文章來源：金亞萍 機器人圈

據(jù)IDC預計，到2019年，物流、醫(yī)療、公共事業(yè)和資源領域35％的領先機構將嘗試利用機器人實現(xiàn)自動化運營。物流是制造業(yè)的重要組成部分，國產AGV機器人產業(yè)的高速增長能夠從根本上提升物流體系的運行效率，對我國制造業(yè)帶來深遠的影響。

在工業(yè) 4.0和“中國制造2025”的推動下，智能物流迎來了重大的發(fā)展機遇，智能物流也是構建未來智能工廠的基石。AGV是智能物流裝備的關鍵核心設備。智能物流的任務是要找到一條盡可能地降低庫存、提高靈活性、降低成本、生產時間和資源耗費方面的優(yōu)化之路，也是企業(yè)智能升級的必由之路。

當前，物流行業(yè)規(guī)模正在以每年40％的速度快速增長，卻依然是典型的勞動密集型行業(yè)。隨著機器人技術迅速崛起，各行業(yè)掀起一股“機器換人”的熱潮，而涉足物流領域的企業(yè)也紛紛投入AGV技術的研究。2016年5月我國頒布的《機器人產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016－2020年）》中明確指出，要聚焦智能生產、智能物流，攻克工業(yè)機器人關鍵技術，真空（潔凈）機器人、全自主編程智能工業(yè)機器人、人機協(xié)作機器人、雙臂機器人、重載AGV等六種標志性工業(yè)機器人產品。

政策的東風引來資本的蜂擁，機器人正在迅速成為物流業(yè)中最流行的名詞之一。而這其中，AGV就是針對物流自動化領域的應用，在機械加工、汽車、軍工、家電生產、微電子制造、煙草、電商倉儲等多個行業(yè)，成為AGV應用最廣泛的領域，AGV產業(yè)2016年實現(xiàn)平穩(wěn)發(fā)展的同時有部分應用領域增長超過預期。

國內AGV產業(yè)規(guī)模及現(xiàn)狀

2016年AGV實現(xiàn)量增價降的局面，中國市場AGV整體銷量較2015年實現(xiàn)大幅增長，2016年銷量超過11000臺，其中包含AGV、AGC以及電商倉儲AGV、戶外重載AGV，2016年增幅較大的主要原因為電商倉儲AGV的使用和推廣、AGC產品的爆發(fā)式增長以及戶外港口AGV的應用。

2011年-2016年中國AGV新增量與增長率（單位：臺）

從市場規(guī)模來講，我國工業(yè)機器人市場規(guī)模不斷增長，已成為世界上增長最快的市場。2003年我國工業(yè)機器人的需求僅約為1500臺，到了2016年需求量達到了88200臺，在13年的時間內增長了50倍左右。其中AGV市場規(guī)模2016年突破11億元大關，2016年我國已經成為全球最大的AGV應用市場，AGV產業(yè)鏈由零部件企業(yè)、本體企業(yè)、系統(tǒng)集成商、代理商、終端客戶構成。當前AGV應用領域正不斷拓寬，種類更加繁多，功能越來越強，自動化和智能化水平顯著提高。我國AGV市場已呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。從2010年開始我國工業(yè)機器人需求量激增，目前我國新增AGV中超過85%為自主產品。

2011年-2016年中國AGV市場規(guī)模與增長率

從行業(yè)應用的角度來分析，AGV應用已經拓展到各個行業(yè)，除了工業(yè)級的應用外，也向商業(yè)服務業(yè)開始推廣應用，以往的AGV使用大戶如汽車、煙草這些行業(yè)仍然是使用量較大的行業(yè)。從AGC 銷量來看，其中汽車行業(yè)使用占比超60%，家電制造行業(yè)占25%左右。其中3C行業(yè)的應用較去年穩(wěn)中有升，3C行業(yè)的機器人使用與推廣處于萌芽階段。另外，需要強調的是電商快遞行業(yè)物流智能化的快速發(fā)展，帶動倉儲AGV的崛起與大量的應用，2016年倉儲AGV銷量接近1500臺，占整體AGV銷量的15%。（注：上面部分數(shù)據(jù)采用新戰(zhàn)略機器人產業(yè)研究所發(fā)布的數(shù)據(jù)）

2016年AGV/C產品行業(yè)應用占比

AGV的技術發(fā)展和創(chuàng)新

AGV系統(tǒng)主要包括：AGV地面管理系統(tǒng)、AGV車載控制系統(tǒng)、AGV自主定位及導引系統(tǒng)、AGV運動控制驅動系統(tǒng)、AGV能源系統(tǒng)、AGV無線通信系統(tǒng)等，下面分別介紹各子系統(tǒng)相關技術的國內外發(fā)展現(xiàn)狀。

AGV管理監(jiān)控系統(tǒng)

AGV管理監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是管理、監(jiān)控和調度AGV執(zhí)行搬運作業(yè)任務。AGV管理監(jiān)控計算機一方面與上一級的信息管理系統(tǒng)（SAP/ERP/WMS/MES等）主機進行通信，產生、發(fā)送以及回饋搬運作業(yè)任務；另一方面通過無線網(wǎng)絡系統(tǒng)與AGV進行通信，按照一定規(guī)則發(fā)送物料的搬運任務；并進行智能化交通管理、自動調度相應的AGV完成搬運物料任務，同時接受AGV反饋的狀態(tài)信息，監(jiān)控系統(tǒng)的任務執(zhí)行情況，并向上一級信息管理系統(tǒng)主機報告任務的執(zhí)行情況。

AGV管理監(jiān)控系統(tǒng)是一個復雜的軟、硬件系統(tǒng)，目前國內外中高端的AGV系統(tǒng)均有AGV管理監(jiān)控系統(tǒng)。硬件由服務器、管理監(jiān)控計算機、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)以及相關接口等組成，軟件由相關的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、管理監(jiān)控調度軟件等組成。

AGV管理監(jiān)控調度軟件是AGV系統(tǒng)重要核心技術之一。系統(tǒng)軟件的成熟程度制約著AGV的發(fā)展與推廣，國外軟件技術不開放也制約了國內AGV的發(fā)展與推廣。近年來，管理監(jiān)控調度軟件的研發(fā)工作得到了重視，國內AGV生產廠家紛紛建立自己的AGV管理監(jiān)控調度軟件系統(tǒng)研發(fā)平臺，研制出自己的AGV管理監(jiān)控調度軟件產品。

AGV車載控制器

AGV車載控制器是AGV控制系統(tǒng)的核心，負責完成人機交互、路徑規(guī)劃、任務執(zhí)行、定位與導航控制、電源管理、自主避障、安全信息提示，以及與AGV管理監(jiān)控計算機進行通信，反饋AGV的當前狀態(tài)，并接受AGV管理監(jiān)控系統(tǒng)的調度和工作指令等任務。AGV車載控制器的性能和可靠性直接影響AGV產品的性能和可靠性。早期的AGV車載控制器硬件通常采用工控機或通用PLC作為主控單元，通過比較復雜的控制軟件和多種A/D、D/A接口完成人機交互、路徑設定、任務調度、定位與導航控制、運動控制、電源管理、自主避障、安全信息提示，并與管理監(jiān)控計算機進行通信、反饋AGV的當前狀態(tài)、接受調度和工作指令等任務。

近年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，嵌入式計算機的軟硬件水平都得到很大提高，已經可以滿足AGV產品的各種需要。此外，與工控機相比，嵌入式計算機系統(tǒng)具有結構緊湊、成本低、功耗小等明顯優(yōu)勢，而這些對于必須使用自身攜帶電源的AGV產品尤其重要。因此，AGV車載控制器硬件采用嵌入式計算機系統(tǒng)將是未來的技術發(fā)展趨勢。

AGV自主定位及導引系統(tǒng)

雖然AGV導引方式的種類很多，但目前得到應用或具有應用前景的AGV導引方式主要包括以下幾種類型： 

（1）電磁感應導引

該導引方式的基本工作原理為：在AGV的行駛路徑上埋設金屬導線，并加載低頻、低壓電流，使導線周圍產生磁場，AGV上的感應線圈通過對導航磁場強弱的識別和跟蹤，實現(xiàn)AGV的導引。 目前，電磁感應導引技術比較成熟，應用也較為廣泛。

該導引方式的主要優(yōu)點為引線隱蔽，不易污染和破損，導引原理簡單而可靠，無聲光干擾，制造成本較低；而主要缺點則為路徑更改的靈活性差，調整變動不便，感應線圈對周圍的鐵磁物質較敏感，對于一些路線比較簡單的需要24小時連續(xù)作業(yè)的工況（比如發(fā)動機等裝配生產線）目前配合非接觸供電系統(tǒng)的應用在國外還是比較多的。

（2）磁帶、磁點導引

該導引方式的基本工作原理為：在AGV的行駛路徑上貼磁帶或打磁點，通過磁感應信號實現(xiàn)導引。目前，磁帶、磁點導引技術成熟，應用也較為廣泛。

該引導方式的主要優(yōu)點為改變或擴充路徑較容易，磁帶、磁點的安裝簡單；而主要缺點則為易受AGV行走路徑周圍的金屬物質的干擾。此外，因為磁帶外露，容易受到機械損傷和污染，導航的穩(wěn)定性受環(huán)境影響較大，因此近年來此類AGV較多采用磁點方式。

（3）光學導引

該導引方式的基本工作原理為：在AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對光學傳感器采入的色帶圖像信號進行識別實現(xiàn)導引。此外，用CCD攝像機和圖像處理系統(tǒng)替代普通的光學傳感器可以有效提高導引系統(tǒng)的可靠性。 目前，光學導引技術成熟，應用也較為廣泛。

該導引方式與磁帶導引方式比較類似，其主要優(yōu)點為靈活性比較好，地面路線設置十分簡單；而主要缺點則為易受色帶污染和磨損的影響，對環(huán)境要求較高，導引可靠性受制于地面條件，停位精度比較低。

（4）激光導引

該導引方式的基本工作原理為：在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，安裝在AGV上的激光定位裝置發(fā)射激光束并且采集由不同角度的反射板反射回來的信號，根據(jù)三角幾何運算來確定其當前的位置和方向，實現(xiàn)AGV的導引。 目前，激光導引技術比較成熟，應用也較為廣泛。

該導引方式的主要優(yōu)點為定位精確，能適應復雜的路徑條件及工作環(huán)境，能快速變更行駛路徑和修改運行參數(shù)；主要缺點則為激光定位裝置成本較高。

（5）視覺導引 

該導引方式的基本工作原理為：在AGV上安裝CCD攝像機，AGV在行駛過程中通過視覺傳感器采集圖像信息，并通過對圖像信息的處理確定AGV的當前位置（識別給定路標）。 

視覺導引方式具有路線設置靈活、適用范圍廣、成本低等優(yōu)點，也是AGV導引方式未來的發(fā)展方向。隨著計算機技術的發(fā)展及快速圖像處理關鍵技術的突破，視覺導引技術將成為最具應用前景的AGV導引技術。

（6）慣性導引

慣性導引方式的基本工作原理為：在AGV上安裝陀螺儀,在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊，AGV通過對陀螺儀偏差信號的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置和方向,從而實現(xiàn)AGV的自動導引。

慣性導引技術是AGV領域一項新興的導引技術，其主要優(yōu)點是技術先進、定位精度高、靈活性強。隨著慣性敏感元件的發(fā)展，成本的降低，慣性導引技術也將成為最具有應用前景的AGV導引技術。

（7）復合導引

由于每一種導引方式均有其局限性，為了滿足需要，可以將上述導引方式結合使用，兩種導引方式可以實現(xiàn)無縫對接，比如由激光導引和磁導引構成的復合導引方式，在國內已經得到應用。

AGV運動控制系統(tǒng)

AGV作為移動機器人的一個分支，其驅動方式主要包括單舵輪驅動、差速驅動、雙舵輪驅動及多舵輪驅動等四種方式。多舵輪驅動一般用于載重10t以上的重載AGV。

單舵輪驅動用于三輪車型：一個舵輪，兩個固定從動輪（分布在車體軸線的兩邊）。這種結構的優(yōu)點是用途較廣，對地表面要求不高，而缺點則是結構相對復雜，轉彎時（尤其是進行高速轉彎時）穩(wěn)定性較差。

差速驅動用于三輪或四輪車型：兩個固定驅動輪（分布在車體軸線的兩邊），一個（三輪車型）或兩個（四輪車型）從動自由輪，靠兩個驅動輪之間的差速驅動實現(xiàn)轉彎。與單驅動方式相比，采用差速驅動方式可以使AGV的結構更加簡單，但對電機驅動總成的控制性能和基于外部傳感器消除誤差的能力要求較高，否則難以保證AGV沿給定路徑運行。同樣，采用差速驅動的三輪車型進行轉彎時穩(wěn)定性較差，而四輪車型對地表面平整度要求較高。

雙舵輪驅動用于四輪車型：兩個舵輪，兩個從動自由輪。這種車型的突出優(yōu)點是可以實現(xiàn)全方位（萬向）行駛，特別適合狹窄通道或對作業(yè)方向有特別要求的環(huán)境和場合，而缺點則是AGV的結構相對復雜，對地表面的平整度有較高要求。

多驅動用于多輪車型：多舵輪驅動是指4個以上的舵輪，一般都用于載重10t以上的重載AGV,運動模型比較復雜。 

電機驅動總成

AGV的電機驅動總成由伺服電機和減速機構組成，用于AGV本體驅動以及裝卸載機構的驅動，是AGV的核心部件，對AGV的成本和性能影響很大。目前國內電機驅動總成與國外相比仍有較大差距，國產AGV產品大多采用進口電機驅動總成及驅動器產品，成本很高。

目前在國外，以低壓交流電機為核心的交流電機驅動總成因其效率高、維護成本低，被廣泛用于重載AGV驅動系統(tǒng)中。國外AGV產品供應商競相推出了性能更佳的交流電機驅動的AGV，將新型交流電機驅動的AGV作為參與全球市場競爭的制勝砝碼。以豐富自己的產品，滿足用戶需求，贏得市場份額。

目前國內AGV生產企業(yè)主要采用的還是直流驅動技術，而直流驅動系統(tǒng)中直流電機的最大弊端是噪音過大、電刷打火、轉子污染、電機溫度過高，相對于直流驅動電機，交流電機比直流電機有更高的效率，交流電機的密封性比直流電機的要好很多，防護等級高很多，尤其不需要定期更換電刷，給使用者帶來了很多便利。我國低壓交流驅動控制技術在AGV中的應用才剛剛起步，市場前景將十分廣闊。所以發(fā)展交流電機驅動AGV(特別是重載AGV)，勢在必行。

AGV能源系統(tǒng)

AGV能源系統(tǒng)是AGV系統(tǒng)的關鍵系統(tǒng)之一，它包括：電池智能充電管理系統(tǒng)、智能充電機、電池電量檢測和電池。

在一些應用場合，如AGV行駛路徑為固定路徑，可用非接觸感應供電取代電池供電，非接觸感應供電方式由車載控制器通過耦合取電板從地下敷設的高頻恒流線路上獲取電能，經車載AC-DC轉換后供給車載元件，從而實現(xiàn)了AGV在運動中非接觸感應供電，代替了傳統(tǒng)AGV的電池供電系統(tǒng)。主要有以下四個特點：

1.解決了電池供電的容量限制問題，能夠解決物流搬運對電能的連續(xù)需求問題，保證了AGV供電的持續(xù)性和可靠性。

2.避免了電池充電所帶來的時間浪費，可實現(xiàn)100%的免維護，提高了生產效率。

3.減少了由于使用電池供電所造成的諸多環(huán)保問題，并可工作于對環(huán)境要求非�？量痰臒o塵潔凈環(huán)境或惡劣潮濕的工作環(huán)境中。

4.以設備使用5年以上時間計算，非接觸感應供電系統(tǒng)相比采用電池供電系統(tǒng)投資及使用成本更低。

但目前國內常用的還是電池供電方式，非接觸感應供電方式在國外汽車等制造行業(yè)已經得到批量使用，國內近1-2年在需要AGV連續(xù)作業(yè)的場合也有了一些應用，但都是采用國外的一些產品及技術，國內針對此項技術的研究還局限于一些大中院校，還沒有成熟的產品。

AGV無線通信系統(tǒng)

AGV系統(tǒng)中有多臺AGV同時工作，為了指揮各臺AGV按照AGV管理系統(tǒng)所接受的任務協(xié)調地工作，（即對AGV指派任務、進行交通管理等），所有的AGV以及系統(tǒng)中的其它自動化物流設備均由AGV管理監(jiān)控計算機進行統(tǒng)一控制。AGV需要將當前的狀態(tài)報告給AGV管理監(jiān)控計算機，與AGV之間的數(shù)據(jù)交換需要通過通信系統(tǒng)來完成，有固定運行線路的AGV可以通過在運行線路上埋設的導線進行感應通信，而全方位運行的AGV由于沒有固定的運行線路，所以一般是使用無線通信方式與主機交換數(shù)據(jù)，當車間中干擾源較多時，通信系統(tǒng)必須有較高的可靠性，否則會引發(fā)AGV系統(tǒng)的誤動作。目前國內外AGV無線通信系統(tǒng)大多采用無線以太網(wǎng)標準協(xié)議802.11b/g的通用無線系統(tǒng)。無線通信系統(tǒng)技術的提升和硬件成本的降低可以促進AGV的發(fā)展。

AGV在各行業(yè)的應用

自20世紀90年代末 AGV在我國煙草、汽車等行業(yè)開始應用以來，目前已經在工程機器、醫(yī)藥、電力、家電、化工、造紙/新聞印刷、印鈔造幣、國防、輪胎、玻纖、教育、電商物流等行業(yè)得到了推廣應用。

如在汽車行業(yè)，AGV不但在發(fā)動機分裝、后橋分裝、變數(shù)箱分裝等裝配生產線上得到大量應用，在發(fā)動機箱體配送、儀表盤配送、小型零配件配送等方面也得到的廣泛應用。另外，在國內紛繁的電商倉庫物流市場也得到了應用，通過AGV實現(xiàn)了貨到人，從而節(jié)省了人工成本，提高了倉庫利用率，降低了分揀貨物錯誤率。

AGV前景

不管是從市場，還是從技術層面來講，AGV都有著不可取代的優(yōu)勢與市場前景，已然是未來市場上的一大趨勢。

首先，我國面臨著人口紅利即將喪失、勞動力成本大幅攀升、訓練有素的產業(yè)工人缺乏、招工難等問題，這些問題催生了對AGV需求快速增長的強大動力。其次，我國物流裝備制造業(yè)也面臨前所未有的機遇，我國已經成為世界上最大的物流裝備市場，足以支撐各種規(guī)模、較大數(shù)量的物流裝備企業(yè)發(fā)展。2016年，中國市場對智能輸送裝備的需求高達500億元，國內企業(yè)對AGV的需求空前高漲，預計2017年新增AGV裝機容量將達到20000臺。最后，我國AGV正在獲得前所未有的資金、技術、人才、管理等全方位的要素支持，具備加速起飛的強有力條件。 

隨著工業(yè)4.0的高速發(fā)展，人類需要機器人來協(xié)助配合完成工作，更多的機器人將參與到工業(yè)制造、物料運輸?shù)裙ぷ髦�。伴隨著AGV產業(yè)的發(fā)展，其未來的應用市場和領域也在逐漸擴張，不僅能推進各行業(yè)自動化生產水平，同時也能產生良好的技術效應，從而帶動整個行業(yè)的轉型升級。

國內AGV企業(yè)面臨的困境和對策

隨著工業(yè)4.0時代的到來，我國智能物流裝備的核心設備AGV產業(yè)發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)，也存在前所未有的機遇。我們當前面臨的主要挑戰(zhàn)是基礎研究不足，核心技術平臺和產品嚴重依賴進口。我國大多數(shù)企業(yè)自主知識產權的AGV關鍵技術研究的時間還很短，技術基礎比較薄弱。國內高端AGV市場大多數(shù)采用的是科爾摩根的NDC系統(tǒng)，另外市場非常不規(guī)范，沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準，也沒有形成具有較大影響力的產業(yè)生態(tài)圈，行業(yè)內部低價同質化競爭也比較激烈。

建議我國AGV產業(yè)加快整合資源，實行分工合作，共建公共的技術平臺體系，制定行業(yè)標準，加大產品的標準化、模塊化，提高智能化水平。

在我國應開展如下AGV關鍵技術的研究工作：

1） AGV管理監(jiān)控調度系統(tǒng)是AGV系統(tǒng)重要核心技術之一，應開發(fā)基于100臺以上AGV的管理調度系統(tǒng)開發(fā)工作，開展人機交互技術、遠程監(jiān)控技術、遠程故障診斷技術的專項研究，提高我國自主知識產權的軟件開發(fā)水平，以適應國內近年來AGV的市場需求。

2） AGV車載控制器是AGV控制系統(tǒng)的核心，研制基于嵌入式計算機系統(tǒng)的專用AGV車載控制器，取代以采用工控機或通用PLC作為主控單元的AGV車載控制器是未來的技術發(fā)展趨勢，也是今后研發(fā)工作的重點。

3）隨著制造業(yè)對AGV需求量的增加，載荷在20t以上的重載AGV的需求將快速增長。多舵輪驅動AGV的研發(fā)顯得尤為重要，應開展多舵輪驅動AGV運動學研究和多舵輪運動控制算法的研究工作。

4）電機驅動總成是AGV重要基礎部件之一，應研發(fā)具有自主知識產權的電機驅動總成產品。應盡快開展低壓交流電機驅動技術的研究工作及產品開發(fā)工作。研發(fā)基于DSP的交流和直流伺服驅動控制器產品。

5）視覺導引技術及自然導航技術等將成為最具應用前景的AGV導引技術，開展快速圖像處理關鍵技術的研究工作，開展圖像處理技術在AGV導引技術上的適應性研究工作，盡快實現(xiàn)視覺導引等自然導引技術在工程中得以成熟應用。

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