自主移動機器人持續(xù)重塑物流和物料搬運

物流中心是幾乎所有需要運輸、儲存或加工實物商品行業(yè)供應(yīng)鏈之重要組成部分。當下在全球范圍內(nèi)，這些物流中心完成訂單數(shù)量以及材料處理類型和方法都在不斷增加，自主系統(tǒng)越來越多得到采用，以便更安全有效地處理物流中心不斷增加的任務(wù)數(shù)量和復(fù)雜度。這些趨勢正在進一步推動自主移動機器人（AMR）發(fā)展，并被視為未來物流中心營運之重要組成部分，可提高工人安全性、靈活性、效率和生產(chǎn)力。

在此，本文討論著重于介紹支持最新一代AMR的技術(shù)，以及該技術(shù)將會如何影響物流供應(yīng)鏈。

什么是 AMR，它們在哪使用？

AMR與它們的前身自主機器人（AR）或自主導(dǎo)引車（AGV）不同，AMR是獨立自主移動，而不是安裝在固定位置，或局限于有限任務(wù)固定軌道上，例如機器人裝配臂。 AMR移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)先定義路徑。正是由于這種高靈活性，使 AMR 現(xiàn)在廣泛用于全球醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、倉儲和制造等多個行業(yè)。

現(xiàn)代 AMR 中設(shè)計的傳感器和人工智能/機器學(xué)習（AI/ML）功能使這些機器能夠真正在無人指導(dǎo)情況下運作，甚至可以使用同步定位和映射（SLAM）在具有意外障礙物未知環(huán)境中導(dǎo)航。此外，這些機器中，有許多采用堅固設(shè)計，有助于它們在對人類操作員來說非常危險，或難于進入并完成所需任務(wù)的環(huán)境中使用。

AMR剖析

AMR 要提供這些功能，需要一套板載 AI/ML 資源、馬達控制/驅(qū)動技術(shù)、電池/充電系統(tǒng)、傳感器和無線通信能力。必須仔細設(shè)計和實施這些技術(shù)各個層面，以實現(xiàn)更高效率、安全性和生產(chǎn)力。

大腦：人工智能/機器學(xué)習系統(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，其中包括微處理器單元（MCU）、數(shù)字信號處理器（DSP）、現(xiàn)場可程序化邏輯門陣列（FPGA）和圖形處理單元（GPU）等。設(shè)計和實施基本 AI/ML 系統(tǒng)需要一套完全不同工具，然后才能將 AI/ML 技術(shù)視為有效/安全和部署。通常這些硬件解決方案中多個可用于有效地處理傳感器數(shù)據(jù)、通訊和操作機器人移動所需控制系統(tǒng)。

通常，系統(tǒng)所需響應(yīng)時間、視覺系統(tǒng)幀率和任務(wù)復(fù)雜性決定了 AMR 在執(zhí)行特定級別任務(wù)時的資源需求。另一個因素是開發(fā)時間和擁有資源。AI/ML 系統(tǒng)方面都可以透過使用預(yù)先打包套件或硬件及軟件包來加速實施，以應(yīng)對3D 視覺、運動控制或安全性等各種 AMR 挑戰(zhàn)。

力量：馬達控制和馬達技術(shù)

要使 AMR 具有移動性，需要相應(yīng)驅(qū)動技術(shù)、能量儲存和能量傳輸/充電系統(tǒng)。這些系統(tǒng)很可能透過馬達、電池儲存和電能充電實現(xiàn)，類似于電動車使用的系統(tǒng)。對于更高效和更可靠 AMR 馬達系統(tǒng)，最常見驅(qū)動技術(shù)是采用無刷直流（BLDC）馬達和用于操作功能的步進馬達，這類似于計算機數(shù)值控制（CNC）銑床等電動工具和電子設(shè)備中使用技術(shù)，這些系統(tǒng)需要馬達驅(qū)動器和復(fù)雜控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)運動和機械手控制可靠運作。

能量：電池和充電技術(shù)

盡管系留操作（tethered operation）對于跟蹤或固定機器人系統(tǒng)可行，但 AMR 通常需要自供電，這需要車載能量儲存，還可能涉及與充電器對接充電系統(tǒng)。鋰離子（Li-ion）電池化學(xué)成分是最常見高密度儲能解決方案，可采用直流快速充電（DCFC） 將電網(wǎng)能量傳輸?shù)?AMR 并最大限度地減少停機時間。鋰離子電池需要專門充電、放電、平衡和其他電池安全/健康電子設(shè)備。雖然電子設(shè)備充電可能不一定包含在 AMR 內(nèi)部，但仍需要安裝交流（AC）到直流 （AC/DC）反相器（inverter）和 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器，以便AMR能夠自行對接和充電，從而最大限度減少往返充電基礎(chǔ)設(shè)施所浪費精力和時間。

眼睛：傳感器、攝影鏡頭、3D 視覺

為了讓 AMR 避開障礙物并在操作區(qū)發(fā)生環(huán)境變化情況下成功改道，AMR 需要一套傳感器來通知周圍環(huán)境 AI/ML 算法。視覺系統(tǒng)是 AMR 成功導(dǎo)航和確保安全，避免損壞自身、周圍財產(chǎn)或貨物所必需功能，這些傳感器系統(tǒng)可以是傳統(tǒng)可見光攝影鏡頭、紅外（IR）相機、超音波測距傳感器、激光雷達 （LiDAR）、紅外接近傳感器，甚至是 3D 視覺系統(tǒng)。傳感器數(shù)據(jù)分辨率、拮取時間和傳感器數(shù)量決定了 AI/ML 系統(tǒng)需要處理數(shù)據(jù)產(chǎn)出量。為了獲得最佳性能和安全性，通常需要在幾毫秒內(nèi)完成這些處理。

耳朵和嘴：無線通信系統(tǒng)

如果需要部署多個 AMR，無線連接對于 AMR 與設(shè)施系統(tǒng)以及彼此之間通訊至關(guān)重要。用于實現(xiàn)這些目標的常見無線技術(shù)包括 Wi-Fi、4G LTE、BLUETOOTH 和當下的 5G。所使用的無線通信系統(tǒng)類型取決于 AMR 與設(shè)施或其他 AMR 之間所需數(shù)據(jù)量和通訊類型，如果只是偶爾從集中位置進行軟件更新，4G LTE 可能已經(jīng)足夠。如果需要傳輸大量數(shù)據(jù)但不一定是時間關(guān)鍵型，那么 Wi-Fi 可能是比較合適。新興 5G服務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模機器類通訊（mMTC）和超可靠低延遲通訊（URLLC），如果需要傳輸時間關(guān)鍵型數(shù)據(jù)或需要確定性，5G可能是最可行無線解決方案。

結(jié)論

AMR 是許多物流中心和制造設(shè)施之未來，在這些任務(wù)中雇用人工操作員可能會成本太高或不安全。 但AMR 也是擁有大量電子分系統(tǒng)的復(fù)雜機器，必須對其進行認真方案選擇、設(shè)計、程序和整合，以便實現(xiàn)可靠、安全和高效的 AMR。

（本文作者Jean-Jacques DeLisle為貿(mào)澤電子特約作者）