机器人的物流和物料搬运

自主移动机器人继续重塑物流和物料搬运

对于几乎所有需要运输、存储或加工实物商品的行业来说，物流中心都是供应链的重要组成部分。现在在这些中心完成的订单数量，以及材料处理的类型和方法，在全球范围内都在增加。越来越多的人采用自治系统来安全有效地处理物流中心履行中不断增加的数量和复杂性。这些趋势进一步推动了自主移动机器人 (AMR) 的进步，这些机器人被视为未来物流中心运营的重要组成部分，可提高工人的安全性、灵活性、效率和生产力。¹

在这里，我们一般性地讨论 AMR，强调实现最新一代 AMR 的技术以及该技术将如何影响物流供应链。

什么是 AMR，它们在哪里使用？

AMR 与其前身自主机器人 (AR) 或自主导引车 (AGV) 不同，它们可以独立移动，而不是安装在固定位置或固定轨道上，任务有限，例如机器人装配臂。AMR 的机动性使这些机器人能够在工业环境中提供更广泛的服务和更大的灵活性，因为通常不需要操作员或预定义路径。这种灵活性是 AMR 现在用于全球医疗保健、农业、仓储和制造业务的原因。

现代 AMR 中设计的传感器和人工智能/机器学习 (AI/ML) 功能使这些机器能够真正无引导地运行，甚至可以使用同步定位和映射 (SLAM) 在具有意想不到的障碍物的未知环境中导航。此外，这些机器中的许多机器采用坚固耐用的设计，便于它们在危险或人类操作员难以导航或完成所需任务的环境中使用。

AMR 的剖析

AMR 要提供这些功能，需要一套板载 AI/ML 资源、电机控制/驱动技术、电池/充电系统、传感器和无线通信功能。这些技术的每个方面都必须经过精心设计和实施，以实现最佳效率、安全性和生产力。

大脑：人工智能/机器学习系统

AI/ML 系统涉及各种硬件解决方案的广泛开发和潜在使用，包括微处理器单元 (MCU)、数字信号处理器 (DSP)、现场可编程门阵列 (FPGA) 和图形处理单元 (GPU)。在 AI/ML 技术被认为有效/安全并部署之前，设计和实施基础 AI/ML 系统需要一套完全不同的工具。通常，这些硬件解决方案中的多个用于最有效地处理传感器数据、通信和操作移动性所需的控制系统。

通常，所需的响应时间、视觉系统帧速率和任务复杂性驱动 AMR 在给定级别执行的资源需求。另一个因素是开发时间和资源。AI/ML 系统的这两个实施方面都可以通过使用预先打包的硬件和软件套件或捆绑包来加速，以解决各种 AMR 挑战，例如 3D 视觉、运动控制或安全性。

布朗：电机控制和电机技术

要使 AMR 具有移动性，它需要驱动技术、能量存储和能量传输/充电系统。这些系统很可能会作为电动机、电池存储和电能充电来实现，类似于电动汽车所使用的系统。对于最高效和可靠的 AMR 电机系统，最常见的是用于驱动的无刷直流 (BLDC) 电机和用于操作功能的步进电机。这类似于电动工具和电子机械设备中使用的技术，例如计算机数控 (CNC) 铣床。这些系统需要电机驱动器和复杂的控制系统来实现运动和机械手控制的可靠运行。

胆量：电池和充电技术

虽然系留操作对于履带式或固定式机器人系统是可行的，但 AMR 通常需要自供电。这需要机载能量存储和可能涉及与充电器对接的充电系统。锂离子 (Li-ion) 电池化学物质是最常见的高密度储能解决方案，具有直流快速充电 (DCFC) 功能，可将电网电力传输至 AMR 并最大限度地减少停机时间。锂离子电池需要专门的充电、放电、平衡和其他电池安全/健康电子设备。虽然电子设备的充电可能不一定包含在 AMR 本身中，但需要安装交流电 (AC) 到直流 (AC/DC) 逆变器和 DC/DC 电源转换器，以便 AMR 自行对接和充电，

眼睛：传感器、相机、3D Vision

为了让 AMR 避开障碍物并在操作区景观发生环境变化时成功重新规划路线，AMR 需要一套传感器来通知 AI/ML 算法周围环境。这些视觉系统对于 AMR 成功导航、确保安全并避免损坏自身、财产或货物是必不可少的。这些传感器系统可以是传统的可见光谱相机、红外 (IR) 相机、超声波测距传感器、激光雷达 (LiDAR)、红外接近传感器，甚至是 3D Vision 系统。传感器数据的分辨率、采集时间和传感器数量决定了 AI/ML 系统需要处理的数据吞吐量。为了获得最佳性能和安全性，通常需要在几毫秒内完成此处理。

耳朵和嘴巴：无线通信系统

如果部署了多个 AMR，无线通信对于 AMR 与设施系统以及彼此之间的通信至关重要。用于这些目的的常见无线标准包括 Wi- Fi® 、 4G LTE、BLUETOOTH® 、现在5G。所使用的无线通信系统的类型取决于 AMR 与设施或其他 AMR 之间可能需要的数据量和通信类型。如果只是偶尔从集中位置进行软件更新，4G LTE 可能就足够了。如果交换大量数据但不一定对时间要求严格，则 Wi-Fi 可能适合。新兴的 5G 解决方案促进了大规模机器类型通信 (mMTC) 和超可靠低延迟通信 (URLLC)。如果正在交换时间关键的数据或可能需要确定性，它们可能是最可行的无线解决方案。

结论

AMR 是许多物流中心和制造任务的未来，在这些地方雇用人工操作员成本太高或不安全。AMR 是具有大量电子子系统的复杂机器，必须对这些子系统进行选择、设计、编程和集成，以实现可靠、安全和高效的 AMR。

1. 使用自主机器人推动供应链创新。德勤。2022 年 6 月 21 日访问。

审核编辑黄昊宇