重载AGV市场与技术发展概述

2023-04-05卢玉峰

物流技术与应用 2023年2期

文/ 卢玉峰

新松机器人自动化股份有限公司

重载AGV主要应用在重型设备（货物）的生产或搬运场景中，如工程机械、汽车及零部件、钢铁制造、飞机制造等行业。近年来，各行业对重载AGV的需求量不断上升，而随着载重的增大，重载AGV的结构设计难度随之增加。本文介绍了重载AGV的主要特点、市场需求、技术发展与应用案例。

从结构设计来看，重载AGV需要采用承载及驱动能力更强的AGV专用驱动轮；电机功耗和工作电流都将加大；AGV框架强度需要加强；举升形式也多由电动改为液压举升。

近年来，中国制造业加速转型升级，制造工厂物流系统向自动化、智能化方向加快发展。超大超重物品的搬运存在需要人力多、劳动强度大、作业效率低、安全风险高等难点，重载AGV以其灵活性、安全性及作业效率高等优势受到青睐，市场需求大幅增加。

一、重载AGV 及其主要特点

1.新松对重载AGV 的定义

重载AGV是用于重型部件搬运或装配的输送工具，可以根据实际工况进行对应的非标设计，增加升降、转载等机构来满足用户的使用需求。不过，对于载重大于多少吨位才被定义为重载AGV，业界没有统一的标准。

基于新松长时间的产品研发经验总结，随着载重的增大，AGV的结构设计难度随之增加。当载重达到5吨左右，AGV的车体结构便无法按照轻载的设计思路执行。需要采用承载及驱动能力更强的AGV专用驱动轮；电机功耗和工作电流都将加大；AGV框架强度需要加强；举升形式也多由电动改为液压举升。因此，新松习惯将5吨及以上AGV定义为重载AGV。

2.重载AGV 核心指标及特点

（1）重载AGV最重要的标志就是载重大、技术难度高。AGV承载轻则数吨，重则几百吨，随着承载力的增加，AGV的导航控制难度、机械设计难度、安全防护难度都大大提高。这无疑对AGV制造商的综合能力要求更高。

（2）安全性。重载AGV在工业厂房以及户外使用过程中，安全性是非常重要的考核指标，工业用无人驾驶自动运行的重载型AGV安全应能达到ISO 3691标准，安全等级根据PL级别进行设计，应装有急停、接触式防护装置、非接触式防护装置（有安全认证）、运行指示灯、声音报警器、制动器、失速保护功能以及执行机构的安全防护等。

（3）速度。重载AGV满载时体积较大，重量非常大，所以运行速度一般都是在0.5m/s以下，这主要根据重载AGV的运行环境、急停后的刹车距离等因素决定，不建议重载AGV在运行时以大于0.5m/s的速度进行工作。

（4）应用广泛。重载AGV几乎可以应用到所有的有重型货物或者部件搬运或者组装的场景中。这个重量级别的货物或是零部件，无论是吊装搬运，还是转运组装，都是一个难点。采用AGV可以减少工件的吊装次数，提高系统安全性，尤其在转运组装的应用中，AGV可以根据工艺需求定制上部工装，来辅助重型部件组装，提高装配效率和安全性，也能降低工人的劳动强度。

二、重载AGV 关键技术与挑战

1.驱动技术

重载AGV要求AGV驱动轮要有足够的承压能力与驱动能力，同时需要多个驱动轮协同工作。这些驱动轮间的协调控制直接决定了AGV的整体效率，同时也决定了AGV行走的平稳度和可靠性。另外，还要考虑地面不平可能导致部分驱动轮不能与地面很好接触而产生悬空的情况。需要根据实际应用情况设计合适的“悬挂”结构，保证每个驱动轮都能与地面良好接触，以提供足够的驱动力。

2.AGV 导航技术

导航技术是AGV 区别于人工驾驶车辆的关键。对于重载AGV来讲，导航控制的可靠性尤为重要。如果AGV导航出现故障，承载着重型货物的AGV偏离运行轨道是非常危险的。因此，在重载AGV导航技术上，需要采用双闭环甚至是多闭环的控制方式，确保AGV导航技术稳定可靠。

3.户外防护技术

在目前的应用中，户外的使用场景越来越多，需要考虑到雨雪、沙尘对AGV车体的影响。在AGV设计时，要重点考虑AGV户外导航可靠性和AGV户外充电安全等环境因素。

4.非标设计能力

在重载AGV的设计过程中，需要考虑用户现场的实际需求情况，如工件的重心、对AGV的尺寸要求、货物的转载对接形式等因素。这些都决定了项目的成败，因此对AGV厂商的机械结构设计能力要求非常高。

5.技术挑战

虽然近5年国内重载AGV企业不断涌现，共同推进着整个行业的技术飞速发展，但国内企业仍在一定程度上面临着国外企业的技术封锁。国外传统重载型AGV厂家起步较早，在机械方面和电气方面，拥有自主研发的专利型单元提供整体的技术支撑。尤其是核心控制器，多通过EtherCAT总线型控制，对多驱动单元进行实时控制，控制周期非常短。

重载AGV 的应用集中在重型设备（货物）的生产或搬运场景中，如工程机械、汽车及零部件、钢铁制造、飞机制造、港口集装箱搬运等行业。由于每个行业的工艺需求不同，重载AGV 的设计及应用形式也有很大差别。

相比之下，目前国内的重载AGV技术基本采用自主控制器或者西门子PLC等作为主控制器，通过CAN总线对多伺服系统进行控制，控制周期比国外的技术要长一些，而且高性能芯片和核心控制器基本受制于国外的技术。我们应该直面这种差距，这也是整个行业的努力方向，需要我们不断创新，走出一条属于自己的技术路线，加大高性能控制器的研发投入，缩小核心技术差距，把主动权握在自己手中。

三、重载AGV 市场需求及发展趋势

1.重载AGV 市场需求

从新松的视角来看，重载AGV需求从2010年前后开始逐步增多，到2015年重载多轮控制技术发展成熟，标志着中国重载AGV自主设计与制造能力已经不受载重限制。只要AGV尺寸允许，理论上AGV的承载能力是没有上限的。从2018年到现在，随着重载AGV需求量每年20%以上的大幅增加，更多企业看到了重载AGV的市场前景，投身到这个行业中，一起加快了重载AGV技术的进步和制造成本下降。产品性价比的优化又刺激了市场需求的增加。预计2023年，重载AGV市场规模将突破10亿元（2022年AGV行业数据还没有统计完全，很可能2022年就已经达到了这个规模）。

重载AGV的应用集中在重型设备（货物）的生产或搬运场景中，如工程机械、汽车及零部件、钢铁制造、飞机制造、港口集装箱搬运等行业。由于每个行业的工艺需求不同，重载AGV的设计及应用形式也有很大差别。例如，工程机械行业和汽车行业，将重载AGV用于部件或整机的辅助装配，对AGV的结构尺寸设计要求更严格一些，以便更好地满足装配过程中的人机工程要求，特别注重近距离操作防护安全。同时，因为装配车间人员走动频繁，物流车辆交叉也较多，对AGV运行速度要求不高。

而在与港口集装箱搬运类似的户外搬运需求中，更多的是要求AGV对户外环境及地面不平度的适应，为了达到运输效率，速度可以适当提高一些，安全防护同样重要，但更侧重的是导航的可靠性及停车的安全性。

2.需求变化趋势

（1）随着AGV导航技术的发展，柔性更好的自然轮廓导航正逐步替代原有的磁条、二维码等导航形式。在重载AGV使用场景中，也越来越多地采用了自然轮廓导航。该导航无需借助磁条或者反光板，可以自动精准地构建地图，导航性能更加稳定可靠。

（2）重载AGV 的应用已经不限于在室内，户外的运送需求，从小到10 余吨的柴油机成品搬运，至大到近百吨的集装箱输送，都已经实现。

（3）重载AGV的使用也不仅仅用于物料的搬运，将逐步承担起重型设备辅助装配的功能，例如工程机械设备的组装、重型卡车装配等等。在这个过程中，AGV的非标设计量加大，需要针对工艺情况选用新的驱动形式、导航形式等。同时，多车联动技术在重载AGV项目应用中也将会越来越多。通过多车联动技术，可以将载重分配到2台或者多台AGV上。AGV车体可以做得更小、更灵活，来适应不同工况的需求。

四、新松重载AGV 应用案例

目前新松的重载AGV产品有很多种，按照导航方式分为自然轮廓导航、磁导航、惯性导航、激光导航、视觉导航、基站导航等等。这些导航方式所采用的导航传感器多为新松自主研发。在实际应用中，新松会根据实际工况选用最合适的导航形式。如果环境复杂，则会采用多种导航并用的方式来保证导航的可靠性，同时提高输送效率。在其它方面，新松按照客户的需求定制AGV车体及附属机构，以便最大程度地与用户工艺相匹配。在汽车行业、核工业、飞机制造、港口等众多行业领域，都可以看到新松重载AGV的身影。

下面介绍4个新松重载AGV的典型应用案例。