多个领域的原理、法则，提出的发明问题解决理论，经过半个多世纪的发展，已经成为指导人们解决发明问题的系统化方法学。是２０世纪最伟大的发明之一，是研究发明创造与克服技术创新难题过程中所遵循的科学原理和法则的方法，有“点金术”和“超级发明术”之称。

如图１所示，ＴＲＩＺ解决问题的过程就是先将本领域问题转化为ＴＲＩＺ问题模型，再针对问题模型利用ＴＲＩＺ中间工具找到ＴＲＩＺ解决方案模型，最后把解决方案模型转化为本领域问题解的过程。创新原理、标准解、进化模式都是ＴＲＩＺ解决问题的工具，还有一个重要工具就是知识库。本文主要运用ＴＲＩＺ的两种创新工具得到问题的解决方案：基于知识库查询得到解决方案；利用创新原理得到解决方案。

２ 问题的确定及分析

图２所示为传统ＡＧＶ导航系统工作原理图。其原理是先由ＡＧＶ位置、方位角检测组件（例如图像摄像组件）给ＡＧＶ位置、方位角计算组件提供原始检测数据，然后由ＡＧＶ位置、方位角计算组件计算出ＡＧＶ实际的位置、方位角，最后由ＡＧＶ位置、转向控制组件根据目标设定位置与实际位置的偏差来引导ＡＧＶ的自动行走，使其最终达到目标设定位置。　　

由于户外以下原因：①雨影响传统检测组件例如图像摄像组件对ＡＧＶ位置及方向角检测的精度和可靠性。②雪影响传统检测组件例如图像摄像组件对ＡＧＶ位置及方向角检测的精度和可靠性。③冰雹影响传统检测组件例如图像摄像组件对ＡＧＶ位置及方向角检测的精度和可靠性。④雾影响传统检测组件例如图像摄像组件对ＡＧＶ位置及方向角检测的精度和可靠性。⑤灰尘影响传统检测组件例如图像摄像组件对ＡＧＶ位置及方向角检测的精度和可靠性。导致ＡＧＶ位置、转向控制组件无法根据ＡＧＶ目标设定位置与检测位置的偏差来引导ＡＧＶ的自动行走，以使其最终达到目标设定位置。

下文借助于 ＴＲＩＺ知识库和创新原理的实际运用，就传统的ＡＧＶ导航系统经常由于ＡＧＶ位置、方位检测组件例如图像摄像组件易受户外雨、雪等不良天气影响导致的检测组件检测精度和导航系统可靠性低的技术难题进行改进，以期实现ＡＧＶ导航系统：①有效引导ＡＧＶ的自动行走； ②有效、及时检测ＡＧＶ的位置、方向角；③适应户外例如港口等应用环境，有效抵抗雨、 雪、 冰雹、 雾、 灰尘天气的影响。

３ 问题的解决

３．１ 基于知识库查询解决问题

借助ＣＡＩ工具及知识库、专利库，ＴＲＩＺ能够快速查询到其他领域解决同类问题的解决方案作为参考，这种方法正是体现了ＴＲＩＺ的重要理念，即：借鉴其他领域已有的先进解决方案解决本领域的问题。

针对问题“如何提高ＡＧＶ导航的可靠性”，通过互联网进入ＴＲＩＺ 的“技术创新知识库查询系统”，输入查询语句“Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ”，通过查询解决方案，阅读后选择可利用的参考方案如图３所示。

参考扇形雷达波束探测经过的车辆方案，类比生成本文问题的解决方案：在ＡＧＶ的前方和两侧安装雷达系统作为ＡＧＶ非接触式避碰检测装置来预防ＡＧＶ与其他物体的直接相撞事故（见图4）。

３．２ 运用创新原理得到解决方案

ＴＲＩＺ理论创始人阿奇舒勒通过对大量专利的研究、分析、总结，提炼出了４０条创新原理，定义了３９个通用工程参数组成的近１ ５００对技术矛盾和物理矛盾，以及解决这些技术矛盾常用的创新原理。3.2.1 针对问题“如何消除不良天气对ＡＧＶ位置感知组件检测精度和可靠性的影响”

通常，ＡＧＶ位置感知组件对位置的定位为连续定位，连续的位置定位可以获得一段时间内的高精度和稳定性，但总误差会随着时间延长而积累，使系统在长时间工作时变得不可靠，因此考虑选用离散位置感知组件作为ＡＧＶ位置感知组件来消除随着工作时间延长而积累的检测误差。此方案改善了“运动物体的作用时间”， 但由于其只能在离散的时间点上起作用，因此同时恶化了离散的时间点之间的检测“稳定性”， 即产生了技术矛盾。利用ＴＲＩＺ矛盾矩阵（见图５）查找得到局部质量创新原理（见图６）。

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