AGV（Automated Guided Vehicle）以工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人的身份在國(guó)內(nèi)應(yīng)用發(fā)展超過(guò)25年了，從最初的引進(jìn)技術(shù)，到現(xiàn)在的自主研發(fā)、行業(yè)壯大，甚至技術(shù)超越，經(jīng)歷了“引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新”的全過(guò)程。近幾年，隨著國(guó)家“制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”和“智能制造”戰(zhàn)略的落實(shí)，AGV從幾乎不為人知的小眾產(chǎn)品成長(zhǎng)為了具有一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，各行業(yè)對(duì)AGV都呈現(xiàn)出了旺盛的需求。而更為欣喜的是，新概念、新技術(shù)、新人才、新實(shí)體不斷涌現(xiàn)，行業(yè)規(guī)范、行業(yè)細(xì)分也逐漸走上了正軌。近年來(lái)，行業(yè)中出現(xiàn)了AMR（Autonomous Mobile Robot）這一新概念，本文將從技術(shù)發(fā)展歷史及其技術(shù)特征來(lái)談?wù)凙GV與AMR。
1. 歷史沿革
AGV最早出現(xiàn)在上世紀(jì)50年代的美國(guó)，按照機(jī)器人的三大特征，即代替人進(jìn)行工作；具有通用性；直接對(duì)外界作用，AGV隸屬機(jī)器人。由于最早的功能就是物料搬運(yùn)，所以用了Vehicle（運(yùn)載工具）這一英文單詞。在2003年前的一些文獻(xiàn)資料中，AGV的英文名詞其實(shí)也沒(méi)有完全統(tǒng)一，有稱(chēng)其為Autonomous Ground Vehicle的、有稱(chēng)其為Automatic Guided Vehicle或Autonomous Guided Vehicle的，甚至也有直接稱(chēng)其為Unmanned Vehicle的。在國(guó)內(nèi)的名稱(chēng)也很雜亂，曾經(jīng)出現(xiàn)“無(wú)人小車(chē)”、“無(wú)人搬運(yùn)車(chē)”、“自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車(chē)”等。
2011年，在全國(guó)物流倉(cāng)儲(chǔ)標(biāo)委會(huì)成立時(shí)，要求制定相關(guān)產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在結(jié)合了多位專(zhuān)家的建議后，最終將此類(lèi)產(chǎn)品的中文名稱(chēng)定義為“自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)”，英文名稱(chēng)選用了Automated Guided Vehicle，即AGV。上世紀(jì)六十年代，為了突出與玩具及人形機(jī)器人的區(qū)別，把工業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人稱(chēng)為工業(yè)機(jī)器人；二十多年前，為了突出與其他工業(yè)機(jī)器人的區(qū)別，又出現(xiàn)了一個(gè)比較學(xué)術(shù)的英文名詞——WMR（Wheeled Mobile Robot），即輪式移動(dòng)機(jī)器人，其典型代表就是美國(guó)2003年的“勇氣號(hào)”火星車(chē)。這樣起來(lái)看，AGV就是“工業(yè)應(yīng)用的輪式移動(dòng)機(jī)器人”。最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的定義是：具備物料運(yùn)輸或操作能力，以輪式移動(dòng)為特征，基于環(huán)境標(biāo)記物或外部引導(dǎo)信號(hào)，沿預(yù)設(shè)路線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的自主移動(dòng)設(shè)備。
AMR是Autonomous Mobile Robot的英文縮寫(xiě)，即自主移動(dòng)機(jī)器人。從字面上理解，AMR的范圍應(yīng)該很廣，天上飛的無(wú)人機(jī)（UAV-Unmanned Aerial Vehicle），水中游的無(wú)人潛航器（UUV-Unmanned Underwater Vehicle 以及AUV-Autonomous Underwater Vehicle），也都應(yīng)該屬于此類(lèi)。但在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，AMR同樣是“工業(yè)應(yīng)用的輪式移動(dòng)機(jī)器人”。
2. AMR與AGV的區(qū)別
AMR與AGV的區(qū)別更多應(yīng)該表現(xiàn)在“自主性（Autonomous）”上，但到目前為止，并沒(méi)有看到AMR的準(zhǔn)確定義，看到的僅僅是一些國(guó)外市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)關(guān)于AMR與AGV區(qū)別的描述，那些描述都無(wú)法給AMR定性。其中典型的表述：
AMRs, unlike AGVs use on-board navigation, rather than external markers for localization, typically AMRs use SLAM based navigation, but this is not always the case，——以SLAM導(dǎo)航為基礎(chǔ)，不需借助外部標(biāo)記物，但也不都是這樣；
AGVs using SLAM navigation are normally referred to as AMRs, but as there are shades of grey, it has never been properly defined when a vehicle is an AGV or an AMR，——用SLAM導(dǎo)航的AGV通常就被稱(chēng)為AMR，但不可能準(zhǔn)確定義一輛車(chē)是什么時(shí)候是AGV、什么時(shí)候是AMR。
從這些表述中總結(jié)AMR的特征：第一SLAM導(dǎo)航；第二不需要外部標(biāo)記物；第三不能完全肯定。其中都沒(méi)有提到AMR的“自主（Autonomous）”特征。什么是AMR呢？根據(jù)筆者的認(rèn)知，“不需要外部標(biāo)記”是必要特征，但如果SLAM僅僅用于導(dǎo)航定位，與別的導(dǎo)航算法（如NDT）作用是一樣的，因此，AMR的“自主”應(yīng)該與導(dǎo)航算法無(wú)關(guān)，更多是關(guān)于“預(yù)設(shè)路徑”還是“非預(yù)設(shè)路徑”的問(wèn)題，否則無(wú)法區(qū)別于被稱(chēng)為“輪廓導(dǎo)航”、“環(huán)境導(dǎo)航”又或是“自然導(dǎo)航”的AGV，因?yàn)檫@些導(dǎo)航同樣“不需要外部標(biāo)記”。再則，根據(jù)市場(chǎng)描述AMR非常重要的特征是：主動(dòng)繞行障礙物。主動(dòng)繞行的確是AMR計(jì)算的“非預(yù)設(shè)路徑”，但問(wèn)題是“能夠主動(dòng)繞行障礙物的自然導(dǎo)航AGV”就是AMR么？如果不是，AMR的“自主性”的范圍就值得商榷了！
目前，自然導(dǎo)航AGV與AMR都須在已知的環(huán)境中運(yùn)行，即事先構(gòu)建并獲得運(yùn)行環(huán)境的全局坐標(biāo)，都必須知道自己的當(dāng)前位置和目標(biāo)點(diǎn)的位置；當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)確定后，在行駛路徑上，AMR運(yùn)行有兩種模式：一種是AMR按事先規(guī)劃的預(yù)設(shè)路徑（地圖）運(yùn)行，當(dāng)在行駛路徑遇到障礙時(shí)，能夠繞行障礙。而目前自然導(dǎo)航AGV遇到障礙時(shí)停止，障礙物消失后延時(shí)自動(dòng)運(yùn)行或等待人工確認(rèn)。另一種是AMR根據(jù)坐標(biāo)信息或是尋找目標(biāo)特征，動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑，即非預(yù)設(shè)路徑，自主決定可行使的區(qū)域。而自然導(dǎo)航AGV是由上位系統(tǒng)或單機(jī)自身對(duì)預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行“搜索”，中獲取運(yùn)行信息，并按預(yù)設(shè)路徑進(jìn)行“導(dǎo)引（Guided）”或路徑跟蹤，一旦運(yùn)行范圍超過(guò)安全區(qū)域（Safety zoon）即為故障。
如果AMR是第一種模式，那么“能夠主動(dòng)繞行障礙物的自然導(dǎo)航AGV”就是AMR了，AMR與自然導(dǎo)航AGV也就沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，是部分功能（繞障）的增強(qiáng)，自然導(dǎo)航AGV可實(shí)現(xiàn)。
如果是第二種模式，AMR將可能具備很大的優(yōu)越性。體現(xiàn)在交通管理方面，由于單機(jī)具備動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃能力，當(dāng)多臺(tái)AMR相遇時(shí)，能夠主動(dòng)避讓?zhuān)粫?huì)出現(xiàn)“死鎖”現(xiàn)象。而對(duì)AGV系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，單機(jī)必須按路徑行駛，無(wú)論是上位系統(tǒng)分配路徑還是單機(jī)申請(qǐng)路徑，都不可避免出現(xiàn)阻塞甚至“死鎖”現(xiàn)象。
這樣分析下來(lái)，AMR的主動(dòng)性應(yīng)該體現(xiàn)在：?jiǎn)螜C(jī)能夠即時(shí)動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑。“非預(yù)設(shè)路徑”才是AMR唯一的標(biāo)簽，也只有這個(gè)功能AGV才不具備，畢竟是經(jīng)過(guò)“導(dǎo)引（Guided）”的，即使出現(xiàn)局部“盲導(dǎo)（Blind）”，也須運(yùn)行在預(yù)設(shè)路徑上。
3. 可能產(chǎn)生的影響
1999年，美國(guó)MHI（Material Handling Industry）曾發(fā)布了一份關(guān)于AGV的公開(kāi)技術(shù)資料，系統(tǒng)地描述了AGV的基礎(chǔ)知識(shí)，并總結(jié)了使用AGV的好處（Benefits）。雖然過(guò)去了20年，但其中關(guān)于AGV單機(jī)運(yùn)行最重要的幾個(gè)特征（安全性、可預(yù)期性、可重復(fù)性等）仍然值得重視。我們簡(jiǎn)單討論一下，在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合中“非預(yù)設(shè)路徑”的移動(dòng)機(jī)器人可能產(chǎn)生的影響：
安全性（Safety）——在絕大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合中，出于安全的考慮，人員路徑、物流路徑被事先指定，也就限制了移動(dòng)機(jī)器人對(duì)路徑的動(dòng)態(tài)規(guī)劃功能，只能在被允許的區(qū)域內(nèi)安全運(yùn)行，超出該區(qū)域?qū)⒈徽J(rèn)為不安全；
可預(yù)期性（Predictability）——對(duì)于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用需求，更希望移動(dòng)機(jī)器人的任務(wù)可被預(yù)期，其中最重要的是任務(wù)執(zhí)行時(shí)間可預(yù)期，“非預(yù)設(shè)”路徑增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，不可預(yù)測(cè)性增大；
可重復(fù)性（Repeatability）——AGV最初的基本用途就是在重復(fù)的路徑上搬運(yùn)貨物。可重復(fù)、可再現(xiàn)也是工業(yè)應(yīng)用的基本要求，與可預(yù)期性類(lèi)似。“非預(yù)設(shè)”將使移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行路徑的重復(fù)概率大大降低。
筆者認(rèn)為，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的AMR系統(tǒng)大多數(shù)是局部的“非預(yù)設(shè)路徑”，在已實(shí)施的系統(tǒng)中，單機(jī)承載和尺寸都較小，靈活性較高，能夠主動(dòng)避障繞行，體現(xiàn)出更先進(jìn)的一面，但在實(shí)際的應(yīng)用中，必須注重周?chē)h(huán)境（包括垂直方向）識(shí)別，以確保避障繞行時(shí)的安全；AGV按“預(yù)設(shè)路徑”運(yùn)行，安全性及運(yùn)行秩序相對(duì)可控，但也應(yīng)汲取AMR的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)更加柔性化，可以想象，未來(lái)AGV系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)區(qū)域性的開(kāi)放，即在特定區(qū)域內(nèi)沒(méi)有預(yù)設(shè)路徑限制，單機(jī)能夠自主行駛；在任務(wù)優(yōu)化調(diào)度方面兩者使用技術(shù)是相通的；而交通管理方面，AGV系統(tǒng)的“潮汐”動(dòng)態(tài)路徑，“十字路”編隊(duì)通過(guò)等技術(shù)也值得AMR系統(tǒng)借鑒。
4. 總結(jié)
為了突出自身特點(diǎn)，區(qū)別于傳統(tǒng)AGV，部分新興企業(yè)更愿意稱(chēng)自己的產(chǎn)品為AMR。但行業(yè)內(nèi)的傳統(tǒng)企業(yè)，在解釋不清AGV與AMR的區(qū)別時(shí)，只能繼續(xù)把自己的產(chǎn)品稱(chēng)為AGV，與人的名字一樣，叫了一輩子的“張三”，突然改名會(huì)讓人感覺(jué)很奇怪。
就目前情況看來(lái)，AMR與“位置估算（Dead reckoning）”導(dǎo)航算法的AGV沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，只是部分功能的增減，應(yīng)相互借鑒優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是AGV或是AMR只是產(chǎn)品“代號(hào)”，應(yīng)當(dāng)理性認(rèn)識(shí)、理性宣傳。
12月15-17日，由中國(guó)移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦的“2021 中國(guó)移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）行業(yè)發(fā)展年會(huì)”將在北京舉行，敬請(qǐng)期待！CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟年會(huì)，是一年中最為重要的行業(yè)會(huì)議，會(huì)聊宏觀經(jīng)濟(jì)的走勢(shì)，做到自上而下的研判；會(huì)討論投資策略，以及風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避；會(huì)聊產(chǎn)業(yè)發(fā)生的趨勢(shì)變化、探討行業(yè)問(wèn)題等。年會(huì)是打開(kāi)視野、提升認(rèn)知、抓基調(diào)、定主線(xiàn)的重要時(shí)刻。期待每一位與會(huì)嘉賓的真知灼見(jiàn)。
