重載AGV市場與技術(shù)發(fā)展概述

文/ 盧玉峰

新松機(jī)器人自動化股份有限公司

重載AGV主要應(yīng)用在重型設(shè)備（貨物）的生產(chǎn)或搬運(yùn)場景中，如工程機(jī)械、汽車及零部件、鋼鐵制造、飛機(jī)制造等行業(yè)。近年來，各行業(yè)對重載AGV的需求量不斷上升，而隨著載重的增大，重載AGV的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度隨之增加。本文介紹了重載AGV的主要特點(diǎn)、市場需求、技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用案例。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來看，重載AGV需要采用承載及驅(qū)動能力更強(qiáng)的AGV專用驅(qū)動輪；電機(jī)功耗和工作電流都將加大；AGV框架強(qiáng)度需要加強(qiáng)；舉升形式也多由電動改為液壓舉升。

近年來，中國制造業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級，制造工廠物流系統(tǒng)向自動化、智能化方向加快發(fā)展。超大超重物品的搬運(yùn)存在需要人力多、勞動強(qiáng)度大、作業(yè)效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)高等難點(diǎn)，重載AGV以其靈活性、安全性及作業(yè)效率高等優(yōu)勢受到青睞，市場需求大幅增加。

一、重載AGV 及其主要特點(diǎn)

1.新松對重載AGV 的定義

重載AGV是用于重型部件搬運(yùn)或裝配的輸送工具，可以根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行對應(yīng)的非標(biāo)設(shè)計(jì)，增加升降、轉(zhuǎn)載等機(jī)構(gòu)來滿足用戶的使用需求。不過，對于載重大于多少噸位才被定義為重載AGV，業(yè)界沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

基于新松長時間的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，隨著載重的增大，AGV的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度隨之增加。當(dāng)載重達(dá)到5噸左右，AGV的車體結(jié)構(gòu)便無法按照輕載的設(shè)計(jì)思路執(zhí)行。需要采用承載及驅(qū)動能力更強(qiáng)的AGV專用驅(qū)動輪；電機(jī)功耗和工作電流都將加大；AGV框架強(qiáng)度需要加強(qiáng)；舉升形式也多由電動改為液壓舉升。因此，新松習(xí)慣將5噸及以上AGV定義為重載AGV。

2.重載AGV 核心指標(biāo)及特點(diǎn)

（1）重載AGV最重要的標(biāo)志就是載重大、技術(shù)難度高。AGV承載輕則數(shù)噸，重則幾百噸，隨著承載力的增加，AGV的導(dǎo)航控制難度、機(jī)械設(shè)計(jì)難度、安全防護(hù)難度都大大提高。這無疑對AGV制造商的綜合能力要求更高。

（2）安全性。重載AGV在工業(yè)廠房以及戶外使用過程中，安全性是非常重要的考核指標(biāo)，工業(yè)用無人駕駛自動運(yùn)行的重載型AGV安全應(yīng)能達(dá)到ISO 3691標(biāo)準(zhǔn)，安全等級根據(jù)PL級別進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)裝有急停、接觸式防護(hù)裝置、非接觸式防護(hù)裝置（有安全認(rèn)證）、運(yùn)行指示燈、聲音報(bào)警器、制動器、失速保護(hù)功能以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安全防護(hù)等。

（3）速度。重載AGV滿載時體積較大，重量非常大，所以運(yùn)行速度一般都是在0.5m/s以下，這主要根據(jù)重載AGV的運(yùn)行環(huán)境、急停后的剎車距離等因素決定，不建議重載AGV在運(yùn)行時以大于0.5m/s的速度進(jìn)行工作。

（4）應(yīng)用廣泛。重載AGV幾乎可以應(yīng)用到所有的有重型貨物或者部件搬運(yùn)或者組裝的場景中。這個重量級別的貨物或是零部件，無論是吊裝搬運(yùn)，還是轉(zhuǎn)運(yùn)組裝，都是一個難點(diǎn)。采用AGV可以減少工件的吊裝次數(shù)，提高系統(tǒng)安全性，尤其在轉(zhuǎn)運(yùn)組裝的應(yīng)用中，AGV可以根據(jù)工藝需求定制上部工裝，來輔助重型部件組裝，提高裝配效率和安全性，也能降低工人的勞動強(qiáng)度。

二、重載AGV 關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)

1.驅(qū)動技術(shù)

重載AGV要求AGV驅(qū)動輪要有足夠的承壓能力與驅(qū)動能力，同時需要多個驅(qū)動輪協(xié)同工作。這些驅(qū)動輪間的協(xié)調(diào)控制直接決定了AGV的整體效率，同時也決定了AGV行走的平穩(wěn)度和可靠性。另外，還要考慮地面不平可能導(dǎo)致部分驅(qū)動輪不能與地面很好接觸而產(chǎn)生懸空的情況。需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況設(shè)計(jì)合適的“懸掛”結(jié)構(gòu)，保證每個驅(qū)動輪都能與地面良好接觸，以提供足夠的驅(qū)動力。

2.AGV 導(dǎo)航技術(shù)

導(dǎo)航技術(shù)是AGV 區(qū)別于人工駕駛車輛的關(guān)鍵。對于重載AGV來講，導(dǎo)航控制的可靠性尤為重要。如果AGV導(dǎo)航出現(xiàn)故障，承載著重型貨物的AGV偏離運(yùn)行軌道是非常危險(xiǎn)的。因此，在重載AGV導(dǎo)航技術(shù)上，需要采用雙閉環(huán)甚至是多閉環(huán)的控制方式，確保AGV導(dǎo)航技術(shù)穩(wěn)定可靠。

3.戶外防護(hù)技術(shù)

在目前的應(yīng)用中，戶外的使用場景越來越多，需要考慮到雨雪、沙塵對AGV車體的影響。在AGV設(shè)計(jì)時，要重點(diǎn)考慮AGV戶外導(dǎo)航可靠性和AGV戶外充電安全等環(huán)境因素。

4.非標(biāo)設(shè)計(jì)能力

在重載AGV的設(shè)計(jì)過程中，需要考慮用戶現(xiàn)場的實(shí)際需求情況，如工件的重心、對AGV的尺寸要求、貨物的轉(zhuǎn)載對接形式等因素。這些都決定了項(xiàng)目的成敗，因此對AGV廠商的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力要求非常高。

5.技術(shù)挑戰(zhàn)

雖然近5年國內(nèi)重載AGV企業(yè)不斷涌現(xiàn)，共同推進(jìn)著整個行業(yè)的技術(shù)飛速發(fā)展，但國內(nèi)企業(yè)仍在一定程度上面臨著國外企業(yè)的技術(shù)封鎖。國外傳統(tǒng)重載型AGV廠家起步較早，在機(jī)械方面和電氣方面，擁有自主研發(fā)的專利型單元提供整體的技術(shù)支撐。尤其是核心控制器，多通過EtherCAT總線型控制，對多驅(qū)動單元進(jìn)行實(shí)時控制，控制周期非常短。

重載AGV 的應(yīng)用集中在重型設(shè)備（貨物）的生產(chǎn)或搬運(yùn)場景中，如工程機(jī)械、汽車及零部件、鋼鐵制造、飛機(jī)制造、港口集裝箱搬運(yùn)等行業(yè)。由于每個行業(yè)的工藝需求不同，重載AGV 的設(shè)計(jì)及應(yīng)用形式也有很大差別。

相比之下，目前國內(nèi)的重載AGV技術(shù)基本采用自主控制器或者西門子PLC等作為主控制器，通過CAN總線對多伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制，控制周期比國外的技術(shù)要長一些，而且高性能芯片和核心控制器基本受制于國外的技術(shù)。我們應(yīng)該直面這種差距，這也是整個行業(yè)的努力方向，需要我們不斷創(chuàng)新，走出一條屬于自己的技術(shù)路線，加大高性能控制器的研發(fā)投入，縮小核心技術(shù)差距，把主動權(quán)握在自己手中。

三、重載AGV 市場需求及發(fā)展趨勢

1.重載AGV 市場需求

從新松的視角來看，重載AGV需求從2010年前后開始逐步增多，到2015年重載多輪控制技術(shù)發(fā)展成熟，標(biāo)志著中國重載AGV自主設(shè)計(jì)與制造能力已經(jīng)不受載重限制。只要AGV尺寸允許，理論上AGV的承載能力是沒有上限的。從2018年到現(xiàn)在，隨著重載AGV需求量每年20%以上的大幅增加，更多企業(yè)看到了重載AGV的市場前景，投身到這個行業(yè)中，一起加快了重載AGV技術(shù)的進(jìn)步和制造成本下降。產(chǎn)品性價(jià)比的優(yōu)化又刺激了市場需求的增加。預(yù)計(jì)2023年，重載AGV市場規(guī)模將突破10億元（2022年AGV行業(yè)數(shù)據(jù)還沒有統(tǒng)計(jì)完全，很可能2022年就已經(jīng)達(dá)到了這個規(guī)模）。

重載AGV的應(yīng)用集中在重型設(shè)備（貨物）的生產(chǎn)或搬運(yùn)場景中，如工程機(jī)械、汽車及零部件、鋼鐵制造、飛機(jī)制造、港口集裝箱搬運(yùn)等行業(yè)。由于每個行業(yè)的工藝需求不同，重載AGV的設(shè)計(jì)及應(yīng)用形式也有很大差別。例如，工程機(jī)械行業(yè)和汽車行業(yè)，將重載AGV用于部件或整機(jī)的輔助裝配，對AGV的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)要求更嚴(yán)格一些，以便更好地滿足裝配過程中的人機(jī)工程要求，特別注重近距離操作防護(hù)安全。同時，因?yàn)檠b配車間人員走動頻繁，物流車輛交叉也較多，對AGV運(yùn)行速度要求不高。

而在與港口集裝箱搬運(yùn)類似的戶外搬運(yùn)需求中，更多的是要求AGV對戶外環(huán)境及地面不平度的適應(yīng)，為了達(dá)到運(yùn)輸效率，速度可以適當(dāng)提高一些，安全防護(hù)同樣重要，但更側(cè)重的是導(dǎo)航的可靠性及停車的安全性。

2.需求變化趨勢

（1）隨著AGV導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，柔性更好的自然輪廓導(dǎo)航正逐步替代原有的磁條、二維碼等導(dǎo)航形式。在重載AGV使用場景中，也越來越多地采用了自然輪廓導(dǎo)航。該導(dǎo)航無需借助磁條或者反光板，可以自動精準(zhǔn)地構(gòu)建地圖，導(dǎo)航性能更加穩(wěn)定可靠。

（2）重載AGV 的應(yīng)用已經(jīng)不限于在室內(nèi)，戶外的運(yùn)送需求，從小到10 余噸的柴油機(jī)成品搬運(yùn)，至大到近百噸的集裝箱輸送，都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

（3）重載AGV的使用也不僅僅用于物料的搬運(yùn)，將逐步承擔(dān)起重型設(shè)備輔助裝配的功能，例如工程機(jī)械設(shè)備的組裝、重型卡車裝配等等。在這個過程中，AGV的非標(biāo)設(shè)計(jì)量加大，需要針對工藝情況選用新的驅(qū)動形式、導(dǎo)航形式等。同時，多車聯(lián)動技術(shù)在重載AGV項(xiàng)目應(yīng)用中也將會越來越多。通過多車聯(lián)動技術(shù)，可以將載重分配到2臺或者多臺AGV上。AGV車體可以做得更小、更靈活，來適應(yīng)不同工況的需求。

四、新松重載AGV 應(yīng)用案例

目前新松的重載AGV產(chǎn)品有很多種，按照導(dǎo)航方式分為自然輪廓導(dǎo)航、磁導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、基站導(dǎo)航等等。這些導(dǎo)航方式所采用的導(dǎo)航傳感器多為新松自主研發(fā)。在實(shí)際應(yīng)用中，新松會根據(jù)實(shí)際工況選用最合適的導(dǎo)航形式。如果環(huán)境復(fù)雜，則會采用多種導(dǎo)航并用的方式來保證導(dǎo)航的可靠性，同時提高輸送效率。在其它方面，新松按照客戶的需求定制AGV車體及附屬機(jī)構(gòu)，以便最大程度地與用戶工藝相匹配。在汽車行業(yè)、核工業(yè)、飛機(jī)制造、港口等眾多行業(yè)領(lǐng)域，都可以看到新松重載AGV的身影。

下面介紹4個新松重載AGV的典型應(yīng)用案例。

1.動車車架檢修AGV

動車車架檢修AGV

新松于2010年至2015年為全國各動車檢修基地提供了動車車架檢修用AGV。該項(xiàng)目包含載重5～10噸的各類AGV 50余臺。這使得新松成為國內(nèi)最早生產(chǎn)重載AGV的企業(yè)之一。

2.沖壓車間模具及鋼板轉(zhuǎn)運(yùn)AGV

沖壓車間模具及鋼板轉(zhuǎn)運(yùn)AGV

隨著汽車行業(yè)設(shè)計(jì)節(jié)拍越來越高，對沖壓車間壓機(jī)換模具的頻次及節(jié)拍效率要求也越來越高。新松研發(fā)的重載AGV通過背負(fù)式、輥道式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)模具和板料在各工位之間或工位與壓機(jī)之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，其中模具轉(zhuǎn)運(yùn)AGV的承載能力達(dá)到60噸。

3.重型卡車裝配AGV

重型卡車裝配AGV

2018年新松推出重卡裝配AGV。這種AGV采用雙車聯(lián)動技術(shù)，替代傳統(tǒng)拖鏈線，實(shí)現(xiàn)重卡底盤及整車的輔助裝配，載重10～20噸。

4.港口用重載AGV

港口用重載AGV

2020年新松重載AGV走出國門，為某大型港口提供數(shù)十臺港口用重載AGV，實(shí)現(xiàn)集裝箱的自動轉(zhuǎn)運(yùn)，AGV設(shè)計(jì)載重為65噸。該AGV采用多種先進(jìn)技術(shù)，一方面適應(yīng)了現(xiàn)場高溫、鹽霧等復(fù)雜環(huán)境，另一方面攻克了地面高低不平、吊裝沖擊等一系列應(yīng)用難題。