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(wàn)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(lái)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(chǎng)合。
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(zhǎng)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(chǎng)、大型電壓器廠、重型汽車制造廠等等這些場(chǎng)所都需要大型噸位的AGV來(lái)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。
表：國(guó)內(nèi)主要重載AGV廠商（資料來(lái)源于新戰(zhàn)略移動(dòng)機(jī)器人研究所）
從上表中可以看出，國(guó)內(nèi)目前已有一批企業(yè)相繼開(kāi)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(kāi)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(duì)較少。
技術(shù)難度是一方面原因，相對(duì)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(lái)三個(gè)方面的問(wèn)題，一是對(duì)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(duì)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(guò)一定的假設(shè)進(jìn)行簡(jiǎn)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(cè)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(duì)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(duì)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(guò)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(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻相對(duì)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(duì)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(guò)盡管進(jìn)入門(mén)檻較高，但還是有越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)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(rùn)會(huì)更高，在利潤(rùn)驅(qū)使下，企業(yè)想要進(jìn)入也不足為奇。
未來(lái)方向——柔性、智能、高負(fù)載
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(chǎng)景的應(yīng)用中，重載移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)在地面鋪設(shè)磁條，測(cè)量路徑上的磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)獲取車輛自身相對(duì)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(chǎng)景，大部分通過(guò)鋪設(shè)磁釘來(lái)實(shí)現(xiàn)重載機(jī)器人的定位導(dǎo)航，不過(guò)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(wú)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(lái)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(shì)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(guò)磁導(dǎo)航的劣勢(shì)也很明顯，柔性化程度過(guò)低，需要對(duì)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(jué)、衛(wèi)星定位等更多的導(dǎo)航解決方案開(kāi)始逐漸應(yīng)用。國(guó)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(jué)SLAM等多傳感器融合定位技術(shù)，更加靈活智能。當(dāng)前，越來(lái)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。
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(guò)7年研發(fā)攻關(guān)，推出了一款“200噸重載AGV”；2020年8月，國(guó)內(nèi)首臺(tái)、達(dá)國(guó)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(lái)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(jí)的型號(hào)，并將對(duì)多車編組運(yùn)行方式進(jìn)行深入探索，以滿足對(duì)特殊外形尺寸、特大載荷等應(yīng)用的需求。同時(shí)，對(duì)每一個(gè)市場(chǎng)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(lái)，對(duì)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(lái)國(guó)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(gòu)成本，從而提高國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)的不斷擴(kuò)大。港口、機(jī)場(chǎng)、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(lái)主要由重卡、集裝箱、龍門(mén)吊和大量人力來(lái)完成， 現(xiàn)如今也嘗試了技術(shù)創(chuàng)新，通過(guò)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(yíng)模式，而不斷擴(kuò)大的市場(chǎng)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(chǎng)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(lái)越快。重載移動(dòng)機(jī)器人，未來(lái)將會(huì)有更大發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用推廣的領(lǐng)域。
為了深度解析重載移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展及市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀，由中國(guó)移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主編，新松機(jī)器人、機(jī)科發(fā)展、北京特種機(jī)械研究所、東風(fēng)專用設(shè)備、CSG華曉、航天思爾特、國(guó)自機(jī)器人、匯聚自動(dòng)化、天津朗譽(yù)、馳眾機(jī)器人、無(wú)錫愷韻來(lái)、三豐機(jī)器人、華晟智能、臨工智科等企業(yè)聯(lián)合參編的《2021重載移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》將于4月28日在海口舉行的《2021智慧港口建設(shè)暨戶外重載移動(dòng)機(jī)器人及無(wú)人駕駛應(yīng)用拓展峰會(huì)》上正式發(fā)布，敬請(qǐng)關(guān)注！
