隨著現(xiàn)代科技飛速發(fā)展和全球化進(jìn)程加快，市場競爭日益加劇，客戶需求日漸多樣化和個(gè)性化，從而使企業(yè)競爭的焦點(diǎn)逐漸集中在如何更好地滿足客戶多樣化的需求上。在這種形勢下，傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)模式不再適應(yīng)快速多變的市場需求，大規(guī)模定制這種嶄新生產(chǎn)方式應(yīng)運(yùn)而生。

大規(guī)模定制（Mass Customization，MC）生產(chǎn)模式，已經(jīng)替代統(tǒng)治了近一個(gè)世紀(jì)的大規(guī)模量產(chǎn)方式，成為21世紀(jì)的主流生產(chǎn)模式。大規(guī)模定制生產(chǎn)模式結(jié)合了定制生產(chǎn)和大規(guī)模生產(chǎn)兩種生產(chǎn)方式的優(yōu)勢，在滿足客戶個(gè)性化需求的同時(shí)，保持較低的生產(chǎn)成本和較短的交貨期。定制化生產(chǎn)要求生產(chǎn)具有高度的智能化和柔性化，可以在不中斷生產(chǎn)的情況下進(jìn)行快速換產(chǎn)，同時(shí)保證物流、信息流和資金流的及時(shí)性和精確性。作為離散型的智能化移動機(jī)器人，AGV/AMR在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制化生產(chǎn)的智能工廠中發(fā)揮了巨大的作用。[1]

一

AGV/AMR產(chǎn)品特點(diǎn)及優(yōu)勢

AGV（Automated Guided Vehicle，自動導(dǎo)引車輛）是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的無人駕駛的運(yùn)輸車輛。AGV的引導(dǎo)原理是根據(jù)AGV行走的軌跡進(jìn)行編程，數(shù)字編碼器檢測出的電壓信號判斷其與預(yù)先編程的軌跡的位置偏差，控制器根據(jù)位置偏差調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速對偏差進(jìn)行糾正，從而使AGV沿預(yù)先編程的軌跡行走。在AGV行走過程中，需不斷根據(jù)輸入的位置偏差信號調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

AMR（Autonomous Mobile Robot，自主移動機(jī)器人）是一種具有理解能力，并在自建地圖環(huán)境中獨(dú)立移動的機(jī)器人。AMR與其前代產(chǎn)品AGV不同，后者主要依賴于軌道或預(yù)定義路線，并通常需要操作員監(jiān)督，而AMR使用激光傳感器、視覺傳感器、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來計(jì)算路徑規(guī)劃，以理解環(huán)境并在其中導(dǎo)航，不受有線電源的限制。由于AMR配備有2D/3D攝像頭和激光傳感器，如果它們在環(huán)境中導(dǎo)航時(shí)遇到意外障礙，例如意外掉落的箱子或意外闖入的人群，AMR將利用避撞等導(dǎo)航技術(shù)來減速、停止或重新規(guī)劃路線繞過障礙物，然后繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

從車體結(jié)構(gòu)外形來看，AGV/AMR可分為叉式、潛伏式和復(fù)合式三種主要類型。圖1中為9種典型的機(jī)構(gòu)形式，不同的車體結(jié)構(gòu)因不同的使用場景而生，在大規(guī)模定制化生產(chǎn)模式下的智能工廠廠內(nèi)物流中大顯身手，具體如下所述：

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1.叉式AGV

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從傳統(tǒng)叉車演化而來，最具標(biāo)志性的特點(diǎn)就是通過貨叉、夾報(bào)器等屬具來完成托盤、料架等載具或物料的取放和搬運(yùn)，通過門架、鏈條傳動機(jī)構(gòu)、齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行提升、下降或旋轉(zhuǎn)動作。

叉式AGV通常用于重型（2～6t）貨物的搬運(yùn)和堆高，其中常規(guī)地面點(diǎn)到點(diǎn)的搬運(yùn)可以使用搬運(yùn)式AGV，前支撐腿的結(jié)構(gòu)和較小的提升高度，使得搬運(yùn)式AGV只可搬運(yùn)中型或重型的川字底托盤/料架物料。對于中小負(fù)載（0.5～2t）的川字底托盤、且對提升高度有一定要求（≤4米）的場景，可以使用前支腿式AGV，如果要處理田字底的托盤，需使用寬支腿式AGV、平衡重式AGV或者前移式AGV。平衡重式AGV可以同時(shí)處理3t左右的川字底和田字底托盤，并能提升到4米高的貨架上，前移式AGV可以同時(shí)處理1t左右的川字底和田字底托盤，并能提升到最高11米高的貨架上（目前已知的AGV最高提升高度）。

因?yàn)榇蟛糠植媸紸GV采用單舵輪驅(qū)動，所以在直角堆垛或接駁點(diǎn)取放物料時(shí)，需要較大的轉(zhuǎn)彎半徑和通道寬度，車體和托盤尺寸越大，需要的轉(zhuǎn)彎半徑和通道寬度就越大，從2米到5米不等。為了解決這個(gè)痛點(diǎn)問題，全向式AGV和窄巷道AGV應(yīng)運(yùn)而生，全向式AGV采用雙舵輪結(jié)構(gòu)，可以前后移動、橫向移動和原地旋轉(zhuǎn)，最小的通道寬度只要比車體的寬度增加300毫米就可以通行。

目前，窄巷道式AGV主要有兩種形式：一種是雙門架式AGV，通過將伸縮貨叉安裝到載貨臺上，然后載貨臺可以在雙門架上實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動，該窄巷道式AGV可以像無軌堆垛機(jī)一樣在較窄的密集式貨架倉庫內(nèi)實(shí)現(xiàn)無人存取作業(yè)，可以與輸送機(jī)或潛伏式AMR進(jìn)行接駁，并可根據(jù)客戶的存取指令和流量要求進(jìn)行自動更換巷道和增減AGV數(shù)量，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的無人化作業(yè)。另一種是在傳統(tǒng)三向叉車的基礎(chǔ)上進(jìn)行AGV改裝，亦可實(shí)現(xiàn)窄巷道雙向叉取的功能，而且提升高度比雙門架要高很多。針對大規(guī)模定制生產(chǎn)中托盤種類的多樣化，可以通過安裝可調(diào)距叉類的屬具，來自動適配不同規(guī)格的托盤，做到無人化作業(yè)。

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2.潛伏式AMR

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2012年亞馬遜收購Kiva機(jī)器人公司，并在其倉庫內(nèi)大批量使用潛伏式AGV來完成商品的存取、揀選和配送作業(yè)，此后潛伏式AGV迎來了發(fā)展黃金時(shí)期。從最初的二維碼導(dǎo)航和簡單的托舉動作，到今天的激光SLAM導(dǎo)航和多種功能的加載，潛伏式AMR出現(xiàn)在商業(yè)物流和工業(yè)物流的各個(gè)場景之中。

與叉式AGV相比，潛伏式AMR僅需要較小的通道進(jìn)行通行和取放作業(yè)，特別適合在傳統(tǒng)的車間或工作區(qū)內(nèi)運(yùn)行，取代人工進(jìn)行托盤或料車的搬運(yùn)。不過，由于潛伏式AMR需鉆到載具的下方將載具頂起脫離地面才能行走，對于托盤類無支腿的載具，需要增加料架或?qū)Ｓ闷脚_用于放置托盤物料，這就要求必須在現(xiàn)場接駁區(qū)域增加料架位或支架位，造成空間利用上的浪費(fèi)和管理成本的增加。

在大規(guī)模定制化的生產(chǎn)場景中，潛伏式AMR和料架的組合可以應(yīng)對各種各樣的物料搬運(yùn)和各行各業(yè)的工藝流程，只要把物料放在料架上進(jìn)行信息綁定，剩下的工作由潛伏式AMR來完成，潛伏式AMR可以完成長距離的搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)不同工位的物料配送，與電梯和快速門的對接，與輸送機(jī)、提升機(jī)和立體倉庫的對接，以及地堆倉庫的自動化存取盤點(diǎn)等。隨著潛伏AMR的技術(shù)成熟和較高性價(jià)比，未來將會得到更加廣泛的應(yīng)用。

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3.復(fù)合式AMR

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復(fù)合式AMR通常采用潛伏式AMR的車體作為移動載體，再加上功能性機(jī)構(gòu)進(jìn)行執(zhí)行部件，比如輸送機(jī)、調(diào)距機(jī)構(gòu)、關(guān)節(jié)機(jī)器人等，完成特定的動作，最為適合大規(guī)模定制化生產(chǎn)中對移動機(jī)器人的特殊要求。

復(fù)合式AMR+輸送機(jī)，是將滾筒輸送機(jī)或鏈條輸送機(jī)安裝在潛伏式AMR的上方，來完成托盤類物料或者料箱類物料的對接與轉(zhuǎn)運(yùn)，與傳統(tǒng)的輸送線相比，屬于離散式物流設(shè)備，具有更高的柔性和拓展性，占地面積更少，投資回收期更短。

復(fù)合式AMR+調(diào)距機(jī)構(gòu)，是將軸類物料的支撐臂做成可調(diào)距的結(jié)構(gòu)，用于適配不同長度的軸類物料，同時(shí)可以通過增加二次定位裝置或者3D視覺來完成跟設(shè)備的精確對接。

復(fù)合式AMR+關(guān)節(jié)機(jī)器人，是將關(guān)節(jié)機(jī)器人安裝在潛伏式AMR上，來完成跟對接設(shè)備的多自由度的對接，可用在動作復(fù)雜、高精密的作業(yè)場景，可以做到手腳并用。

此外，復(fù)合式AMR還可以跟許多自動化機(jī)械進(jìn)行結(jié)合，用于完成自動分揀、全自動噴撒、全自動上下料、自動送料、自動碼垛等作業(yè)，可應(yīng)用在3C電子器件、半導(dǎo)體材料、診療、日化品、機(jī)械加工等領(lǐng)域的特殊應(yīng)用場景中。

除了常規(guī)環(huán)境中的大量運(yùn)用，針對一些特殊行業(yè)，比如軍工、化工和3C半導(dǎo)體行業(yè)等，通常具有防爆的要求和潔凈度要求，可以對AGV/AMR進(jìn)行防爆改裝和除塵處理。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，AGV/AMR也將會在室外環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用。

二

AGV/AMR技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢

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1.硬件組成部分

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作為輪式移動機(jī)器人，AGV/AMR具有相似的結(jié)構(gòu)組成和基礎(chǔ)技術(shù)。從硬件角度來看，AGV/AMR組成部分主要有車體（門架）、電控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、車輛控制、安全防護(hù)、通訊系統(tǒng)和供電系統(tǒng)等七大部分，如圖2所示。

車體是AGV/AMR的承載部分，其他所有的硬件都安裝在車體上，如同人的軀體一樣需具有足夠的強(qiáng)度和可靠性，對于運(yùn)動機(jī)構(gòu)要進(jìn)行定期的潤滑與檢修，來保證穩(wěn)定性和定位精度。

電控系統(tǒng)是AGV/AMR的主控部分，如同人的大腦，需要接收來自其他系統(tǒng)的信息，并進(jìn)行編譯處理，然后將動作指令下發(fā)給其他系統(tǒng)，目前主要有PLC和IPC兩種方式。

導(dǎo)航系統(tǒng)是通過二維碼引導(dǎo)或者激光傳感器來進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，并將位置信息上傳給控制器，控制器計(jì)算圖像傳感器提供的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而確定車輛/圖像在地圖中的位置。

車輛控制系統(tǒng)在叉式AGV中使用的是舵輪電機(jī)，具有自行和轉(zhuǎn)彎兩種功能，貨叉的提升動作有油泵電機(jī)和控制器來完成；潛伏式AMR多使用差速輪，利用兩側(cè)車輪的速度差來完成直行和旋轉(zhuǎn)的動作。

安全防護(hù)系統(tǒng)包括安全傳感器、光電開關(guān)、安全護(hù)邊、急停按鈕、聲光報(bào)警等，最大程度地保證車輛安全、貨物安全和人員安全，特別是在人車混行的場合中。

通訊系統(tǒng)用于AGV/AMR與上位系統(tǒng)交互通訊，包括無線通訊模塊和操控面板等，目前主要有5G和WiFi兩種方式。

供電系統(tǒng)為AGV/AMR提供電力供應(yīng)，包括車載電池和固定式充電樁，車載電池多為磷酸鐵鋰電池，并配有通訊系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取電量，及時(shí)進(jìn)行自動充電和閑時(shí)充電。

當(dāng)前，因國外品牌零部件的供應(yīng)不及時(shí)和漲價(jià)等原因，以及國內(nèi)關(guān)鍵零部件發(fā)展逐步成熟與崛起，AGV/AMR零部件的國產(chǎn)化程度越來越高。

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2.軟件關(guān)鍵技術(shù)?

從軟件角度來看，AGV/AMR的關(guān)鍵技術(shù)主要有軟件控制、導(dǎo)航控制、運(yùn)動控制、混合調(diào)度、集群調(diào)度、安全控制、數(shù)字孿生和交管系統(tǒng)等，如圖3所示。

（1）軟件控制

包括AGV/AMR在內(nèi)的所有物流設(shè)備均為執(zhí)行部件，AGV/AMR屬于可移動的機(jī)器人，受物理空間的限制較少，后期拓展性和柔性較高，由RCS系統(tǒng)進(jìn)行控制；輸送機(jī)、提升機(jī)、堆垛機(jī)、穿梭車、關(guān)節(jié)機(jī)器人、分揀機(jī)、立體倉庫等屬于固定式的物流設(shè)備，受到物流空間和安裝空間的限制，后期拓展性較差，由ECS系統(tǒng)進(jìn)行控制。

①機(jī)器人控制系統(tǒng)RCS

RCS是AGV/AMR的調(diào)度管理系統(tǒng)，向上對接MES、WMS、ERP等上位系統(tǒng)的工作指令，向下連接所有移動機(jī)器人，配合激光導(dǎo)航和混合調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多種車型、跨區(qū)域跨場景的調(diào)度。

依托全新的智能算法，在AGV/AMR大規(guī)模集群調(diào)度過程中，采用全局路徑動態(tài)計(jì)算、單車路徑實(shí)時(shí)規(guī)劃，AGV/AMR在路徑變更時(shí)更靈活，轉(zhuǎn)向或等待決策更智能，有效預(yù)防鎖死、交通堵塞，以及車輛不合理等待等問題，具備車輛異常處理機(jī)制、任務(wù)轉(zhuǎn)移、異常車輛規(guī)避等功能，支持車輛管理、庫位管理、訂單管理、任務(wù)管理、庫位統(tǒng)計(jì)、故障信息查詢。

支持地圖顯示優(yōu)化，因?yàn)檫\(yùn)行線路錯(cuò)綜復(fù)雜，系統(tǒng)默認(rèn)只顯示車輛當(dāng)前鎖定的路徑，當(dāng)有需要時(shí)，可以針對單臺車輛的全部路徑進(jìn)行顯示或隱藏，以實(shí)現(xiàn)更加直觀的展示效果。

配置車輛看板，以更加直觀的方式呈現(xiàn)車輛狀態(tài)，包括車輛實(shí)時(shí)位置、車輛正常/異常狀態(tài)、車輛充電狀態(tài)、車輛在線/下線狀態(tài)等，RCS以更強(qiáng)的性能、更智能算法、更簡便易用和開放性，助力客戶降本增效，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部大規(guī)模定制化生產(chǎn)中全場景物流無人化升級。

②設(shè)備控制系統(tǒng)ECS

ECS類似于倉庫控制系統(tǒng)WCS，設(shè)備控制系統(tǒng)為廠內(nèi)物流中所有非移動物流設(shè)備進(jìn)行輸入輸出指令對接的中樞神經(jīng)，控制輸送機(jī)、堆垛機(jī)、快速門等設(shè)備設(shè)施，調(diào)度非移動物流設(shè)備在輸送線上對托盤進(jìn)行流向控制，執(zhí)行WMS所產(chǎn)生的入出庫任務(wù)，與電氣PLC通過通信協(xié)議控制非移動物流設(shè)備的作業(yè)，并且監(jiān)控其作業(yè)狀態(tài)，更新任務(wù)所對應(yīng)的出入庫單據(jù)信息、庫存信息和接駁信息。

ECS還提供所有設(shè)備關(guān)鍵狀態(tài)的實(shí)時(shí)動畫，在終端畫面上即可實(shí)時(shí)看到各設(shè)備的位置、忙閑、作業(yè)狀態(tài)等信息，同時(shí)ECS還可以與RCS進(jìn)行交互對接，完成物料載具從固定式物流設(shè)備到移動式物流機(jī)器人的接駁與轉(zhuǎn)運(yùn)。

③倉庫管理系統(tǒng)WMS

WMS通過入庫業(yè)務(wù)、出庫業(yè)務(wù)、倉庫調(diào)撥、庫存調(diào)撥和虛倉管理等功能，綜合批次管理、物料對應(yīng)、庫存盤點(diǎn)、質(zhì)檢管理和即時(shí)庫存管理等功能綜合運(yùn)用的管理系統(tǒng)，通過條碼、RFID、電子標(biāo)簽有效控制并跟蹤物料相關(guān)業(yè)務(wù)的物流和成本管理全過程，實(shí)現(xiàn)完善的企業(yè)倉儲信息管理，提高倉儲物流配送效率。

WMS采用現(xiàn)場控制總線直接通訊的方式，使計(jì)算機(jī)只能監(jiān)控而不能控制，所有的決策、作業(yè)調(diào)度和現(xiàn)場信息都由現(xiàn)場設(shè)備通過相互通訊進(jìn)行協(xié)調(diào)，每個(gè)位置的編號記錄在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，管理員可以使用比較功能將電腦的記錄進(jìn)行比較和修改，可以自動完成或手動完成。

WMS接收來自MES、ERP等上層管理系統(tǒng)的工作任務(wù)和指令，分別下發(fā)給ECS和RCS來控制調(diào)度，并實(shí)時(shí)接收來自ECS和RCS的執(zhí)行狀態(tài)反饋，完成整廠物料的物流調(diào)度的閉環(huán)管理。

（2）導(dǎo)航控制

AGV/AMR常用的導(dǎo)航方式為二維碼導(dǎo)航、激光有反導(dǎo)航、激光SLAM導(dǎo)航和視覺SLAM導(dǎo)航等。

二維碼導(dǎo)航多用于潛伏式AGV，激光有反導(dǎo)航多用于叉式AGV，這兩種導(dǎo)航方式因?yàn)榧夹g(shù)成熟和較高的性價(jià)比而被廣泛應(yīng)用，但是作為引導(dǎo)類導(dǎo)航，AGV的行走路徑受到二維碼和反光板的限制，無法到達(dá)地圖內(nèi)的任意位置和靈活的避障，二維碼和反光板的安裝和后期維護(hù)工作也會帶來一定麻煩，因此二維碼導(dǎo)航和激光有反導(dǎo)航將會被自然導(dǎo)航技術(shù)所取代，AGV也將進(jìn)化成為AMR。

SLAM為即時(shí)定位與地圖構(gòu)建，指在未知的環(huán)境中，機(jī)器.通過..所攜帶的內(nèi)部傳感器（編碼器、IMU等）和外部傳感器（激光傳感器或視覺傳感器）來對..進(jìn).定位，并在定位的基礎(chǔ)上利.外部傳感器獲取的環(huán)境信息增量式的構(gòu)建環(huán)境地圖。

SLAM技術(shù)可以很精確地實(shí)現(xiàn)環(huán)境的地圖構(gòu)建、定位以及多點(diǎn)導(dǎo)航。目前SLAM技術(shù)可以分為激光SLAM和視覺SLAM，激光SLAM采用的傳感器為激光雷達(dá)，而視覺SLAM則采用深度攝像頭。激光SLAM技術(shù)較為成熟、誤差少，且足以滿足當(dāng)前環(huán)境的使用。總的來看，激光雷達(dá)用于遠(yuǎn)距離探測，讀取環(huán)境建模、定位和障礙物檢測；視覺傳感器用于精確定位、視頻監(jiān)控和障礙物識別；慣性導(dǎo)航用于高精度組合導(dǎo)航、精確感知車輛位置和位姿，可以基于應(yīng)用場景將兩種不同的導(dǎo)航方式進(jìn)行組合。

（3）運(yùn)動控制

叉式AGV常用的驅(qū)動方式為單舵輪和雙舵輪。單舵輪多為三輪車型，由前輪控制轉(zhuǎn)向，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低，三輪結(jié)構(gòu)的抓地性好，對地表面要求一般，適用于廣泛的環(huán)境和場合；缺點(diǎn)是靈活性較差，轉(zhuǎn)向存在較大的轉(zhuǎn)彎半徑，能實(shí)現(xiàn)的動作相對簡單。

雙舵輪是萬向型驅(qū)動方式，優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)功能和萬向橫移，也可以實(shí)現(xiàn)萬向橫移，靈活性高且具有精確的運(yùn)行精度，缺點(diǎn)是成本較高，需要兩個(gè)舵輪驅(qū)動，對電機(jī)和控制精度要求較高，對地面平整度要求嚴(yán)格高。

潛伏式AGV/AMR常用的驅(qū)動方式為差速輪，差速輪型AGV的結(jié)構(gòu)是車體左右兩側(cè)安裝差速輪作為驅(qū)動輪，其他為隨動輪，與雙舵輪型不同的是，差速輪不配置轉(zhuǎn)向電機(jī)，也就是說驅(qū)動輪本身并不能旋轉(zhuǎn)，而是完全靠內(nèi)外驅(qū)動輪之間的速度差來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。這種驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)是靈活性高，同樣可實(shí)現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)，但由于差速輪本身不具備轉(zhuǎn)向性，所以這種驅(qū)動類型的AGV無法做到萬向橫移。此外，差速輪對電機(jī)和控制精度要求不高，因而成本相對低廉，而缺點(diǎn)是差速輪對地面平整度要求苛刻，負(fù)重較輕，一般負(fù)載在1t以下，無法適應(yīng)精度要求過高的場合。麥克納姆輪可以實(shí)現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)功能和萬向橫移，更適合在復(fù)雜地形上的運(yùn)動，但是因?yàn)閮r(jià)格昂貴和易損壞，未得到廣泛應(yīng)用。

（4）安全控制

AGV/AMR調(diào)度系統(tǒng)具備預(yù)檢測和預(yù)規(guī)劃功能，可提前監(jiān)測道路的占用和障礙物，根據(jù)任務(wù)提前規(guī)劃通道；同時(shí)結(jié)合弧度算法，設(shè)置多種取卸貨策略，從而在調(diào)度層面實(shí)現(xiàn)任務(wù)實(shí)施過程的安全保障。

車載系統(tǒng)具備貨物超重監(jiān)測、傾斜監(jiān)測、車體姿態(tài)監(jiān)測、速度自適應(yīng)檢測功能，通過自適用算法可實(shí)時(shí)避免因貨物超重、貨物傾斜、車體姿態(tài)不當(dāng)、速度過快等造成的安全隱患。并且，車載系統(tǒng)具備上百種錯(cuò)誤自診斷及監(jiān)測功能，從而避免因錯(cuò)誤導(dǎo)致的安全問題。

在硬件配置上，AGV/AMR配置的安全激光采用了獨(dú)立安全控制回路，確保車體故障時(shí)依然具備安全保障功能，同時(shí)標(biāo)配全面安全感知系統(tǒng)，具備360°的安全保障功能。AGV/AMR設(shè)三級安全區(qū)域：減速、緩?fù)！⒓蓖＃瑵M足安全等級3級或以上。AGV/AMR控制策略必須確保行駛安全，遇人員車輛阻擋、突然闖入等發(fā)生時(shí)，需迅速響應(yīng)。安全避障傳感器需根據(jù)車體運(yùn)行路線及運(yùn)輸工件容器特點(diǎn)，在前后左右合適的方向與位置進(jìn)行設(shè)置。AGV/AMR車體四周需有包圍安全防撞裝置，比如氣動防撞或機(jī)械防撞等安全觸邊。

七重安全措施確保了AGV/AMR的安全等級要高于人工駕駛類搬運(yùn)車輛，同時(shí)也降低了AGV/AMR的作業(yè)效率，可以通過24小時(shí)連續(xù)作業(yè)和增加車輛數(shù)量的方式來彌補(bǔ)。

（5）交管系統(tǒng)

AGV/AMR交通管理系統(tǒng)通過使用先進(jìn)的車輛智能調(diào)度控制算法，結(jié)合工廠具體的應(yīng)用場景開發(fā)而成，可實(shí)現(xiàn)工廠級和車間級的AGV/AMR系統(tǒng)車輛管理、交通管理、調(diào)度管理、運(yùn)行管理、叫料管理、通信管理、自動充電功能、統(tǒng)計(jì)管理等。交管系統(tǒng)可以與MES系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)、生產(chǎn)線系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)對接，打造柔性、現(xiàn)代的智能物流系統(tǒng)。

交管系統(tǒng)的主要功能包括：根據(jù)現(xiàn)場信號，對AGV/AMR進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，調(diào)度最近的空閑AGV/AMR執(zhí)行任務(wù)；在管轄范圍內(nèi)使用AGV/AMR能夠?qū)崟r(shí)控制和管理，使AGV/AMR能夠按照規(guī)定的路徑達(dá)到目標(biāo)，并能相互避讓，同時(shí)保持較高的運(yùn)行效率；查詢車輛位置、車輛運(yùn)行狀態(tài)、路線占用、車輛報(bào)警等相關(guān)信息，查詢流程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號，檢查無線網(wǎng)絡(luò)的通信狀態(tài)；在線顯示所有活動AGV/AMR坐標(biāo)點(diǎn)顯示系統(tǒng)中的所有內(nèi)容和狀態(tài)信息，如故障、任務(wù)、電源等；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印、信息存儲等功能，可連接車間MES系統(tǒng)，通過API數(shù)據(jù)表自動接收任務(wù)。

（6）混合調(diào)度

每個(gè)移動機(jī)器人廠家都有自己的接口規(guī)范，針對不同廠家AGV/AMR分別開發(fā)的工作量非常大，而建立合作共贏的移動機(jī)器人生態(tài)圈，需要一種統(tǒng)一的接口規(guī)范。

VDA5050是德國汽車工業(yè)協(xié)會（VDA）與德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會（VDMA）中材料處理和內(nèi)部物流協(xié)會合作的結(jié)果，用于AGV/AMR通信的標(biāo)準(zhǔn)化接口，VDA5050的目標(biāo)是讓每個(gè)合規(guī)的AGV/AMR通過一個(gè)調(diào)度軟件協(xié)同工作。

VDA5050接口滿足以下需求：可控制1000輛以上車輛；實(shí)現(xiàn)具有不同自主程度的車輛的集成；支持決策，例如關(guān)于路線選擇或交叉路口的行為。VDA5050以MQTT為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使用JSON數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，明確界定了操作員、調(diào)度系統(tǒng)和AGV/AMR各自的作用和功能。

木牛流馬移動機(jī)器人智能交通管理軟件，同步歐洲德國VDA5050標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)不同品牌，不同車型，不同導(dǎo)航方式的移動機(jī)器人在同一個(gè)工作環(huán)境下實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)，一套地圖，統(tǒng)一管理，節(jié)省客戶時(shí)間、空間管理成本。

（7）集群調(diào)度

大規(guī)模集群調(diào)度系統(tǒng)通過人工智能算法，針對多點(diǎn)取料和多點(diǎn)送料過程進(jìn)行智能調(diào)度與優(yōu)化，多任務(wù)排程，保證最優(yōu)效率，通過后臺集中調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)器人的任務(wù)指派、調(diào)度協(xié)調(diào)與交通管制。

通過后臺集中調(diào)控，調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單一場景下更高的機(jī)器人密度、更復(fù)雜的路徑調(diào)度，同時(shí)指揮上百臺機(jī)器人同時(shí)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的任務(wù)分配、科學(xué)的路徑規(guī)劃和完善的交通動態(tài)管理。

大規(guī)模集群調(diào)度系統(tǒng)可以做到落地場景上百臺的規(guī)模，受工業(yè)場景限制，實(shí)驗(yàn)場地模擬中，模擬演練可以做到上千臺的調(diào)度。這就需要機(jī)器人能夠不斷學(xué)習(xí)、不斷修正自身策略，人工智能算法將在其中扮演重要角色，讓整個(gè)系統(tǒng)不斷優(yōu)化，群體智能化程度越來越高。

調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)將從單體式向分布式轉(zhuǎn)變，分布式調(diào)度系統(tǒng)以去中心化的方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)服務(wù)器資源的統(tǒng)一管理，原來由一臺服務(wù)器完成的工作可交由多臺服務(wù)器共同完成；利用互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)為移動機(jī)器人提供更加智能化的調(diào)度支持；各個(gè)行業(yè)的客戶需求和應(yīng)用場景存在較大的差異性，這就要求調(diào)度系統(tǒng)能夠根據(jù)多樣化的需求自由擴(kuò)展和自由定制；未來調(diào)度系統(tǒng)必將加速與5G、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的融合。

（8）數(shù)字孿生

數(shù)字孿生是以數(shù)字化的方式建立物理實(shí)體的虛擬模型，實(shí)現(xiàn)物理世界數(shù)字化，借助歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和算法模型，實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體的分析預(yù)測和改善優(yōu)化，具有實(shí)時(shí)性和閉環(huán)性。在此系統(tǒng)中，各種網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用可利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的虛擬孿生體，基于數(shù)據(jù)和模型對物理實(shí)體進(jìn)行高效的分析、診斷、仿真和控制。

數(shù)據(jù)是構(gòu)建數(shù)字孿生可視化的基石，通過構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享倉庫作為數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的單一事實(shí)源，高效存儲物理網(wǎng)絡(luò)的配置、拓?fù)洹顟B(tài)、日志、用戶業(yè)務(wù)等歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為數(shù)字孿生提供數(shù)據(jù)支撐。

數(shù)字孿生中的模型既包含了對應(yīng)已知物理對象的機(jī)理模型，也包含了大量的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型，其中動態(tài)是模型的關(guān)鍵，動態(tài)意味著這些模型需要具備自我學(xué)習(xí)、自主調(diào)整的能力。在數(shù)字虛體空間中創(chuàng)建的虛擬事物，與物理實(shí)體空間中的現(xiàn)實(shí)事物形成了在形、態(tài)、質(zhì)地、行為和發(fā)展規(guī)律上都極為相似的虛實(shí)精確映射關(guān)系，讓物理孿生體與數(shù)字孿生體具有了多元化映射關(guān)系，具備了不同的保真度特征。

交互是達(dá)成虛實(shí)同步的關(guān)鍵,數(shù)字孿生通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用和物理實(shí)體系統(tǒng)，完成對于物理網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)信息采集和控制，并提供及時(shí)診斷和分析。木牛流馬與青島中德智能技術(shù)研究院聯(lián)合研發(fā)的數(shù)字孿生系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人設(shè)備進(jìn)場之前進(jìn)行虛擬調(diào)試，模擬運(yùn)行，提前發(fā)現(xiàn)實(shí)施過程中的問題，預(yù)先解決，并縮短現(xiàn)場調(diào)試周期、實(shí)現(xiàn)快捷交付。

三

AGV/AMR在大規(guī)模定制化生產(chǎn)中的典型應(yīng)用

在大規(guī)模定制化生產(chǎn)模式下，AGV/AMR移動機(jī)器人帶來的實(shí)際效益包括：搬運(yùn)效率的大幅提升，在智能工廠應(yīng)用AGV/AMR實(shí)現(xiàn)自動化搬運(yùn)，可獲得生產(chǎn)物流效率的提升，消除運(yùn)輸作業(yè)失誤，AGV/AMR內(nèi)置的安全裝置可防止危險(xiǎn)事件發(fā)生的同時(shí)不會影響其他交通；節(jié)省投入和運(yùn)維成本，使用AGV/AMR進(jìn)行可重復(fù)的物料搬運(yùn)可大幅降低產(chǎn)品、材料和場地方面的損耗，并保證作業(yè)環(huán)境安全，同時(shí)節(jié)省資源，無人搬運(yùn)作業(yè)可以優(yōu)化人力資源減少勞動力成本投入，優(yōu)化能源利用，如可以在沒有光線和沒有溫度調(diào)節(jié)的作業(yè)區(qū)作業(yè)；柔性化搬運(yùn)，適應(yīng)多場景，在離散型制造工廠和復(fù)雜的倉儲作業(yè)環(huán)境中，柔性化的智能物流搬運(yùn)解決方案更有優(yōu)勢，AGV/AMR不僅能滿足點(diǎn)對點(diǎn)自動搬運(yùn)，還能實(shí)現(xiàn)對接多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、物流運(yùn)輸設(shè)備、無人化倉儲等作業(yè)要求。

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1.典型應(yīng)用案例一

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作為全球電梯及自動扶梯行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者之一，某工業(yè)工程公司擁有百年歷史，業(yè)務(wù)遍及全球。近年來，隨著銷售額提升，該企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)荷越來越高，其中馬達(dá)、電氣、轎廂三座電梯工廠部件總產(chǎn)能的數(shù)量已越過30萬大關(guān)，廠內(nèi)物流運(yùn)行面臨著巨大挑戰(zhàn)。

（1）客戶痛點(diǎn)：園區(qū)地域跨度大，涉及三座不同電梯部件工廠；產(chǎn)品種類豐富，物料種類多，系統(tǒng)對接雜；物料搬運(yùn)頻次高，人工需求多，招工難。

（2）解決方案：在馬達(dá)車間，3臺潛伏式移動機(jī)器人及時(shí)配送產(chǎn)線原料，組裝馬達(dá)所需物料從倉庫出庫后，用潛伏式移動機(jī)器人取代人工配送至上位系統(tǒng)指定的臺位接駁點(diǎn)；5臺牽引式移動機(jī)器人牽引料車完成物料跨廠區(qū)遠(yuǎn)距離搬運(yùn)，完成物料和半成品在馬達(dá)車間和轎廂車間的轉(zhuǎn)運(yùn)和配送；5臺叉式移動機(jī)器人完成多種不同型號空滿托盤的轉(zhuǎn)運(yùn)，用于滿托的供應(yīng)和空托的回收，集中放置；1套智能交通管理系統(tǒng)混合調(diào)度移動機(jī)器人，無縫對接客戶WCS/WMS；2套智能充電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人7×24小時(shí)全天候運(yùn)行。

（3）客戶收益：實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)部物料自動化流轉(zhuǎn)；無縫對接WCS/WMS系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理更清晰；生產(chǎn)效率提升25%，減少人工操作失誤；節(jié)省了40%操作工，降低了人力成本。

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2.典型應(yīng)用案例二

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在國內(nèi)照明電子行業(yè)，某家專注于智慧生活和智慧管理領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和解決方案提供商，產(chǎn)品種類豐富，現(xiàn)有廠內(nèi)物流運(yùn)輸已無法滿足產(chǎn)品數(shù)量、多樣性的需求，需要變革升級。

（1）客戶痛點(diǎn)：生產(chǎn)車間面積大，物料種類多，系統(tǒng)對接雜；線邊物料堆放混亂，容易出錯(cuò)，難以管理；物料搬運(yùn)頻次高，人工需求多，招工難。

（2）解決方案：客戶車間為4層樓房，13臺潛伏式移動機(jī)器人在不同樓層之間及時(shí)配送原料和回收空料框，自動對接電梯，將物料搬運(yùn)至上位系統(tǒng)指定的工位和站點(diǎn)；13臺迷你型堆垛移動機(jī)器人自動對接輸送線，完成原材料和成品轉(zhuǎn)運(yùn)，以及包材的配送和空托的回收；1套智能交通管理系統(tǒng)混合調(diào)度移動機(jī)器人，無縫對接客戶WCS/WMS；2套智能充電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人7×24小時(shí)全天候運(yùn)行。

（3）客戶收益：完美實(shí)現(xiàn)自動上下料，效率提升35%；及時(shí)配送物料堆放更整潔，準(zhǔn)確率達(dá)100%；節(jié)省了35%操作工，降低了人力成本；無縫對接WCS/WMS系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理更清晰。

四

結(jié)論

當(dāng)前世界正處于VUCA（Volatile，Uncertain，Complex，Ambiguous）的時(shí)代，外部環(huán)境變得愈發(fā)易變、不確定、復(fù)雜與模糊，制造企業(yè)面臨著動態(tài)化、個(gè)性化、小批量、定制化的多變發(fā)展挑戰(zhàn)，需要設(shè)備利用率高、生產(chǎn)能力穩(wěn)定、運(yùn)行靈活、應(yīng)變能力強(qiáng)的柔性制造系統(tǒng)。大規(guī)模定制要求智能物流系統(tǒng)可以傳輸任何體積、重量、形狀的物品，不需要軌道，沒有路線的約束，提高傳輸速度，減少安裝時(shí)間，增加智能化向?qū)芰妥曰謴?fù)能力。

AGV/AMR作為典型的柔性物流輸送裝備，具有自動化程度高、安全、靈活、高柔性、離散化等特點(diǎn)，不僅能夠改變傳統(tǒng)的物料輸送形式，代替部分傳統(tǒng)輸送設(shè)備和搬運(yùn)設(shè)備，還可以通過與WMS、MES等信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物流環(huán)節(jié)的自動化搬運(yùn)管理，提高生產(chǎn)物流環(huán)節(jié)的效率與靈活度，同時(shí)降低勞動力強(qiáng)度與人工成本，助力生產(chǎn)型企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能車間和智能工廠的升級改造，AGV/AMR日益成為大規(guī)模定制化生產(chǎn)模式的智能工廠廠內(nèi)物流的主力軍。[2]

參考文獻(xiàn):

[1]隋如彬,鐘桂娟.大規(guī)模定制的內(nèi)涵及其實(shí)現(xiàn).物流科技,2008(05).

[2]李仁旺,祁國寧,顧新建,彭衛(wèi)平,吳昭同.大批量定制生產(chǎn)及其實(shí)施方法初探.中國機(jī)械工程,2001,12(4).

本文作者：王建新 | 蘇州羅伯特木牛流馬物流技術(shù)有限公司