重載型移動(dòng)機器人，是一種以電池或內燃機作為動(dòng)力、配備大功率電機、減速機及萬(wàn)向驅動(dòng)輪實(shí)現靈活運行，具有車(chē)速調節、升降補償、車(chē)輛制動(dòng)、全方位轉向、自由路徑規劃、自動(dòng)引導、在線(xiàn)快速充電、多車(chē)編組聯(lián)動(dòng)等功能， 同時(shí)可被集中調度管理的智能車(chē)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)運輸工具，可以應用在許多固定的或不固定的運輸場(chǎng)合。
入局企業(yè)不斷增多
一般移動(dòng)機器人的負載都在2噸以?xún)龋?噸-10噸為偏重載型，重載型移動(dòng)機器人的裝載能力一般為 10 噸以上。根據用戶(hù)需求，動(dòng)力和執行機構形式、車(chē)輛長(cháng)度、寬度、提升高度、驅動(dòng)能力、續航里程等性能參數均可按需設計。
重載式AGV以大尺寸、高承載為特征，在一些重型機械廠(chǎng)、還有鐵路交通、特種行業(yè)、港口機場(chǎng)、大型電壓器廠(chǎng)、重型汽車(chē)制造廠(chǎng)等等這些場(chǎng)所都需要大型噸位的AGV來(lái)滿(mǎn)足。近兩年，隨著(zhù)重載AGV應用領(lǐng)域的擴大，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 | 主要應用行業(yè) |
| 新松機器人 | 新松為新加坡港打造的重載AGV額定負載高達 65 噸，定位精度 ±5cm，最大運行速度 7m/s，制動(dòng)距離小于 13m。 | 大型罐體生產(chǎn)線(xiàn)制造、商用車(chē)總裝線(xiàn)、乘用車(chē)沖壓車(chē)間物流搬運。 |
| 機科發(fā)展股份有限公司 | 磁導跟激光導引為主，設計最大噸位達60T。 | 印鈔造幣、輪胎及軍工領(lǐng)域 |
| 北京特種機械研究所 | AGV以麥克納姆輪產(chǎn)品為主，根據需求可定制50噸重載AGV。 | 航空航天、軌道車(chē)輛、電力制造、核工業(yè) |
| 東風(fēng)專(zhuān)用設備 | 潛伏式舉升移載AGV載重達10噸，采用4舵輪驅動(dòng)，滿(mǎn)載最大行走速度達20m/min。 | 汽車(chē)行業(yè) |
| 國自機器人 | 相關(guān)產(chǎn)品采用激光導航/磁條/二維碼/紋理導航等導航方式，負載能力可達10T-30T。 | 工程機械、汽車(chē)、軌道交通、軍工等 |
| 臨工智科 | 2015年開(kāi)始開(kāi)發(fā)重載型產(chǎn)品，以復合導航及此導航產(chǎn)品為主，明星產(chǎn)品DL100載重達10噸以上。 | 車(chē)輛、機械零部件、重工業(yè) |
| 航天思爾特 | 2014年推出首臺重載全向AGV，承重高達10噸，采用先進(jìn)的全方位驅動(dòng)模式 | 重工業(yè) |
| 三豐機器人 | 裝載能力10T-200T，可按客戶(hù)需求設計，引導精度：±10mm。 | 工程機械、汽車(chē)、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15T，擁有雙向行走可橫移功能，可以極低速運行（0.8m/min），同時(shí)該產(chǎn)品具備多重安全監測和防護。 | 汽車(chē)、大型機械廠(chǎng) |
| 上海匯聚 | 利用麥克納姆輪實(shí)現零回轉半徑、側移、全方位無(wú)死角任意漂移，可以設計定制10噸-50噸載重的平臺。 | 航天航空軍工、軌道交通、風(fēng)電葉片轉運、電力行業(yè)、精密鑄造、物流倉儲叉車(chē)AGV等 |
| 華晟智能 | 華晟智能重載AGV，采用激光與慣導組合的導航形式，在實(shí)際應用中可根據用戶(hù)需求定制各種個(gè)性化方案。 | 工廠(chǎng)大型物料搬運 |
| 馳眾機器人 | 最大載重達200噸，具備舉升能力，舉升行程達200mm，4個(gè)驅動(dòng)單元實(shí)現全向行走，爬坡能力不低于5%，最大行走速度可達25m/min。 | 汽車(chē)制造、軌道交通、重型工業(yè) |
| 愷韻來(lái) | 產(chǎn)品以磁導航為主，重型承載式AGV產(chǎn)品系列已經(jīng)推出負載100噸的智能搬運AGV | 重型機械廠(chǎng)、重型汽車(chē)廠(chǎng) |
| 天津朗譽(yù) | 載重達200T，擁有伺服控制、無(wú)線(xiàn)通訊、同步液壓、電量檢測、車(chē)身自平衡、安全防護、智能調度、故障自診斷等“八大系統優(yōu)勢”。 | 航天、軍工、風(fēng)電 |
| 昆船智能裝備 | 以我國自主研發(fā)的北斗定位系統為導航方式，可滿(mǎn)足多種大噸位定制化需求。 | 飛機、機車(chē)、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)品均以此導航為主，后逐漸采用配備衛星導航定位、激光雷達SLAM、視覺(jué)SLAM等多傳感器融合定位技術(shù) | 港口碼頭 |
| 蓬翔汽車(chē) | 能夠根據客戶(hù)需求提供自動(dòng)輥道，裝頂升機構、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、機械制造、礦山運輸、航空航天 |
從上表中可以看出，國內目前已有一批企業(yè)相繼開(kāi)發(fā)了重載型移動(dòng)機器人，但細看之下可以發(fā)現，從新松、機科到振華重工，重型移動(dòng)機器人開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商以老牌的AGV企業(yè)和大型機械設備廠(chǎng)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，主要體現在以下幾方面：
1） 承載及驅動(dòng)系統設計技術(shù)
為了確保移動(dòng)機器人的可控性及靈活性，機器人的承載輪數量盡量減少，以方便轉向及控制。而承載輪數量的減少會(huì )帶來(lái)三個(gè)方面的問(wèn)題，一是對輪胎承載能力、車(chē)輛承重橋系統提出了更高要求；二是使得移動(dòng)機器人輪胎對路面的壓強大幅提高；三是驅動(dòng)及轉向系統設計變得更加復雜。
2） 控制技術(shù)
在低速輕載移動(dòng)機器人系統中，一般將移動(dòng)機器人系統的運動(dòng)學(xué)方程及動(dòng)力學(xué)方程通過(guò)一定的假設進(jìn)行簡(jiǎn)化，便可實(shí)現整個(gè)系統的穩定、可靠控制 。而重載移動(dòng)機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)而影響行走系統附著(zhù)力的變化，這三個(gè)參數變化在實(shí)際工作中處于不可測狀態(tài)，導致轉向參數及控制參數的不確定性。因此，重載移動(dòng)機器人如何保證高速運行時(shí)的軌跡跟蹤精度、操控穩定性及行駛平順性，一直是行業(yè)研究的重點(diǎn)。
3）安全系統設計技術(shù)
安全性研究在移動(dòng)機器人領(lǐng)域已經(jīng)成為了研發(fā)熱點(diǎn)，而重載移動(dòng)機器人自身質(zhì)量大，所承載的被搬運構件質(zhì)量更大，兩者累加導致其在高速運行時(shí)的慣量極大， 發(fā)生安全事故造成的損失難以估量。因此對其安全防護系統提出了更高要求。
3）定位、導航技術(shù)
重載移動(dòng)機器人一般車(chē)體較大，對自身姿態(tài)誤差敏感，運動(dòng)學(xué)方程更復雜，而重載高速運行過(guò)程中必須要兼顧動(dòng)力學(xué)模型的準確性，使得重載移動(dòng)機器人的控制難度大幅提高。
技術(shù)之外，重載移動(dòng)機器人的市場(chǎng)準入門(mén)檻相對也較高，重型移動(dòng)機器人的主要應用領(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)對于設備的選擇非常嚴謹的，一般企業(yè)要想進(jìn)入難度很大。尤其是港口碼頭領(lǐng)域，基本上被大型機械廠(chǎng)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)機器人這一領(lǐng)域，除了意在拓寬自身產(chǎn)品線(xiàn)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)機器人發(fā)展也在不斷加速。
此前的重載移動(dòng)機器人多以磁導航為主，在大型機械設備生產(chǎn)等室內場(chǎng)景的應用中，重載移動(dòng)機器人通過(guò)在地面鋪設磁條，測量路徑上的磁場(chǎng)信號來(lái)獲取車(chē)輛自身相對于目標跟蹤路徑之間的位置偏差，從而實(shí)現車(chē)輛的控制及導航。在港口碼頭等室外應用場(chǎng)景，大部分通過(guò)鋪設磁釘來(lái)實(shí)現重載機器人的定位導航，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)機器人要和大型機械進(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)現精準定位，因此，一般會(huì )采用混合導航的方式來(lái)彌補單一導航技術(shù)的不足，磁釘加慣導相結合的導航方式應用的最為普遍。
磁導航的優(yōu)勢是性?xún)r(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)磁導航的劣勢也很明顯，柔性化程度過(guò)低，需要對地面進(jìn)行改造，路線(xiàn)也較為固定，不易變更。
而近幾年，伴隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，重載型移動(dòng)機器人的導航方式也日益豐富，激光、視覺(jué)、衛星定位等更多的導航解決方案開(kāi)始逐漸應用。國自機器人基于其在激光導航產(chǎn)品的豐富積累，推出了基于激光導航的重載移動(dòng)機器人產(chǎn)品。2019年，在粵港澳大灣區首個(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)機器人采用衛星導航定位、激光雷達SLAM、視覺(jué)SLAM等多傳感器融合定位技術(shù)，更加靈活智能。當前，越來(lái)越多的重載移動(dòng)機器人廠(chǎng)家都在探索各導航方式的融合應用。
| 導航方式 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | |
| 固定路徑導航 | 磁導航 | 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。 |
| 自主導航 | 激光導航 | 能靈活規劃路徑、定位準確。 | 容易受降雨等天氣等影響，成本過(guò)高。 |
| 視覺(jué)導航 | 路徑規劃靈活，成本低，可提取語(yǔ)義信息。 | 算法技術(shù)開(kāi)發(fā)難度高，受光照、污損影響大。 | |
| 衛星定位系統 | GNSS | 可提供全天候的3維坐標和速度以及時(shí)間信息的空基無(wú)線(xiàn)電導航定位。 | GNSS定位依賴(lài)于空間衛星，首次定位反應較慢。 |
| RTK技術(shù) | 定位精度可精確到1-2厘米。 | 依賴(lài)于衛星定位系統作為接收配置來(lái)實(shí)現定位。 | |
| 輔助導航 | 慣導 | 不依賴(lài)于外部信息，數據更新率高、連續性好、噪點(diǎn)低、短期精度和穩定性高。 | 定位誤差會(huì )隨時(shí)間而增大，數據的長(cháng)期精度較低，而且無(wú)法獲取時(shí)間信息。 |
| 超聲波等 | 高分辨率，抗干擾強，可直接測量距離和速度信息適用于避障。 | 難以實(shí)現真正的全天候探測，器件昂貴。 | |
表：重載移動(dòng)機器人各類(lèi)導航方式
導航技術(shù)之外，在負載方面，重載移動(dòng)機器人也在不斷突破。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，國內首臺、達國際先進(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(lái)重載移動(dòng)機器人將朝著(zhù)更加靈活智能的方向發(fā)展，同時(shí)將不斷挑戰更大的單車(chē)載荷能力，甚至將發(fā)展出 500 噸級的型號，并將對多車(chē)編組運行方式進(jìn)行深入探索，以滿(mǎn)足對特殊外形尺寸、特大載荷等應用的需求。同時(shí)，對每一個(gè)市場(chǎng)細分領(lǐng)域的需求將做深、做足，發(fā)展出滿(mǎn)足特定需求的細分型號。
在技術(shù)不斷發(fā)展的基礎上，未來(lái)，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(lái)國內重載移動(dòng)機器人企業(yè)的發(fā)展必由之路，包括：大功率電機、減速機、運動(dòng)控制器等核心器件的設計和制造，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)機器人不斷創(chuàng )新的背后，也得益于應用市場(chǎng)的不斷擴大。港口、機場(chǎng)、飛機制造、鐵路機車(chē)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， 現如今也嘗試了技術(shù)創(chuàng )新，通過(guò)引入重載移動(dòng)機器人替代了原始、粗放的作業(yè)模式。機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約，整體邁入自動(dòng)化、信息化、智能化的運營(yíng)模式，而不斷擴大的市場(chǎng)需求也在推動(dòng)重載移動(dòng)機器人技術(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)機器人，未來(lái)將會(huì )有更大發(fā)展潛力和應用推廣的領(lǐng)域。
