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AGV和AMR的进阶之路——一文看懂AGV与AMR的联系与区别

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一、AGV的前世今生

1913年,福特公司在汽车底盘装配线上用导轨导引自动车替代了传统的输送机,即为拥有AGV基础雏形的RGV。世界首台AGV由美国Basrrett公司于20世纪50年代研发,是一款牵引式小车,利用一辆牵引式的拖拉机改造而成,可以沿着铺设钢丝的路径行驶。之后,第一台采用磁导航方式的AGV在英国研制成功。

图1:世界上第一台AGV

据统计,在生产的整个过程中,仅有5%的时间是用于加工和制造,95%的时间用于储存、装卸、等待加工和输送。而AGV的应用极大提高了物料的搬运效率,工厂自动化程度大幅提升。到了80年代中期,已有数万辆AGV应用于世界多个国家的汽车工业和柔性加工生产线领域。20世纪后期,欧美AGV性能逐步稳定且功能完善,而日本企业则采用更简易、可控性较强的AGV进行简单的物料运输。进入21世纪后,AGV已发展成为物流运输系统的一个重要分支,并开始产业化发展。

国内AGV研究起步相对较晚,但是发展速度很快。20世纪70年代初期,我国开始引进AGV。1975年,北京起重运输机械研究所研发了我国第一台磁导航方式的 AGV,1989年北京邮政科学研究院完成了我国第一台无线通讯导引方式的AGV,且完成了小批量生产,中科院沈阳自动化研究所于1991年研制了应用于金杯汽车工业生产装配线的AGV,使AGV技术的应用研究向工业化方向迈进了一大步。随后,国内多所高校成功研制出多种导航模式的AGV,其中清华大学1994年研制出了应用邮政行业基于自由路径导航的AGV,吉林大学2004年研制了应用于汽车装配线的视觉导航系列AGV。

随着国家2013 年《工业和信息化部关于推进工业机器人产业发展的指导意见》的发布,这一决策将AGV纳入工业机器人范畴,对我国AGV产业体系发展提出了明确的要求。目前,国内多个机器人公司生产的AGV 型号规格多样,并在港口、码头、军工、制造业、农业、工程机械、物流运输、电商、快递等领域得到了广泛应用。例如,2017 年投入130 台提升式 AGV 的上海洋山深水港四期码头正式开港投入生产,成为全球规模最大的自动化码头。

图2:AGV在港口的应用

二、AGV的定义及发展

自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)是一种装有自动导引装置的无人驾驶工程车辆,可以导向行驶、自动寻址和移交载荷,能够在各种复杂的工况中准确、高效、智能地完成一系列物流运输和分拣任务。具备无需人工参与、单次负载量大 、可以随着生产工艺流程的调整而及时调整相应的搬运路线等特点,能够大大提高企业的集成化和生产柔性。在智能工厂、制造业和物流等行业有着广泛的应用,是现代工业自动化物流运输体系的关键设备之一。

进入 21 世纪以后,机器人技术逐渐在日常生活中扮演着尤为重要的角色。AGV作为机器人的一种,属于智能移动机器人的范畴,是一个集对外界环境具有感知能力、实时决策于规划、自主导航和行为控制于执行等多功能于一体的综合系统,其融合了传感器技术、信息处理、机电工程,计算机工程,自动化控制工程以及人工智能等多个学科的研究成果,象征着机电一体化的最高成就,是 21 世纪科学技术发展极具代表的领域之一。

现阶段,AGV已广泛应用于各个行业,例如在智能物料搬运系统中的AGV进行取货送货工作,或大规模果园执行自主运行并摘取果实任务的采摘机器人。

图3:叉车式AGV进行取货搬运工作

图4:自动采摘机器人

一个完整的 AGV 导航系统主要由底盘运动控制执行系统、传感器数据处理、路径规划、定位系统和上位机控制系统组成。由调度系统下发搬运任务,由 AGV 导航系统根据任务目标点要求,导航至目标点执行搬运任务。其中,AGV 导航系统的核心问题是定位,根据传感器的不同,AGV 导航方式可分为磁/电导航、色带导航、惯性导航、视觉导航、光学导航和复合式导航等等。

图5:AGV车体系统构成

图6:AGV系统及部件构

不论搭载何种导航方式,AGV都具有在交通调度管理下,沿着规定导引路径行驶,并且做出等待、避障、改变路径或完成其他功能性任务的能力。

三、AMR的起源及定义

通常认为,自主移动机器人AMR(Autonomous Mobile Robot)是具有高度的自规划、自组织、自适应能力,适合于在复杂环境中工作的一种智能机器人。AMR的模型不确定性、系统高度非线性和控制复杂性特点,再结合自主导航、环境感知和自主控制等技术,能够实现智能化运动的机器人。作为一种新型智能装备,是实现工厂数字化转型和智能制造的重要工具。

自主移动机器人的研究始于20世纪60年代末期,斯坦福研究院的Nils Nilssen和Charles Rosen等人,在1966年至1972年中研制出取名Shakey的自主移动机器人,目的是研究应用人工智能技术在复杂环境下系统的自主推理、规划和控制。

图7:Shakey机器人

AMR即自主移动机器人,是指具备自主移动和决策能力的机器人系统。它们可以利用各类传感器感知和理解周围环境,通过内置的导航、规划和决策算法在未知或动态环境中来自主地进行路径规划、避障和导航,并独力执行各种特定任务的机器人。

随着计算机技术、传感器技术和控制技术的发展,自主移动机器人的研究逐渐受到重视。在早期,AMR主要用于军事和航天领域,随着技术的不断进步和应用需求的增长,AMR逐渐应用于工业、医疗、服务等领域。

四、AMR的构成

感知系统:

AMR使用各种传感器,如激光雷达、摄像头、超声波传感器等,来感知周围环境并获取数据。这些传感器可以提供环境地图、障碍物检测和距离测量等信息,以帮助AMR实现自主导航并执行任务。

导航和路径规划:

AMR内置导航和路径规划算法,可以根据环境地图和目标位置,计算出最优的路径。这些算法考虑到障碍物、动态环境和车辆动力学等因素,以确保在复杂的环境中自主规划并实现安全、稳定和高效的移动。常用的导航技术包括SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)、VSLAM(Visual Simultaneous Localization and Mapping)等。

决策和控制:

AMR具备决策能力,可以根据感知信息和任务要求做出决策,并且实现稳定、准确的运动控制。它们可以选择适当的路径、速度和动作,以完成任务。决策和控制通常通过机器学习、规则引擎或人工智能算法来实现,并涉及到机械设计、控制算法和动力学模型等学科内容。

任务执行:

AMR可以完成各种任务,如物料搬运、货物分拣、库存管理、巡逻监测等。它们可以在工厂、仓库、医院、物流中心等各种环境中自由移动,并根据需求执行任务。

人工智能技术:

AMR需要具备一定的智能水平,如感知理解、学习推理等,以便更好地完成任务。

总之,AMR是一种具备自主移动和决策能力的机器人系统,能够在各种环境中自主执行任务,具备较高的灵活性和可定制性。它们的智能化和自主决策能力可以在复杂的环境中做出并执行任务,使其能应对不可预测的动态变化,适应不同的应用场景和需求。并且其安全保护机制能保证在与人员和其他设备进行交互时的安全性。灵活性、自主决策和安全性的特点使AMR成为自动化物流和运输领域的重要工具。随着技术的不断进步和应用需求的增长,AMR的功能和性能还可不断扩展和提升,以满足更多的⼈机协同与柔性物流的需求。

五、AGV与AMR的差异分析

从起源追溯,AMR和AGV的研究目的和应用场景都有所不同。发展至今,AMR和AGV都属于物流机器人,但它们在技术、功能和用途上有一些显著差异,新技术使AMR比AGV更快、更智能、更高效、设置更简单、使用更容易且长期维护价格更便宜。

AGV“广义”上是指基于各种定位导航技术,不需要人驾驶的自动运输车辆。即有人驾驶运输车辆(如有人驾驶的叉车)都不是AGV,而无人驾驶的运输车都可以称为AGV。AGV已经成为工厂、仓库的常见设备。但是,它们的有效性正受到行业技术复杂化的挑战。通过一种新型内部物流系统的引入,部分应用已开始从AGV转化为AMR。

AMR“广义”上是指自主性很强的移动机器人。自主性弱的移动机器人(如遥控式和导轨式等)都不能称作AMR,只有自主性很强,能对环境中各种动态变化做出自主决策的移动机器人才能被称作AMR。

传统的AGV是一种被动式的自动化运输系统,它是一种电动车辆。通过在地面上的导引线、磁带、激光导航等方式进行导航,其运行路线和动作是预先编程或通过外部控制进行指定的,通常沿着嵌入地下的导线或磁铁行进,与火车和汽车之间的区别类似。用于相对简单和结构化的环境,如生产线、仓库、港口等,执行一些重复性的物料搬运和运输任务。其功能相对较为有限,不太具备自主感知和决策能力,其行动需要依赖于外部指令或预先设定的路径。AGV可以使用简单的传感器来避免撞到障碍物,后期的AGV也具备等待、避障、改变路径或完成其他功能性任务的自主导航能力,但是决策较为简单,大部分决策需要通过AGV调度系统辅助完成,使AGV无法灵活适应变化。

相比之下,AMR要复杂得多,它装有传感器和功能强大的车载计算机,可帮助其了解周围环境。AMR不仅限于固定路线,而且可以使用地图动态导航,从而可以规划自己的路径并快速高效地行驶。AMR可以识别人员、汽车、叉车等各类物体,并对其做出反应,可以在复杂的环境下以安全地执行工作,甚至可以做一些未指派的工作,例如在需要去的地方跟随特定的人。

AMR是一种具备自主决策能力的移动机器人,它使用感知系统(如激光雷达、摄像头等)来感知环境,并通过内置的算法和导航系统来规划路径、避障和导航。AMR通常具有较高的灵活性和可定制性,可以根据需求进行编程和配置。它可以在不同的环境中自由移动,包括工厂、仓库、医院等,执行各种任务,如物料搬运、货物分拣、库存管理等。AMR通常具有较强的智能化和自适应能力,能够实时适应变化的环境条件和任务需求。

综上所述,AMR和AGV之间的主要差异在于智能化程度和灵活性方面。AMR具有较高的智能化和自适应能力,能够在复杂和变化的环境中自主感知和决策。而AGV则更多地依赖于预定路径和外部控制,适用于相对简单和结构化的环境。当AGV搭设先进的智能辅助设备、采取自由路径导航模式并植入智能算法时,AGV即进阶成为AMR。但是AMR的智能化、自主决策和自适应能力也表明,AMR并不完全包含于AGV的定义之中,自主移动机器人和自动导航车辆两个不同的名称已充分说明,AMR相比AGV相比多了人工智能和更强交互及沟通协作能力的部分。

总的来说,AMR和AGV在技术、功能和应用场景上有所不同。选择哪种机器人取决于具体的需求和应用场景。

六、AMR应用场景和发展趋势

AMR市场在全球范围内都呈现出增长趋势。北美地区是AMR市场的主要地区之一,亚太地区发展迅速,欧洲市场也在积极推动AMR的采用。

AMR广泛应用于各个行业,包括制造业、物流和配送、医疗保健、零售和电子商务等。在制造业中,AMR可用于自动化生产线、物料搬运、仓储管理等领域,提高生产效率和降低成本。在物流和配送领域,AMR可以提高物流效率、降低成本,并实现自动化的货物搬运和分拣。在医疗保健领域,AMR可用于医疗护理、药品搬运、康复训练、手术协助、医疗设备和病人搬运等领域,提高医疗服务的水平和质量等。在服务领域,AMR可用于送餐、导游、零售等领域,提高服务效率和用户体验。在其他领域,AMR在农业、军事、航空航天等领域也有广泛应用。

AMR具有技术和设备成本高,技术领域广泛且复杂、开发维护难度大,可靠性和稳定性还需要提升等问题。国内外众多高校、科研机构和企业都在开展AMR的研究工作,在算法设计、传感器技术、导航技术等方面取得了一系列成果。在实际应用中,AMR仍面临诸多挑战,例如,如何在复杂环境下实现高精度导航、如何提高运动控制的稳定性和准确性等。此外,安全性和隐私保护也是AMR应用中需要关注的问题。

目前,AMR市场不断涌现出技术创新,例如,一些AMR开始采用人工智能和机器学习算法,以提高感知和决策能力。此外,AMR的导航和路径规划技术也在不断改进,以提供更高效、安全和灵活的移动能力。未来,随着传感器技术、导航技术、人工智能技术的不断发展,AMR将在多机器人协作、AI赋能、柔性制造、人机交互等方面取得更广泛应用和进步。此外,AMR还可与工业互联网、云计算等技术结合,实现更广泛的数据采集、远程控制等功能。

七、切题广告

AGV/AMR/搬运机器人作为一种物料搬运且被自动导引或能进行自主规划的小车,其动力及动力控制系统趋于紧凑化和高集成化,具有高精度、高稳定性等要求。

江苏亿控智能装备有限公司作为国内知名的动力及控制系统和整车技术方案提供商,不仅能为AGV车辆提供舵轮、驱动轮、差速轮、驱动器和导航系统等单台AGV的动力及控制组件,也能为整车和多台AGV提供成套技术方案,可以为客户实现自然导航、视觉导航、磁导航等多种导引方式,致力于高精度、总线控制、多场景的搬运机器人应用。

江苏亿控舵轮、驱动轮、差速轮和驱动桥等等轮式动力产品及驱动器产品可应用于高端装备业、工程机械、智能生产、大型仓库、港口等行业的自动生产、自动仓储和自动物流操作中的AGV及AMR等设备上。

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