我國倉儲物流機器人發展現狀與未來趨勢

楊文華/文

我國倉儲物流機器人發展現狀與未來趨勢

楊文華/文

近年來，電商和快遞業的爆發式增長更是催生了物流機器人的蓬勃發展，以此為契機，中國的物流機器人格局也正在從傳統的工業領域向商業服務領域拓展。

隨著市場對于物流自動化裝備需求的不斷增加，機器人在物流行業得到越來越廣泛的應用，已經深入到倉儲、配送各個環節，不僅提高了物流作業效率，減輕了工作人員的勞動強度，還有助于優化資源、降低成本，具有良好的經濟效益和廣闊的發展前景。本文主要探討倉儲領域機器人的技術發展和市場應用情況。

一、市場需求強烈

當前，經濟發達國家紛紛推出工業4.0、智能制造等規劃，掀起了新一輪的科技變革熱潮。工業正在從自動化向信息化、數字化、智能化的方向發展，我們正在走向一個萬物互聯的世界，工業生產中的每一個環節都可實時溝通，讓大規模定制化成為可能。

在中國，作為智能制造重要產業的機器人行業，得益于《中國制造2025》和《機器人產業發展規劃》等國家政策的引導，呈現出快速發展的態勢，中國已連續幾年穩居全球最大工業機器人市場地位。數據顯示，2016年全球工業機器人銷售29萬臺，同比增長14%。其中，中國工業機器人銷售近9萬臺，同比增長29%，而國產機器人累積銷售2.9萬臺，同比增長31%。2017年，中國工業機器人銷售有望突破10萬臺。

工業機器人自誕生開始，就成為自動化生產及物流系統中的關鍵設備，已成為現代物流系統迅速發展的重要組成部分。在工業制造及物流行業，企業為了提高自動化程度和保證產品質量，通常需要高速物流線貫穿整個生產過程。近年來，電商和快遞業的爆發式增長更是催生了物流機器人的蓬勃發展，機器人已經從傳統的碼垛、拆垛、搬運等工作，深入到了倉儲、分揀、配送等環節。作為電商標桿企業的亞馬遜，在2013年發布了用于分揀的輪式移動機器人KIVA（也就是AGV），以并聯方式實現了大規模“貨到人”式分揀，為電商的倉儲和分揀帶來了革命性的變化。該模式與互聯網、大數據技術相結合，使物流系統的感知能力、自主決策能力得以提升，智能化程度顯著提高。以此為契機，中國的物流機器人格局也正在從傳統的工業領域向商業服務領域拓展。

楊文華云南昆船智能裝備有限公司董事長

另外，長期實行的計劃生育政策導致生育率偏低，我國的社會老齡化問題日漸突出，家庭和社會負擔將會越來越重，勞動力成本的不斷提高導致企業的負擔大幅增加。面對多重壓力，只有將重復、繁重、低回報的工作交給機器來完成。如今，這一問題在物流行業表現得越來越突出，物流機器人的重要性愈加凸顯。

按應用領域來看，物流機器人被分為兩類：一類用于工業制造，一類用于商業物流。物流機器人實現的功能主要是搬運、碼垛、拆垛、分揀等。在工業制造領域，汽車、電子、金屬加工等行業依然是物流機器人的主要應用行業；在商業物流領域，電商、快遞行業對具有分揀功能的物流機器人（AGV）的需求最為迫切。

二、發展現狀分析

近些年來，物流機器人得到了長足的發展，應用場合也在不斷擴大。從作業環節和技術角度來分，倉儲物流領域使用的機器人主要有兩大類，一類是應用于物品碼垛、拆垛、分揀包裝等環節的工業機器人，如關節式機器人、直角坐標機器人、并聯機器人、協作（復合）機器人等。另一類是用于搬運、分揀環節的輪式移動機器人，即自動導引車（AGV）。

碼垛機器人在物流系統中負責完成物料在托盤上的碼垛作業。碼垛機器人不僅能夠長時間連續作業，其碼垛速度、精度以及負重能力都要超過人工作業方式。隨著國內勞動力成本的上升，物流行業對碼垛機器人的需求得到了長足的提升。尤其是近年來，手爪夾具等關鍵部件的技術進步，大大提高了機器人的碼垛效率和適應性，夾具可抓取不同規格尺寸的物料。在技術上，碼垛機器人本體技術相對成熟，當前的技術發展更多是傾向于高效、可靠的夾具研發，從而滿足更為高效的物流應用。近年來，通過可靠的整層抓取夾具，碼垛機器人實現了整層碼垛，單臺作業效率超過了2500件/小時。

昆船智能AGV

庫卡拆碼垛機器人

拆垛機器人的作用是將托盤上的貨物拆成單件。相比機器人碼垛，拆垛的技術難度更大。由于擠壓造成的貨物外形變化、由于運輸造成的貨物位置變化等因素，都會影響拆垛的成功率。與碼垛機器人一樣，相對成熟的是機器人本體，更多的關注點在于夾具的設計。

分揀機器人輔以圖像識別系統確定物料的位置和姿態，實現物料的可靠抓取，從而完成物料的自動裝箱或分揀。目前在乳制品裝箱、糕點裝盤等食品加工行業中應用較為廣泛，近些年來在煙草商業物流中心的卷煙分揀配送中也得到了推廣應用。其技術關注點主要集中在圖像識別的可靠性方面。

自動導引車（AGV）的傳統功能是作為搬運載體。最近幾年，在地方政策的引導下，國內出現了上百家以AGV為主業的專業公司，AGV的市場應用得到了長足的發展。作為柔性的自動化裝備，AGV應用場景呈現出多樣化：由單一的搬運載體變為智能的分揀設備、裝配工具、服務工具等。AGV在導航、導引技術上不斷創新，發展了基于北斗定位系統的衛星導航、基于UWB無線定位的無線導航、基于SLAM算法的自然（輪廓）導航、基于圖像識別的二維碼導航等。這些新技術的出現使得AGV的應用更加多樣化，應用行業領域也越來越廣，如，上海洋山港碼頭出現了重載集裝箱搬運AGV，南京夫子廟出現了自動泊車機器人，部分電商、快遞企業應用了分揀機器人，AGV產業在國內的發展出現了可喜的局面，據專業媒體報道，2016年中國AGV市場保持了25%以上的增長。

三、未來發展趨勢

隨著我國人口紅利的消失以及勞動力成本的上升，企業的唯一方法是提高生產有效作業率，即生產的自動化程度。市場發展與用戶需求多樣化，勢必對物流機器人提出更高的要求。

在碼垛、拆垛機器人方面，全自動的混合堆碼及揀選將會是技術發展的重點，其中涉及到圖像識別、碼放三維規劃、適應性更強的夾具等技術。這些技術的應用，能夠極大地提高機器人的適應范圍，從而提升物流系統的效率和自動化程度。

十幾年前，由于知道AGV的人非常少，筆者還在用“出租汽車”的例子向大家普及AGV知識。但今天，AGV產業在國內已取得了巨大的進步：國內企業自主創新能力不斷提升，擺脫了對國外技術和產品的依賴。限于專業知識，筆者結合自身的工作經驗，著重談談自己對自動導引車（AGV）技術發展的認識。

在傳統的搬運市場中，AGV往往用于倉儲與生產線之間的物料搬運。隨著用戶對智慧工廠、數字工廠認識的不斷加深，出于對生產工藝、生產管理和產品質量的需求, AGV系統與整個生產工藝布局的相關性增大。因此，在AGV上位系統的研發中，應該更加注重對用戶生產工藝、生產管理、物流管理以及質量管理等需求的研究，切實提高用戶體驗，上位系統須努力做到易于配置、易于管理、易于維護。結合用戶工作流程，系統調度還應統籌考慮任務優化、路徑優化等。例如，有些系統不一定需要任務最快響應，是否應該考慮任務堆積，有了統計意義后再進行任務優化，讓系統有機會選擇最合適的車輛執行最合適的任務，從而提高整個系統運行效率并降低能耗，這樣的優化效果要比單純的“最短路徑時間”效果好。目前，國內的AGV單機技術發展已經趨于成熟，無論是“有線導引”還是“無線導航”，讓AGV按指令運行起來已并非難事。筆者認為，未來AGV單機的技術發展應該是承載更重、運行更穩、速度更快、定位更準。應用將面向更復雜、更危險的特種環境（核環境、防爆環境、高低溫環境、室外環境等），采用混合導引/導航方式，增加導引/導航冗余度，以提高單機作業的安全性和可靠性。

2015年，隨著電商、快遞行業的飛速發展，市場上出現了一位AGV“新寵”——智能分揀機器人。亞馬遜KIVA機器人的出現，使國內電商、快遞行業認識了AGV，體會到了AGV的應用價值。分揀AGV多采用地面標簽（類似傳統的直角坐標）及慣性導航，差速驅動，行駛方式（直行、自旋）簡單可靠，單機控制難度并不大，但由于使用規模龐大，上位調度系統難度較大。限于行業特點，這類產品要求運行效率高，可靠性高，安全性高。筆者認為，電商行業“貨到人”分揀模式，上位調度系統對大數據的統計分析是關鍵，由此可決定商品物理位置的優化及客戶訂單的優化，最后才是AGV任務和路徑的優化。

目前，市場上又出現了用于分揀的復合機器人，即在AGV上加載機械手，可以直接到貨架面前去揀選貨品，改變單一的“貨到人”模式。這又將是一種革命性的技術。它把智能裝備“感知、決策、行動”的特點充分地體現了出來，由于被揀選的物品沒有固定規則，材質、尺寸、重量大不相同，實現難度將非常大，但這仍然是值得研發的新技術。

與電商行業不同，快遞行業對AGV的要求是把物料直接分揀到指定位置。在媒體上出現的視頻中可以看到，該系統由人工掃碼裝載，使AGV與物料綁定獲得目標卸貨點；卸貨口按快遞區域分組，AGV可以把貨物投到同一組中的任意卸貨口；每組卸貨口的物料歸集，最終由傳送皮帶完成。這樣，AGV的調度策略相對簡單，運行的效率也會提高許多。隨著技術進步，未來AGV能否直接自動完成裝載，能否直接完成物料歸集工作，還需更多努力，我們拭目以待。

上海怡豐泊車AGV

另一個市場的“新寵”是用于停車場的智能泊車機器人系統。在“互聯網+”與大數據政策的引導下，智能泊車機器人系統成為了智慧城市的重要組成部分。從本質上來說，此類AGV與其他全方位AGV在控制上并無多少區別，但在應用上有它的特殊性，投資方對車位數量的追求是此類應用的最大約束，在應用中須著重考慮減少AGV的運行空間，把空間讓給停車位。因此，AGV單機在導航方式、驅動方式、裝載方式的選擇上須極為慎重。最終目的是，在盡可能增加停車位數量的前提下，為AGV單機贏得足夠的運行空間，從而提高整個系統的運行效率。上位調度系統須與停車場WMS系統深度結合；而WMS系統更需要與大數據相結合，對車主行為進行分析，合理地安排車位。在上位調度技術上，須對“雙深”或“三深”車位并行作業的調度模式進行研究；對“空載”和“滿載”的不同路徑分配進行研究；對停車峰谷與AGV數量的相關性進行統計等。在單機控制技術上，須對各種導引方式的優劣進行認真比較；對不同裝載方式對AGV運行效率的影響程度進行比較；對AGV的行走方式進行合理選擇等。未來系統的可靠性、安全性及高效性是項目應用成敗的關鍵，無論是機械設計、電氣設計還是軟件設計，都應該遵循“簡單而可靠”的原則。因此筆者認為，能讓空載AGV自由通行的裝載方式，簡單而可靠的導引方式更應該值得關注。

四、發展瓶頸與建議

盡管我國在物流機器人技術上已取得了巨大進步，但與工業發達國家相比，在技術成熟度、應用適應性等方面還有著較大差距。我們必須認識到中國物流機器人產業技術仍然較為薄弱，不少關鍵部件仍依賴進口，以六軸以上多關節機器人為例，仍有90%以上自國外進口。在電商、快遞行業的猛速發展下，越來越多的人選擇了從網上購物，市場對倉儲物流機器人應用提出了更多、更高的需求。如何沖破技術瓶頸，加速我國物流機器人發展，提高其應用水平，成為國產機器人行業進一步要解決的問題。

需要指出的是，我國AGV行業之所以還沒有完全成長起來，魚龍混雜，用戶對產品功能識別性低，關鍵在于產品標準滯后。雖然國家已出臺有關標準，但不是強制性標準，而是推薦性標準，形同虛設，不利于市場規范發展。

另外，人才缺乏也是制約我國物流機器人行業發展的一個重要因素。由于物流行業工作人員大多沒有受過項目復雜度、艱難程度的考驗，對于物流機器人技術缺乏更深刻的認識和理解。因此，需要更專業的研發人員、設計人員來推動物流機器人技術的發展和應用。

挑戰與機會并存。雖然AGV在中國發展了20多年，但產品標準、產品質量、售后服務等問題一直困擾著行業。在此筆者對國內物流機器人特別是AGV行業的發展提幾點建議：第一，行業的發展需要更多的專業人才，加大專業技術人才培養應該成為高校、企業的長期規劃；第二，共同建立起AGV產品標準體系和質量體系，維護好來之不易的AGV市場；第三，在相同的產品標準體系下，共同建立起完善的售后服務體系；第四，逐漸進行產業細分，加大AGV專用器件的通用化，加大軟件平臺通用化；第五，規范行業宣傳，提高用戶對AGV產品的認知水平。

李克強總理在2016年的《政府工作報告》中說到“提升消費品品質”時，強調要“培育精益求精的工匠精神”。“工匠精神”就是對產品精雕細琢，精益求精的執著理念。AGV行業需要這種“工匠精神”！