自主移動機器人繼續(xù)重塑物流和物料搬運

對于幾乎所有需要運輸、存儲或加工實物商品的行業(yè)來說，物流中心都是供應(yīng)鏈的重要組成部分?，F(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。這些趨勢進(jìn)一步推動了自主移動機器人 (AMR) 的進(jìn)步，這些機器人被視為未來物流中心運營的重要組成部分，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，強調(diào)實現(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，它們在哪里使用？

AMR 與其前身自主機器人 (AR) 或自主導(dǎo)引車 (AGV) 不同，它們可以獨立移動，而不是安裝在固定位置或固定軌道上，任務(wù)有限，例如機器人裝配臂。AMR 的機動性使這些機器人能夠在工業(yè)環(huán)境中提供更廣泛的服務(wù)和更大的靈活性，因為通常不需要操作員或預(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)、倉儲和制造業(yè)務(wù)的原因。

現(xiàn)代 AMR 中設(shè)計的傳感器和人工智能/機器學(xué)習(xí) (AI/ML) 功能使這些機器能夠真正無引導(dǎo)地運行，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，這些機器中的許多機器采用堅固耐用的設(shè)計，便于它們在危險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、電機控制/驅(qū)動技術(shù)、電池/充電系統(tǒng)、傳感器和無線通信功能。這些技術(shù)的每個方面都必須經(jīng)過精心設(shè)計和實施，以實現(xiàn)最佳效率、安全性和生產(chǎn)力。

大腦：人工智能/機器學(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)字信號處理器 (DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列 (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)計和實施基礎(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用于最有效地處理傳感器數(shù)據(jù)、通信和操作移動性所需的控制系統(tǒng)。

通常，所需的響應(yīng)時間、視覺系統(tǒng)幀速率和任務(wù)復(fù)雜性驅(qū)動 AMR 在給定級別執(zhí)行的資源需求。另一個因素是開發(fā)時間和資源。AI/ML 系統(tǒng)的這兩個實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、運動控制或安全性。

布朗：電機控制和電機技術(shù)

要使 AMR 具有移動性，它需要驅(qū)動技術(shù)、能量存儲和能量傳輸/充電系統(tǒng)。這些系統(tǒng)很可能會作為電動機、電池存儲和電能充電來實現(xiàn)，類似于電動汽車所使用的系統(tǒng)。對于最高效和可靠的 AMR 電機系統(tǒng)，最常見的是用于驅(qū)動的無刷直流 (BLDC) 電機和用于操作功能的步進(jìn)電機。這類似于電動工具和電子機械設(shè)備中使用的技術(shù)，例如計算機數(shù)控 (CNC) 銑床。這些系統(tǒng)需要電機驅(qū)動器和復(fù)雜的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)運動和機械手控制的可靠運行。

膽量：電池和充電技術(shù)

雖然系留操作對于履帶式或固定式機器人系統(tǒng)是可行的，但 AMR 通常需要自供電。這需要機載能量存儲和可能涉及與充電器對接的充電系統(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時間。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 自行對接和充電，

眼睛：傳感器、相機、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)對于 AMR 成功導(dǎo)航、確保安全并避免損壞自身、財產(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、紅外 (IR) 相機、超聲波測距傳感器、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 AMR，無線通信對于 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)但不一定對時間要求嚴(yán)格，則 Wi-Fi 可能適合。新興的 5G 解決方案促進(jìn)了大規(guī)模機器類型通信 (mMTC) 和超可靠低延遲通信 (URLLC)。如果正在交換時間關(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)雜機器，必須對這些子系統(tǒng)進(jìn)行選擇、設(shè)計、編程和集成，以實現(xiàn)可靠、安全和高效的 AMR。

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