自主移動(dòng)機(jī)器人繼續(xù)重塑物流和物料搬運(yùn)

對(duì)于幾乎所有需要運(yùn)輸、存儲(chǔ)或加工實(shí)物商品的行業(yè)來說，物流中心都是供應(yīng)鏈的重要組成部分。現(xiàn)在在這些中心完成的訂單數(shù)量，以及材料處理的類型和方法，在全球范圍內(nèi)都在增加。越來越多的人采用自治系統(tǒng)來安全有效地處理物流中心履行中不斷增加的數(shù)量和復(fù)雜性。這些趨勢(shì)進(jìn)一步推動(dòng)了自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 的進(jìn)步，這些機(jī)器人被視為未來物流中心運(yùn)營(yíng)的重要組成部分，可提高工人的安全性、靈活性、效率和生產(chǎn)力。1

在這里，我們一般性地討論 AMR，強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)最新一代 AMR 的技術(shù)以及該技術(shù)將如何影響物流供應(yīng)鏈。

什么是 AMR，它們?cè)谀睦锸褂茫?/p>

AMR 與其前身自主機(jī)器人 (AR) 或自主導(dǎo)引車 (AGV) 不同，它們可以獨(dú)立移動(dòng)，而不是安裝在固定位置或固定軌道上，任務(wù)有限，例如機(jī)器人裝配臂。AMR 的機(jī)動(dòng)性使這些機(jī)器人能夠在工業(yè)環(huán)境中提供更廣泛的服務(wù)和更大的靈活性，因?yàn)橥ǔ２恍枰僮鲉T或預(yù)定義路徑。這種靈活性是 AMR 現(xiàn)在用于全球醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、倉儲(chǔ)和制造業(yè)務(wù)的原因。

現(xiàn)代 AMR 中設(shè)計(jì)的傳感器和人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí) (AI/ML) 功能使這些機(jī)器能夠真正無引導(dǎo)地運(yùn)行，甚至可以使用同步定位和映射 (SLAM) 在具有意想不到的障礙物的未知環(huán)境中導(dǎo)航。此外，這些機(jī)器中的許多機(jī)器采用堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì)，便于它們?cè)谖ｋU(xiǎn)或人類操作員難以導(dǎo)航或完成所需任務(wù)的環(huán)境中使用。

AMR 的剖析

AMR 要提供這些功能，需要一套板載 AI/ML 資源、電機(jī)控制/驅(qū)動(dòng)技術(shù)、電池/充電系統(tǒng)、傳感器和無線通信功能。這些技術(shù)的每個(gè)方面都必須經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和實(shí)施，以實(shí)現(xiàn)最佳效率、安全性和生產(chǎn)力。

大腦：人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)

AI/ML 系統(tǒng)涉及各種硬件解決方案的廣泛開發(fā)和潛在使用，包括微處理器單元 (MCU)、數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 和圖形處理單元 (GPU)。在 AI/ML 技術(shù)被認(rèn)為有效/安全并部署之前，設(shè)計(jì)和實(shí)施基礎(chǔ) AI/ML 系統(tǒng)需要一套完全不同的工具。通常，這些硬件解決方案中的多個(gè)用于最有效地處理傳感器數(shù)據(jù)、通信和操作移動(dòng)性所需的控制系統(tǒng)。

通常，所需的響應(yīng)時(shí)間、視覺系統(tǒng)幀速率和任務(wù)復(fù)雜性驅(qū)動(dòng) AMR 在給定級(jí)別執(zhí)行的資源需求。另一個(gè)因素是開發(fā)時(shí)間和資源。AI/ML 系統(tǒng)的這兩個(gè)實(shí)施方面都可以通過使用預(yù)先打包的硬件和軟件套件或捆綁包來加速，以解決各種 AMR 挑戰(zhàn)，例如 3D 視覺、運(yùn)動(dòng)控制或安全性。

布朗：電機(jī)控制和電機(jī)技術(shù)

要使 AMR 具有移動(dòng)性，它需要驅(qū)動(dòng)技術(shù)、能量存儲(chǔ)和能量傳輸/充電系統(tǒng)。這些系統(tǒng)很可能會(huì)作為電動(dòng)機(jī)、電池存儲(chǔ)和電能充電來實(shí)現(xiàn)，類似于電動(dòng)汽車所使用的系統(tǒng)。對(duì)于最高效和可靠的 AMR 電機(jī)系統(tǒng)，最常見的是用于驅(qū)動(dòng)的無刷直流 (BLDC) 電機(jī)和用于操作功能的步進(jìn)電機(jī)。這類似于電動(dòng)工具和電子機(jī)械設(shè)備中使用的技術(shù)，例如計(jì)算機(jī)數(shù)控 (CNC) 銑床。這些系統(tǒng)需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和復(fù)雜的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和機(jī)械手控制的可靠運(yùn)行。

膽量：電池和充電技術(shù)

雖然系留操作對(duì)于履帶式或固定式機(jī)器人系統(tǒng)是可行的，但 AMR 通常需要自供電。這需要機(jī)載能量存儲(chǔ)和可能涉及與充電器對(duì)接的充電系統(tǒng)。鋰離子 (Li-ion) 電池化學(xué)物質(zhì)是最常見的高密度儲(chǔ)能解決方案，具有直流快速充電 (DCFC) 功能，可將電網(wǎng)電力傳輸至 AMR 并最大限度地減少停機(jī)時(shí)間。鋰離子電池需要專門的充電、放電、平衡和其他電池安全/健康電子設(shè)備。雖然電子設(shè)備的充電可能不一定包含在 AMR 本身中，但需要安裝交流電 (AC) 到直流 (AC/DC) 逆變器和 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器，以便 AMR 自行對(duì)接和充電，

眼睛：傳感器、相機(jī)、3D Vision

為了讓 AMR 避開障礙物并在操作區(qū)景觀發(fā)生環(huán)境變化時(shí)成功重新規(guī)劃路線，AMR 需要一套傳感器來通知 AI/ML 算法周圍環(huán)境。這些視覺系統(tǒng)對(duì)于 AMR 成功導(dǎo)航、確保安全并避免損壞自身、財(cái)產(chǎn)或貨物是必不可少的。這些傳感器系統(tǒng)可以是傳統(tǒng)的可見光譜相機(jī)、紅外 (IR) 相機(jī)、超聲波測(cè)距傳感器、激光雷達(dá) (LiDAR)、紅外接近傳感器，甚至是 3D Vision 系統(tǒng)。傳感器數(shù)據(jù)的分辨率、采集時(shí)間和傳感器數(shù)量決定了 AI/ML 系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)吞吐量。為了獲得最佳性能和安全性，通常需要在幾毫秒內(nèi)完成此處理。

耳朵和嘴巴：無線通信系統(tǒng)

如果部署了多個(gè) AMR，無線通信對(duì)于 AMR 與設(shè)施系統(tǒng)以及彼此之間的通信至關(guān)重要。用于這些目的的常見無線標(biāo)準(zhǔn)包括 Wi- Fi? 、 4G LTE、BLUETOOTH? 、現(xiàn)在5G。所使用的無線通信系統(tǒng)的類型取決于 AMR 與設(shè)施或其他 AMR 之間可能需要的數(shù)據(jù)量和通信類型。如果只是偶爾從集中位置進(jìn)行軟件更新，4G LTE 可能就足夠了。如果交換大量數(shù)據(jù)但不一定對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格，則 Wi-Fi 可能適合。新興的 5G 解決方案促進(jìn)了大規(guī)模機(jī)器類型通信 (mMTC) 和超可靠低延遲通信 (URLLC)。如果正在交換時(shí)間關(guān)鍵的數(shù)據(jù)或可能需要確定性，它們可能是最可行的無線解決方案。

結(jié)論

AMR 是許多物流中心和制造任務(wù)的未來，在這些地方雇用人工操作員成本太高或不安全。AMR 是具有大量電子子系統(tǒng)的復(fù)雜機(jī)器，必須對(duì)這些子系統(tǒng)進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)、編程和集成，以實(shí)現(xiàn)可靠、安全和高效的 AMR。

1. 使用自主機(jī)器人推動(dòng)供應(yīng)鏈創(chuàng)新。德勤。2022 年 6 月 21 日訪問。