重載型移動(dòng)機(jī)器人，是一種以電池或內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力、配備大功率電機(jī)、減速機(jī)及萬向驅(qū)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)行，具有車速調(diào)節(jié)、升降補(bǔ)償、車輛制動(dòng)、全方位轉(zhuǎn)向、自由路徑規(guī)劃、自動(dòng)引導(dǎo)、在線快速充電、多車編組聯(lián)動(dòng)等功能， 同時(shí)可被集中調(diào)度管理的智能車輛。其工作流程是由人工手動(dòng)或自動(dòng)將貨物或工件裝載在移動(dòng)機(jī)器人上，自動(dòng)行走到指定地點(diǎn)，再將貨物或工件卸下來的移動(dòng)運(yùn)輸工具，可以應(yīng)用在許多固定的或不固定的運(yùn)輸場合。
入局企業(yè)不斷增多
一般移動(dòng)機(jī)器人的負(fù)載都在2噸以內(nèi)，2噸-10噸為偏重載型，重載型移動(dòng)機(jī)器人的裝載能力一般為 10 噸以上。根據(jù)用戶需求，動(dòng)力和執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式、車輛長度、寬度、提升高度、驅(qū)動(dòng)能力、續(xù)航里程等性能參數(shù)均可按需設(shè)計(jì)。
重載式AGV以大尺寸、高承載為特征，在一些重型機(jī)械廠、還有鐵路交通、特種行業(yè)、港口機(jī)場、大型電壓器廠、重型汽車制造廠等等這些場所都需要大型噸位的AGV來滿足。近兩年，隨著重載AGV應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，進(jìn)入這一領(lǐng)域的企業(yè)也在不斷增多。
| 企業(yè) | 相關(guān)產(chǎn)品情況 | 主要應(yīng)用行業(yè) |
| 新松機(jī)器人 | 新松為新加坡港打造的重載AGV額定負(fù)載高達(dá) 65 噸，定位精度 ±5cm，最大運(yùn)行速度 7m/s，制動(dòng)距離小于 13m。 | 大型罐體生產(chǎn)線制造、商用車總裝線、乘用車沖壓車間物流搬運(yùn)。 |
| 機(jī)科發(fā)展股份有限公司 | 磁導(dǎo)跟激光導(dǎo)引為主，設(shè)計(jì)最大噸位達(dá)60T。 | 印鈔造幣、輪胎及軍工領(lǐng)域 |
| 北京特種機(jī)械研究所 | AGV以麥克納姆輪產(chǎn)品為主，根據(jù)需求可定制50噸重載AGV。 | 航空航天、軌道車輛、電力制造、核工業(yè) |
| 東風(fēng)專用設(shè)備 | 潛伏式舉升移載AGV載重達(dá)10噸，采用4舵輪驅(qū)動(dòng)，滿載最大行走速度達(dá)20m/min。 | 汽車行業(yè) |
| 國自機(jī)器人 | 相關(guān)產(chǎn)品采用激光導(dǎo)航/磁條/二維碼/紋理導(dǎo)航等導(dǎo)航方式，負(fù)載能力可達(dá)10T-30T。 | 工程機(jī)械、汽車、軌道交通、軍工等 |
| 臨工智科 | 2015年開始開發(fā)重載型產(chǎn)品，以復(fù)合導(dǎo)航及此導(dǎo)航產(chǎn)品為主，明星產(chǎn)品DL100載重達(dá)10噸以上。 | 車輛、機(jī)械零部件、重工業(yè) |
| 航天思爾特 | 2014年推出首臺(tái)重載全向AGV，承重高達(dá)10噸，采用先進(jìn)的全方位驅(qū)動(dòng)模式 | 重工業(yè) |
| 三豐機(jī)器人 | 裝載能力10T-200T，可按客戶需求設(shè)計(jì)，引導(dǎo)精度：±10mm。 | 工程機(jī)械、汽車、高鐵 |
| CSG華曉 | CSG華曉自主研發(fā)的華麟B系B2MP-10T承載能力高達(dá)15T，擁有雙向行走可橫移功能，可以極低速運(yùn)行（0.8m/min），同時(shí)該產(chǎn)品具備多重安全監(jiān)測和防護(hù)。 | 汽車、大型機(jī)械廠 |
| 上海匯聚 | 利用麥克納姆輪實(shí)現(xiàn)零回轉(zhuǎn)半徑、側(cè)移、全方位無死角任意漂移，可以設(shè)計(jì)定制10噸-50噸載重的平臺(tái)。 | 航天航空軍工、軌道交通、風(fēng)電葉片轉(zhuǎn)運(yùn)、電力行業(yè)、精密鑄造、物流倉儲(chǔ)叉車AGV等 |
| 華晟智能 | 華晟智能重載AGV，采用激光與慣導(dǎo)組合的導(dǎo)航形式，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)用戶需求定制各種個(gè)性化方案。 | 工廠大型物料搬運(yùn) |
| 馳眾機(jī)器人 | 最大載重達(dá)200噸，具備舉升能力，舉升行程達(dá)200mm，4個(gè)驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)全向行走，爬坡能力不低于5%，最大行走速度可達(dá)25m/min。 | 汽車制造、軌道交通、重型工業(yè) |
| 愷韻來 | 產(chǎn)品以磁導(dǎo)航為主，重型承載式AGV產(chǎn)品系列已經(jīng)推出負(fù)載100噸的智能搬運(yùn)AGV | 重型機(jī)械廠、重型汽車廠 |
| 天津朗譽(yù) | 載重達(dá)200T，擁有伺服控制、無線通訊、同步液壓、電量檢測、車身自平衡、安全防護(hù)、智能調(diào)度、故障自診斷等“八大系統(tǒng)優(yōu)勢”。 | 航天、軍工、風(fēng)電 |
| 昆船智能裝備 | 以我國自主研發(fā)的北斗定位系統(tǒng)為導(dǎo)航方式，可滿足多種大噸位定制化需求。 | 飛機(jī)、機(jī)車、港口碼頭 |
| 振華重工 | 多為自用，載重20-50噸產(chǎn)品均可定制。此前產(chǎn)品均以此導(dǎo)航為主，后逐漸采用配備衛(wèi)星導(dǎo)航定位、激光雷達(dá)SLAM、視覺SLAM等多傳感器融合定位技術(shù) | 港口碼頭 |
| 蓬翔汽車 | 能夠根據(jù)客戶需求提供自動(dòng)輥道，裝頂升機(jī)構(gòu)、加裝廂體、高速、高精度等多種形式的重載AGV解決方案 | 物流基地、機(jī)械制造、礦山運(yùn)輸、航空航天 |
從上表中可以看出，國內(nèi)目前已有一批企業(yè)相繼開發(fā)了重載型移動(dòng)機(jī)器人，但細(xì)看之下可以發(fā)現(xiàn)，從新松、機(jī)科到振華重工，重型移動(dòng)機(jī)器人開發(fā)廠商以老牌的AGV企業(yè)和大型機(jī)械設(shè)備廠商為主，新興企業(yè)相對較少。
技術(shù)難度是一方面原因，相對于一般移動(dòng)機(jī)器人言，重載型產(chǎn)品面臨更高的技術(shù)條件和配套支持，主要體現(xiàn)在以下幾方面：
1） 承載及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)
為了確保移動(dòng)機(jī)器人的可控性及靈活性，機(jī)器人的承載輪數(shù)量盡量減少，以方便轉(zhuǎn)向及控制。而承載輪數(shù)量的減少會(huì)帶來三個(gè)方面的問題，一是對輪胎承載能力、車輛承重橋系統(tǒng)提出了更高要求；二是使得移動(dòng)機(jī)器人輪胎對路面的壓強(qiáng)大幅提高；三是驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。
2） 控制技術(shù)
在低速輕載移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)中，一般將移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程及動(dòng)力學(xué)方程通過一定的假設(shè)進(jìn)行簡化，便可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠控制 。而重載移動(dòng)機(jī)器人在空載及重載兩種狀態(tài)時(shí)質(zhì)量變化巨大、質(zhì)心位置常會(huì)發(fā)生很大偏移，進(jìn)而影響行走系統(tǒng)附著力的變化，這三個(gè)參數(shù)變化在實(shí)際工作中處于不可測狀態(tài)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向參數(shù)及控制參數(shù)的不確定性。因此，重載移動(dòng)機(jī)器人如何保證高速運(yùn)行時(shí)的軌跡跟蹤精度、操控穩(wěn)定性及行駛平順性，一直是行業(yè)研究的重點(diǎn)。
3）安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)
安全性研究在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)成為了研發(fā)熱點(diǎn)，而重載移動(dòng)機(jī)器人自身質(zhì)量大，所承載的被搬運(yùn)構(gòu)件質(zhì)量更大，兩者累加導(dǎo)致其在高速運(yùn)行時(shí)的慣量極大， 發(fā)生安全事故造成的損失難以估量。因此對其安全防護(hù)系統(tǒng)提出了更高要求。
3）定位、導(dǎo)航技術(shù)
重載移動(dòng)機(jī)器人一般車體較大，對自身姿態(tài)誤差敏感，運(yùn)動(dòng)學(xué)方程更復(fù)雜，而重載高速運(yùn)行過程中必須要兼顧動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性，使得重載移動(dòng)機(jī)器人的控制難度大幅提高。
技術(shù)之外，重載移動(dòng)機(jī)器人的市場準(zhǔn)入門檻相對也較高，重型移動(dòng)機(jī)器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域集中在港口碼頭、鐵路交通以及一些特種行業(yè)，這些行業(yè)對于設(shè)備的選擇非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模话闫髽I(yè)要想進(jìn)入難度很大。尤其是港口碼頭領(lǐng)域，基本上被大型機(jī)械廠商所壟斷。
不過盡管進(jìn)入門檻較高，但還是有越來越多的企業(yè)開始進(jìn)入到重載移動(dòng)機(jī)器人這一領(lǐng)域，除了意在拓寬自身產(chǎn)品線之外，最大的原因還在于，相較于一般產(chǎn)品，重載型的利潤會(huì)更高，在利潤驅(qū)使下，企業(yè)想要進(jìn)入也不足為奇。
在入局企業(yè)不斷增多的同時(shí)，重載移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展也在不斷加速。
此前的重載移動(dòng)機(jī)器人多以磁導(dǎo)航為主，在大型機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)等室內(nèi)場景的應(yīng)用中，重載移動(dòng)機(jī)器人通過在地面鋪設(shè)磁條，測量路徑上的磁場信號(hào)來獲取車輛自身相對于目標(biāo)跟蹤路徑之間的位置偏差，從而實(shí)現(xiàn)車輛的控制及導(dǎo)航。在港口碼頭等室外應(yīng)用場景，大部分通過鋪設(shè)磁釘來實(shí)現(xiàn)重載機(jī)器人的定位導(dǎo)航，不過受港口環(huán)境高度動(dòng)態(tài)變化影響， 港口重載移動(dòng)機(jī)器人要和大型機(jī)械進(jìn)行互動(dòng)并融入碼頭的生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程，單靠一種傳感器無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，因此，一般會(huì)采用混合導(dǎo)航的方式來彌補(bǔ)單一導(dǎo)航技術(shù)的不足，磁釘加慣導(dǎo)相結(jié)合的導(dǎo)航方式應(yīng)用的最為普遍。
磁導(dǎo)航的優(yōu)勢是性價(jià)比高且安裝方便，且不會(huì)受到光照、天氣或其他障礙物的影響；不過磁導(dǎo)航的劣勢也很明顯，柔性化程度過低，需要對地面進(jìn)行改造，路線也較為固定，不易變更。
而近幾年，伴隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，重載型移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航方式也日益豐富，激光、視覺、衛(wèi)星定位等更多的導(dǎo)航解決方案開始逐漸應(yīng)用。國自機(jī)器人基于其在激光導(dǎo)航產(chǎn)品的豐富積累，推出了基于激光導(dǎo)航的重載移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品。2019年，在粵港澳大灣區(qū)首個(gè)全自動(dòng)化碼頭廣州港南沙四期工程中，振華重工為其打造了新一代重載移動(dòng)機(jī)器人采用衛(wèi)星導(dǎo)航定位、激光雷達(dá)SLAM、視覺SLAM等多傳感器融合定位技術(shù)，更加靈活智能。當(dāng)前，越來越多的重載移動(dòng)機(jī)器人廠家都在探索各導(dǎo)航方式的融合應(yīng)用。
| 導(dǎo)航方式 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | |
| 固定路徑導(dǎo)航 | 磁導(dǎo)航 | 定位精確，不受光照、天氣等影響。 | 需要對地面進(jìn)行改造，靈活性不高。 |
| 自主導(dǎo)航 | 激光導(dǎo)航 | 能靈活規(guī)劃路徑、定位準(zhǔn)確。 | 容易受降雨等天氣等影響，成本過高。 |
| 視覺導(dǎo)航 | 路徑規(guī)劃靈活，成本低，可提取語義信息。 | 算法技術(shù)開發(fā)難度高，受光照、污損影響大。 | |
| 衛(wèi)星定位系統(tǒng) | GNSS | 可提供全天候的3維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無線電導(dǎo)航定位。 | GNSS定位依賴于空間衛(wèi)星，首次定位反應(yīng)較慢。 |
| RTK技術(shù) | 定位精度可精確到1-2厘米。 | 依賴于衛(wèi)星定位系統(tǒng)作為接收配置來實(shí)現(xiàn)定位。 | |
| 輔助導(dǎo)航 | 慣導(dǎo) | 不依賴于外部信息，數(shù)據(jù)更新率高、連續(xù)性好、噪點(diǎn)低、短期精度和穩(wěn)定性高。 | 定位誤差會(huì)隨時(shí)間而增大，數(shù)據(jù)的長期精度較低，而且無法獲取時(shí)間信息。 |
| 超聲波等 | 高分辨率，抗干擾強(qiáng)，可直接測量距離和速度信息適用于避障。 | 難以實(shí)現(xiàn)真正的全天候探測，器件昂貴。 | |
表：重載移動(dòng)機(jī)器人各類導(dǎo)航方式
導(dǎo)航技術(shù)之外，在負(fù)載方面，重載移動(dòng)機(jī)器人也在不斷突破。2018年，馳眾經(jīng)過7年研發(fā)攻關(guān)，推出了一款“200噸重載AGV”；2020年8月，國內(nèi)首臺(tái)、達(dá)國際先進(jìn)水平的240T重載AGV在朗譽(yù)科技研制成功。
總體而言，從技術(shù)發(fā)展角度看，未來重載移動(dòng)機(jī)器人將朝著更加靈活智能的方向發(fā)展，同時(shí)將不斷挑戰(zhàn)更大的單車載荷能力，甚至將發(fā)展出 500 噸級的型號(hào)，并將對多車編組運(yùn)行方式進(jìn)行深入探索，以滿足對特殊外形尺寸、特大載荷等應(yīng)用的需求。同時(shí)，對每一個(gè)市場細(xì)分領(lǐng)域的需求將做深、做足，發(fā)展出滿足特定需求的細(xì)分型號(hào)。
在技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，未來，對于核心器件的研發(fā)和量產(chǎn)，提高自主研發(fā)技術(shù)的占比，也將是未來國內(nèi)重載移動(dòng)機(jī)器人企業(yè)的發(fā)展必由之路，包括：大功率電機(jī)、減速機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器等核心器件的設(shè)計(jì)和制造，將是打破進(jìn)口壟斷，降低采購成本，從而提高國產(chǎn)產(chǎn)品競爭力的有效手段。
事實(shí)上，重載移動(dòng)機(jī)器人不斷創(chuàng)新的背后，也得益于應(yīng)用市場的不斷擴(kuò)大。港口、機(jī)場、飛機(jī)制造、鐵路機(jī)車檢修及制造、造紙印刷等這些重型作業(yè)，原來主要由重卡、集裝箱、龍門吊和大量人力來完成， 現(xiàn)如今也嘗試了技術(shù)創(chuàng)新，通過引入重載移動(dòng)機(jī)器人替代了原始、粗放的作業(yè)模式。機(jī)器換人不僅解決了許多流程中的高危隱患，也在人力成本和信息化成本上大幅節(jié)約，整體邁入自動(dòng)化、信息化、智能化的運(yùn)營模式，而不斷擴(kuò)大的市場需求也在推動(dòng)重載移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的不斷迭代更新，只要市場的需求量足夠大，企業(yè)的研發(fā)投入也會(huì)不斷加大，技術(shù)的發(fā)展速度也會(huì)越來越快。重載移動(dòng)機(jī)器人，未來將會(huì)有更大發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用推廣的領(lǐng)域。
