文｜楊文華

云南昆船智能裝備有限公司

中國船舶集團高級專(zhuān)家

CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專(zhuān)委會(huì )、標委會(huì )主任

提要：近幾年來(lái)，市場(chǎng)需求的不斷增加，不僅推動(dòng)了中國物流移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也促進(jìn)了國內核心配套件供應鏈細分市場(chǎng)的逐漸形成。本文站在行業(yè)高度，對組成物流移動(dòng)機器人的核心配套件（硬件+軟件）作了分類(lèi)介紹，對其市場(chǎng)情況和技術(shù)趨勢進(jìn)行了分析，并對產(chǎn)業(yè)鏈的未來(lái)發(fā)展模式，以及如何實(shí)現健康、可持續發(fā)展提出了建議。

一、 中國物流移動(dòng)機器人（AGV/AMR）產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述

物流移動(dòng)機器人是AGV（Automated Guided Vehicle）及AMR(Autonomous Mobile Robot)的統稱(chēng)，是實(shí)現柔性制造、裝配及自動(dòng)化物流輸送的關(guān)鍵設備之一。近幾年來(lái)，隨著(zhù)國家“制造強國”戰略及智能制造政策的不斷推進(jìn)與實(shí)施，提升和改造傳統產(chǎn)業(yè)，提高裝備自動(dòng)化和智能化水平，已成為企業(yè)實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展的迫切需求，從而促進(jìn)了物流移動(dòng)機器人市場(chǎng)需求的不斷上升，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

我國的物流移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)的規?；l(fā)展在2012年初現端倪，由于電商和快遞業(yè)的爆發(fā)式增長(cháng)，催生了產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，物流移動(dòng)機器人從傳統的搬運、裝配擴展到了倉儲、分揀、配送等各個(gè)環(huán)節；從輔助裝備變身為關(guān)鍵工藝裝備；從汽車(chē)、煙草、化工等制造行業(yè)延伸到電商、快遞、停車(chē)等服務(wù)行業(yè)。

物流移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，一方面是促進(jìn)了技術(shù)進(jìn)步，新方法、新模式層出不窮；與新一代信息技術(shù)的融合，使物流移動(dòng)機器人系統的感知能力、自主決策能力得以提升，智能化水平顯著(zhù)提高。另一方面是以政策與市場(chǎng)為導向的資本大量涌入，催生了大量新企業(yè)，產(chǎn)業(yè)規模迅速擴大。據移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（簡(jiǎn)稱(chēng)“聯(lián)盟”）的數據顯示，在2012~2020年的八年中，以融資方式進(jìn)入產(chǎn)業(yè)的資本總額超過(guò)了80億元，國內物流移動(dòng)機器人企業(yè)由不足15家猛增到220余家，年均增速超過(guò)40%；至2019年，幾乎所有的叉車(chē)企業(yè)都加入到了此行列中，很多大型企業(yè)也新建或擴充專(zhuān)業(yè)裝備公司，來(lái)滿(mǎn)足企業(yè)自身對該類(lèi)裝備的需求。中國物流移動(dòng)機器人的產(chǎn)業(yè)規模由原來(lái)不足5億元/年，到2020年已增至76.8億元，年均增長(cháng)率也超過(guò)了40%，且目前依然保持著(zhù)強勁的增長(cháng)勢頭，2020年生產(chǎn)規模超億元的企業(yè)有24家。

從企業(yè)布局來(lái)看，大致分成了兩大陣營(yíng)：一類(lèi)是立足行業(yè)，即從用戶(hù)的實(shí)際需求出發(fā)，分析不同行業(yè)的具體工藝及裝備，實(shí)現產(chǎn)品定制化服務(wù)，做到“吃啥有啥”，此類(lèi)產(chǎn)品在制造業(yè)生產(chǎn)工藝中表現突出，但大規模發(fā)展的可能性小。另一類(lèi)是立足產(chǎn)品，即在工藝模式上有自己的創(chuàng )新理念，更多是將新的工藝模式及產(chǎn)品理念推廣給用戶(hù)，實(shí)現產(chǎn)品標準化服務(wù)，做到“有啥吃啥”，產(chǎn)品在倉儲物流領(lǐng)域的應用中表現尤為突出，易于實(shí)現大規模發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展令人欣喜，但引起的問(wèn)題也不容忽視，這些問(wèn)題涵蓋了市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、產(chǎn)品標準、服務(wù)網(wǎng)絡(luò )等各個(gè)方面。為此聯(lián)盟在2019年提出建設標準體系，并于2020年底發(fā)布了由60余家企業(yè)參與起草的“工業(yè)應用移動(dòng)機器人”6項通用團體標準，其目的就是要加強企業(yè)自律行為，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康、可持續發(fā)展，達成企業(yè)共識——加強產(chǎn)品規范，明確產(chǎn)品定位，幫助用戶(hù)清晰需求范圍，加強自身保護。同時(shí)也期望通過(guò)標準的貫徹實(shí)施，能夠加快推動(dòng)產(chǎn)業(yè)“從有到優(yōu)”的發(fā)展步伐，實(shí)現產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。另外，要讓更多企業(yè)逐漸形成共存、共生、共贏(yíng)的意識，不僅在項目上謀求相互合作、相互兼容，也期望盡快建立完善服務(wù)網(wǎng)絡(luò )，共同維護好產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)。

分三步走的“制造強國”戰略一直到2045年，在未來(lái)十年，傳統產(chǎn)業(yè)轉型升級的需求依然旺盛，依然是移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的良好時(shí)期。筆者認為：企業(yè)整合、供應鏈細分將是未來(lái)的發(fā)展趨勢；在國家“兩業(yè)融合”政策驅動(dòng)下，產(chǎn)品制造與設備運營(yíng)一體化的商業(yè)模式會(huì )越來(lái)越明顯；專(zhuān)注營(yíng)銷(xiāo)和產(chǎn)品服務(wù)的公司會(huì )越來(lái)越多；在技術(shù)層面上，依托5G技術(shù)的“云化”調度方式將會(huì )被用戶(hù)逐漸接受，系統支持遠程運維、預防性維護等技術(shù)將會(huì )被關(guān)注。

二、 物流移動(dòng)機器人核心配套件分類(lèi)

物流移動(dòng)機器人系統由固定部分與移動(dòng)部分組成。其中，固定部分即地面系統（Stationary system），包括上位調度系統、導航系統、充電系統及通信系統；移動(dòng)部分即為移動(dòng)機器人單機，包括車(chē)體、驅動(dòng)裝置、導航裝置、通信裝置、車(chē)載控制系統、安全防護裝置、執行機構等，如圖1所示。

圖1物流移動(dòng)機器人系統組成

物流移動(dòng)機器人上位調度系統是根據業(yè)務(wù)流程對多臺移動(dòng)機器人進(jìn)行任務(wù)優(yōu)化排序，車(chē)輛動(dòng)態(tài)分配、路徑動(dòng)態(tài)規劃，在不同的應用中，采用的調度策略各不相同；地面導航系統為移動(dòng)機器人提供導航定位信號，即根據不同的導航方式，在運行區域地面或周?chē)贾孟鄳膶Ш綐俗R，機器人通過(guò)識別標識實(shí)現主動(dòng)導航定位。也有不常用的被動(dòng)導航系統，即由地面導航系統直接確定單機位姿；供電系統是為物流移動(dòng)機器人提供或補充動(dòng)力的系統，根據單機不同的供電方式進(jìn)行設備數量及能力配置；通信系統是用于上位調度系統與移動(dòng)機器人之間，調度系統與其他相關(guān)外圍系統及設備之間的信息交互，可采用不同的傳輸方式（有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、紅外、載波等）。

物流移動(dòng)機器人車(chē)體即機械本體，是移動(dòng)機器人的基礎構件，依據承載物料的重量、尺寸等條件設計制造；驅動(dòng)裝置是實(shí)現物流移動(dòng)機器人行駛及轉向的機械裝置的統稱(chēng)，除電機、減速箱、驅動(dòng)輪等主要傳動(dòng)部件外，還包括伺服控制器及其附屬的傳感器件；導航裝置即移動(dòng)機器人獲取導航定位信號的傳感器，不同的導航方式采用不同的傳感器；車(chē)載控制系統是控制移動(dòng)機器人手動(dòng)或自動(dòng)行駛的硬件及軟件的總稱(chēng)，主要負責實(shí)現導航計算、路徑跟蹤、運動(dòng)控制等功能；電源裝置是移動(dòng)機器人的動(dòng)力源及附屬裝置的總稱(chēng)，一般是指蓄電池（鉛酸、鎳氫、鎘鎳、鋰離子等）及車(chē)載充電連接裝置，也有特殊應用的其他方式，如：超級電容、感應式（無(wú)接觸）供電等；安全防護裝置是物流移動(dòng)機器人實(shí)現主動(dòng)防護的關(guān)鍵裝置，包括接觸式與非接觸式。

由系統組成來(lái)看，物流移動(dòng)機器人核心配套件（硬件及軟件）主要包含了以下部件、器件及軟件：

機械類(lèi)：機械本體（車(chē)體）、驅動(dòng)總成、執行機構等；

電氣類(lèi)：蓄電池、無(wú)接觸供電（CPS）套件、充電設備、無(wú)線(xiàn)通信設備、車(chē)載控制器、伺服驅動(dòng)器、激光雷達、衛星定位組件、慣性導航組件、RFID讀取器、二維碼讀取器、磁/電磁傳感器等；

軟件類(lèi)：上位調度、系統監控、車(chē)載控制、規劃工具、配置工具等。

三、 國內物流移動(dòng)機器人核心配套件市場(chǎng)發(fā)展

產(chǎn)業(yè)的長(cháng)遠發(fā)展必須立足于自主創(chuàng )新，擺脫對國外技術(shù)和產(chǎn)品的依賴(lài)是中國物流移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)健康穩步發(fā)展的必經(jīng)之路。近5年尤其是中美貿易戰升級以來(lái)，隨著(zhù)國內物流移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，包括核心配套件在內的產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈已逐漸形成，細分的供應鏈市場(chǎng)不斷完善壯大，自主技術(shù)的國產(chǎn)配套產(chǎn)品已基本涵蓋了整機生產(chǎn)各個(gè)方面。

1.發(fā)展階段及其特點(diǎn)

國產(chǎn)自主技術(shù)物流移動(dòng)機器人從一開(kāi)始就走上了類(lèi)似歐美的技術(shù)路線(xiàn)，在1990年代，開(kāi)啟了自主技術(shù)的研發(fā)與應用，最先被掌握的是控制軟件以及少量用于磁帶或電磁導航的專(zhuān)用傳感器，再者就是能夠直接被采用的國產(chǎn)蓄電池和充電機。限于當時(shí)的年產(chǎn)量，很多硬件并沒(méi)有進(jìn)行產(chǎn)品化，常以簡(jiǎn)陋的PCB板直接面對用戶(hù)。而包括車(chē)載控制器、激光雷達、驅動(dòng)總成、伺服控制器在內的主要部件仍然依賴(lài)進(jìn)口，使整機成本居高不下。

2003年左右，隨著(zhù)國內汽車(chē)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，基于日本技術(shù)理念的簡(jiǎn)易型移動(dòng)機器人開(kāi)始在中國市場(chǎng)出現，其簡(jiǎn)易的應用模式更適合汽車(chē)總裝流程的原料配送，加之價(jià)格低廉、易于部署、易于操作等優(yōu)勢，很快被國內汽車(chē)廠(chǎng)采用，物流移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)規模得到了一定的發(fā)展，與之相配套的核心部件，如：差速驅動(dòng)轉向架（含伺服控制器）、磁帶導航傳感器、基于單片機的車(chē)載控制器得到發(fā)展，形成了小規模的市場(chǎng)。

2012年后，隨著(zhù)高速發(fā)展的電商對物流時(shí)效性要求不斷提升，隨著(zhù)工業(yè)4.0成為制造業(yè)發(fā)展趨勢，由于國家政策的導向，物流移動(dòng)機器人從幾乎不為人知的小眾產(chǎn)品一躍成為“智能制造”新寵兒，同時(shí)在資本的驅動(dòng)下，新興公司不斷涌現。據聯(lián)盟2020年數據顯示，在250余家核心配套件企業(yè)中，涉及激光雷達的有27家，涉及驅動(dòng)部件、電機及伺服控制器的有35家，涉及通訊類(lèi)產(chǎn)品的有7家，涉及蓄電池的有50余家，涉及充電設備的有20余家……，核心配套件供應鏈細分市場(chǎng)逐漸形成。

2015年后，傳統的叉車(chē)企業(yè)逐漸感受到了市場(chǎng)的變化，采取集成技術(shù)或自主研發(fā)的方式進(jìn)入物流移動(dòng)機器人領(lǐng)域，此類(lèi)企業(yè)不僅能夠提供整機產(chǎn)品，還可以為其他企業(yè)定制生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)的叉車(chē)車(chē)體（機械本體），通過(guò)合理配置，將工業(yè)車(chē)輛的伺服驅動(dòng)、輪系布置、液壓舉升等技術(shù)應用到了產(chǎn)品中，一舉改變了叉車(chē)整機改裝的局面，減少了浪費，大幅度降低了物流移動(dòng)機器人企業(yè)的設計制造成本。配合叉車(chē)企業(yè)的變化，部分叉車(chē)配套廠(chǎng)家同樣看到了機會(huì )，設計制造了各種專(zhuān)用驅動(dòng)總成，打破了長(cháng)期依賴(lài)國外（德國、意大利）進(jìn)口的局面，加之低壓交流電機在叉車(chē)行業(yè)的推廣以及伺服控制技術(shù)的進(jìn)步，使得同類(lèi)產(chǎn)品的售價(jià)低于國外進(jìn)口的二分之一。

2.從主要配套件看技術(shù)進(jìn)步

在移動(dòng)機器人系統中，上位調度系統及車(chē)載控制系統軟件最能體現系統核心技術(shù)。隨著(zhù)應用模式的不斷增多，調度系統的應用策略也在不斷完善豐富，從流程型、節拍型、到離散型的行業(yè)，從串聯(lián)型、并聯(lián)型、到混聯(lián)型的系統，都有了切實(shí)的應用案例。隨著(zhù)各行業(yè)智能制造的深入推進(jìn)，調度系統不再是傳統意義的任務(wù)管理、車(chē)輛分配與交通管理，而是賦予了更多的內容，以促使“智能生產(chǎn)”與“智能物流”相互融合。為此，移動(dòng)機器人企業(yè)通常會(huì )對目標行業(yè)進(jìn)行深入研究，構建一套適合行業(yè)工藝特征的調度系統，成為行業(yè)技術(shù)壁壘乃至核心競爭力。也正因如此，包括國外先進(jìn)公司在內，均無(wú)法提供包打天下的調度系統。近兩年來(lái)，車(chē)載控制系統在硬件技術(shù)不斷進(jìn)步的情況下，控制水平也在節節攀升！從無(wú)反射板激光導航到視覺(jué)導航，從高位存取到多層疊放，從自動(dòng)避障到自動(dòng)裝卸……智能化水平不斷提升，部分技術(shù)超越了國外先進(jìn)水平。國內還出現了以提供核心技術(shù)為主、整機業(yè)務(wù)為輔的技術(shù)型企業(yè)，以調度系統軟件、車(chē)載控制硬件及軟件為主要產(chǎn)品。

在電氣類(lèi)配套件中，筆者印象最深的是激光雷達和北斗衛星定位技術(shù)。2002年前應用的激光導航技術(shù)還只是基于測角，并沒(méi)有飛行時(shí)間（TOF-Time of Flight）測距技術(shù)，在當時(shí)已經(jīng)掌握光學(xué)原理以及測角定位算法的基礎上，國內依然找不到一家企業(yè)能夠生產(chǎn)激光雷達，無(wú)論是激光二極管、砷化鎵傳感器，還是高精密的碼盤(pán)都達不到要求。但國內技術(shù)發(fā)展到今天，國產(chǎn)激光雷達產(chǎn)品系列豐富，單線(xiàn)型、多線(xiàn)型應有盡有，產(chǎn)品不僅能夠滿(mǎn)足非接觸安全防護的需求，更能滿(mǎn)足反激光導航要求，其角度分辨率與測距精度都已達到了國外同類(lèi)產(chǎn)品的水平，徹底打破了國外壟斷的局面。部分企業(yè)還根據自身產(chǎn)品的特性，開(kāi)發(fā)集成了激光導航定位算法，降低了整機企業(yè)的開(kāi)發(fā)難度。另外就是北斗衛星定位技術(shù)，2015年，僅依靠我國北斗衛星定位系統及地面差分站，筆者親眼目睹了12米長(cháng)、2.5米寬的室外重載AGV，在承載120噸的情況下，單機重復定位精度小于5cm，運行覆蓋范圍可達10km。國內目前至少有4家企業(yè)能夠提供類(lèi)似的北斗衛星地面導航系統及其硬件產(chǎn)品。二十年前，一個(gè)用于導航的進(jìn)口單軸壓電晶體陀螺（Gyroscope）比控制器還貴，而在今天，慣性器件（IMU-Inertial Measurement Unit）完全能夠集成在控制器中，而整個(gè)控制器的價(jià)格僅為當年進(jìn)口陀螺的1/3左右。

在通信技術(shù)方面，從4800bps的射頻（RF-Radio Frequency）通信發(fā)展到了百兆計的WiFi通信，又發(fā)展到了目前的5G通信，無(wú)論是在數據量和實(shí)時(shí)性上都有了極大的提升，再也不用為AP切換、無(wú)線(xiàn)漫游、通信丟失等非本專(zhuān)業(yè)問(wèn)題而苦惱了。在復雜項目實(shí)施時(shí)，還能夠得到專(zhuān)業(yè)通信公司提供的幫助，大大降低了系統部署難度。

除以上談及的主要配套件外，其他的配套器件在技術(shù)上也都取得了長(cháng)足進(jìn)步，如：UWB無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)能夠解決人機混行交通安全問(wèn)題；無(wú)接觸的充電技術(shù)能夠解決潔凈區域的充電問(wèn)題；驅動(dòng)裝置的承載能力和牽引能力也不斷攀升，蓄電池的能量比也越來(lái)越高……，硬件技術(shù)提升以及成本降低，更加拓寬了產(chǎn)品應用范圍。

總體來(lái)看，國內核心配套件市場(chǎng)逐漸趨于完善成熟，核心技術(shù)自主可控，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升，銷(xiāo)售價(jià)格穩中有降，從根本上推動(dòng)了物流移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

四、 從產(chǎn)業(yè)視角看核心配套件技術(shù)發(fā)展趨勢

產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，其實(shí)很多核心配套件企業(yè)已經(jīng)不僅僅是傳統意義的供應商了，他們的技術(shù)在向下游延伸，更像是整機企業(yè)的技術(shù)支持者：驅動(dòng)總成企業(yè)可以根據移動(dòng)機器人的承載指導設計選型，運行速度、轉向角度也可以由伺服控制器獨立完成，其精度及響應時(shí)間都優(yōu)于來(lái)自車(chē)載控制器的閉環(huán)控制；導航產(chǎn)品企業(yè)更是能夠根據自身產(chǎn)品的特性，開(kāi)發(fā)導航定位算法，將位姿信息直接提供給車(chē)載控制系統，控制器不再需要進(jìn)行復雜計算，降低了車(chē)載控制系統的復雜度……種種跡象表明，未來(lái)移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)會(huì )像汽車(chē)、叉車(chē)產(chǎn)業(yè)一樣，不僅是簡(jiǎn)單的產(chǎn)業(yè)細分，更是會(huì )向著(zhù)“讓專(zhuān)業(yè)的企業(yè)做專(zhuān)業(yè)的事”這個(gè)方向發(fā)展，整機生產(chǎn)企業(yè)或許會(huì )更像總裝廠(chǎng)，不再需要掌握全部技術(shù)，這就會(huì )極大降低生產(chǎn)制造的技術(shù)門(mén)檻。同時(shí)，這也將給傳統移動(dòng)機器人企業(yè)帶來(lái)新的挑戰。

筆者認為，隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)規模的繼續擴大，物流移動(dòng)機器人必然會(huì )以標準化、可配置化的產(chǎn)品來(lái)應對定制化的市場(chǎng)。為此，核心配套件的硬件接口將更加標準，控制軟件將更加可配置，業(yè)務(wù)層的數據傳遞及表達將更加統一，核心技術(shù)也將更加細分。這些變化，一方面能夠聚集多方力量，減少研發(fā)風(fēng)險，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，增強應對市場(chǎng)的能力；但另一方面，產(chǎn)品同質(zhì)化的風(fēng)險將會(huì )加劇，市場(chǎng)競爭更加激烈，利潤空間會(huì )被進(jìn)一步壓縮。

總之，前景可期，但道路依然坎坷！筆者建議：中國物流移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要更多的專(zhuān)業(yè)人才，加大技術(shù)及技能人才培養應該成為高校、企業(yè)的長(cháng)期規劃；所有企業(yè)都應重視標準的貫徹執行，這是控制產(chǎn)品質(zhì)量與成本的重要手段，也將成為用戶(hù)手中的“尺子”；應高度重視產(chǎn)品運行的安全性和可靠性，共同維護好產(chǎn)業(yè)信譽(yù)；應盡快建立起完善的售后服務(wù)體系，實(shí)現類(lèi)似汽車(chē)4S店模式的本地化服務(wù)；系統的智能化水平仍需繼續提升；應對非常規環(huán)境（無(wú)法滿(mǎn)足人類(lèi)活動(dòng)的作業(yè)環(huán)境，如防爆、輻射、高低溫等）的產(chǎn)品技術(shù)有待提高。